溫度傳感器原理與應用

1、,溫度傳感器原理與應用,指導教師：XXX 教授 小組成員：XXX,目錄,基本知識,溫度傳感器的原理,溫度傳感器的應用,基本知識,溫度傳感器的原理,溫度傳感器的應用,一、基礎知識,溫度：反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。 熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。 分子物理學：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度。 能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。 溫標：表示溫度大小的尺度是溫度的標尺。,1.1 溫度的基本知識,國際普遍使用的溫標有四種：熱力學溫標、國際實用溫標、 攝氏溫標、華氏溫標。,一、基礎知識,1.2 溫度傳感器的分類,溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在

2、種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。,接觸式溫度傳感器 非接觸式溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,2.1 接觸式溫度傳感器,接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。,特點：精度較高。這類傳感器結(jié)構簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低；但有較大的滯后現(xiàn)象，不方便對運動物體進行溫度測量，被測對象的溫場易受傳感器的影響，感溫元件材料的性質(zhì)決定測溫范圍等。,常用的有：熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。,二、溫度傳感器的原理,電阻式溫度傳感器,工作原理：熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻率隨

3、溫度的變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。有金屬（鉑、銅和鎳）熱電阻及半導體熱電阻（稱為熱敏電阻）。,典型的熱阻式傳感器,二、溫度傳感器的原理,電阻式溫度傳感器,熱電阻的結(jié)構:熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體由電阻絲、引出線、骨架等組成。,目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。,熱電偶溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,熱電效應：將兩種不同性質(zhì)的導體A和B串接成一個閉合回路，如果兩個接和點處的溫度不同，則在兩個導體間產(chǎn)生一個電動勢，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象就是熱電效應 。,工作原理演示,熱電極A,測量端 工作端、熱端）,結(jié)論：當兩個結(jié)點

4、溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。,自由端 （參考端、冷端）,熱電極B,熱電動勢,A,B,回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電動勢。 熱電動勢是由兩種導體的接觸電動勢和同一導體的溫差電動勢所組成。,熱電偶：由這兩種導體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動勢的傳感器。,熱電偶的結(jié)構,由于不同的金屬材料其自由電子的密度不同，在接觸面會發(fā)生自由電子的擴散形成的電動勢。 設導體A、B的自由電子密度為NA、NB，且有NANB。,接觸電動勢,導體B 則因獲得電子而帶負電,導體A 因失去電子而帶正電,接觸面處形成電場,該電場的存在阻礙了電子的繼續(xù)擴散，當電子擴散達到動態(tài)平衡時，就在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電動勢，其

5、大小為：,T 接觸處的絕對溫度； k 玻爾茲曼常數(shù)（k = 1.3810-23J/K） e 電子電荷（e = 1.610-19C）,同一導體中的溫差電動勢,對于單一導體，如果兩端溫度不同，在兩端間會產(chǎn)生的電動勢。,高溫端的自由電子具有較大的動能而向低溫端擴散。,高溫端因失去電子而帶正電,低溫端因獲得電子而帶負電,中間形成電位差,上述運動就形成一個靜電場，該靜電場阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。因此, 在導體兩端便形成溫差電動勢, 其大小由下面公式給出：,T 、T0 高、低端的絕對溫度； 湯姆遜系數(shù)，表示導體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢。,熱電偶回路中總的熱電勢應是接觸電動

6、勢與溫差電動勢之和：,接觸電動勢,溫差電動勢,它的敏感元件與被測對象互不接觸，主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度,二、溫度傳感器的原理,2.2 非接觸式溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,優(yōu)點,不從被測物體上吸收熱量,不會干擾被測對象的溫度場,連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗,反應快，壽命長,工作可靠，安全,紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。,二、溫度傳感器的原理,熱探測器的探測原理基于熱效應，當待測物體受到輻射便會引起溫度的升高從而影響待測物的性能變化，因而可以利用輻射來進行待測物電量或非電量變化的檢測。,二、溫度傳感器的原理,二、溫度傳感器

7、的原理,斯蒂芬玻爾茲曼定律 W=T 4 W物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上等于物體的全波輻射出射度 物體表面的法向比輻射率 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù) T物體的絕對溫度(K),二、溫度傳感器的原理,三、溫度傳感器的應用,1,2,無線溫度傳感器,3,冷卻液溫度傳感器,進氣溫度傳感器,1.進氣溫度傳感器,在傳感器內(nèi)部加裝一個負溫度系統(tǒng)的半導體熱敏電阻，外部則用環(huán)氧樹脂材料進行密封。,1.進氣溫度傳感器,進氣溫度傳感器也是雙線的傳感器，安裝在進氣管上或空氣流量 計內(nèi)。,1.進氣溫度傳感器,用來檢測發(fā)動機的進氣溫度， 將進氣溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?輸入給ECU做為噴油修正的信 號。,2.熱電偶溫度傳感器,漏鋼預報系統(tǒng)，是可以通過分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴展，從而檢測出漏鋼趨勢并進行報警的設備。,2.熱電偶溫度傳感器,2.熱電偶溫度傳感器,當選擇人工控制時，操作人員根據(jù)系統(tǒng)畫面及報警，手動控制相應系統(tǒng)； 在自動狀態(tài)下， 當出現(xiàn)非正常狀態(tài)時，系統(tǒng)自動降低相應流的拉速并發(fā)出警報，相應流自動減速，以便使裂口愈口。提供的愈合時間是根據(jù)不同鋼種預先設定的。自發(fā)生報警恢復至正常狀態(tài)，不需人工操作。,3.冷