《熱電式傳感器》PPT課件.ppt
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1、第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,8-1 熱電阻傳感器,熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性,對溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。 熱電阻效應(yīng)物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象。,金屬原子最外層的電子能自由移動,當(dāng)加上電壓以后,這些無規(guī)則移動的電子就按一定的方向流動,形成電流。隨著溫度的增加,電子的熱運動劇烈,電子之間、電子與振動的金屬離子之間的碰撞機會就不斷增加,因此電子的定向移動將受到阻礙,金屬的電阻率也隨之增大。,實踐證明,純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料,其中主要應(yīng)用的是鉑和銅。,鉑是一種貴重金屬,其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定,是制造熱電阻的最好材料,主要作標(biāo)準(zhǔn)電
2、阻溫度計。,銅可用來制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外,特點是價格低廉,缺點是電阻率低,且容易氧化,一般用在較低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。,鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系,在-2000范圍內(nèi),RtR01+At+Bt 2+C(t100)t 3 在 0850范圍內(nèi),RtR01+At+Bt 2 R0 當(dāng)溫度為0時的電阻值; Rt 溫度為t時的電阻值; A、B、C 由實驗確定的常數(shù)。,A 3.9080210-3/ B= -5.80210-7/2 C -4.2735010-12/4,第八章 熱電式傳感器,鉑電阻的主要技術(shù)指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,第八章 熱電式傳感器,即便在氧化
3、性介質(zhì)中,其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定; 易提純,復(fù)現(xiàn)性好,有良好的工藝性 ; 有較高的電阻率 ; 在還原性介質(zhì)中性能易受影響; 電阻溫度系數(shù)不太高 ; 價格貴 。,鉑電阻的特點,第八章 熱電式傳感器,幾種鉑電阻,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,WZP系列裝配式鉑電阻及鎧裝電阻芯用于一般工業(yè)場測溫使用溫度-200700,高強度石英管測溫鉑電阻溫度范圍-100C至+500C適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強腐蝕場合注:不耐氫氟酸及磷酸,第八章 熱電式傳感器,精密溫度傳感器PtWD1A型-100300誤差小于0.1,精度為超A級,天燃?xì)饬髁坑嫓囟妊a償用鉑電阻天燃?xì)鉁u輪流量計等用,油浸變壓器用鉑
4、電阻,醫(yī)療器械鉑電阻,第八章 熱電式傳感器,薄模鉑電阻元件,用 于汽車工業(yè)、白色家電,食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。,尺寸:2.3mm2.1mm0.9mm(長寬高) 線長 10mm,第八章 熱電式傳感器,防水封裝鉑電阻,核心元件:德國進(jìn)口精密鉑電阻(PT100 PT1000)元件精度:0.15 (A級) 0.30 (B級)封裝材料:鍍鎳銅管或不銹鋼管管料尺寸: 4 * 25mm 連接線:PVC包膠電纜線(可選擇耐高溫型的),在-50150溫度范圍內(nèi),銅電阻與溫度之間的關(guān)系為: RtR0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt 溫度為t時的銅電阻值 R0 溫度為0時的銅電阻值 A、B、C 常數(shù) A
5、4.2889910-3/ B-2.13310-7/2 C1.23310-9/3,銅絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系,目前,鉑和銅生產(chǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的。 鉑:Pt50、Pt100、Pt300 主要是Pt100(R050、100、300) 銅:Cu50、Cu100 鉑的測溫精度很高,達(dá)0.001 銅0.5(5050), 1(50150),第八章 熱電式傳感器,銅電阻的主要技術(shù)指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,第八章 熱電式傳感器,2020/7/8,12,學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”,附錄 鉑熱電阻分度表,銅電阻的特點,,,,,,,,,,,,,,,,電阻率小 ; 容易氧化 ; 價格便宜 。,第八章
6、熱電式傳感器,WZC-111/12*1000mm Cu50,第八章 熱電式傳感器,熱電阻的結(jié)構(gòu),玻璃封裝型,塑封型,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,,,,R1,R2,R3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,E,Rt,G,Rp,,,,熱電阻測量線路,熱電阻測溫電橋三線連接法,作用: 當(dāng)溫度變化時,導(dǎo)線長度和電阻溫度系數(shù)相等,它們的電阻變化不會影響電橋的狀態(tài),即不會產(chǎn)生溫度誤差。 Rp的觸點接觸電阻和檢流計串聯(lián),接觸電阻的不穩(wěn)定不會破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。,r2,r1,r3,熱電阻測溫電橋四線連接法,當(dāng)熱電阻安裝的地方比較遠(yuǎn),則其導(dǎo)線電阻當(dāng)環(huán)境溫度變化時也要變化,會造成測
7、量誤差。 圖中R1、R2、R3為固定電阻,Rp為調(diào)零電位器,第八章 熱電式傳感器,其它熱電阻 鐵/鎳熱電阻:電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高,電阻率也較大,可做成體積小、靈敏度高的溫度計,但易氧化,不宜提純且電阻與溫度非線性,僅用于-50100;用的較少。 銦電阻:-269-258 ;測量精度高,靈敏度高,但重現(xiàn)性差。 錳電阻:-271-210 ;靈敏度高,但脆性高,易損壞; 炭電阻:-273-268.5 ;熱容量小,靈敏度高,價格低,易操作,但熱穩(wěn)定性較差。,第八章 熱電式傳感器,8-2 熱敏電阻傳感器,熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件,與金屬熱電阻比較而言,具有溫度系數(shù)高,靈敏度高,熱慣性好(
8、適宜動態(tài)測量)但其穩(wěn)定性和互換性較差。,金屬的電阻隨溫度的升高而增大,但半導(dǎo)體卻相反,它的電阻值隨溫度的升高而急劇減小,并呈現(xiàn)非線性。,一、工作原理,第八章 熱電式傳感器,半導(dǎo)體這種溫度特性,是因為半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式是載流子(電子、空穴)導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多,所以它的電阻率很大。隨著溫度的升高,半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目就會增多,故半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加,它的電阻率也就降低了。 熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物按不同的配方比例燒結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi),根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化,便可知被測介質(zhì)的溫度變
9、化。,第八章 熱電式傳感器,NTC熱敏電阻的材料是一種由錳(Mn)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鐵(Fe)等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體,改變混合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同NTC熱敏電阻。它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù),隨溫度上升而阻值下降。 NTC熱敏電阻應(yīng)用廣泛。,二、熱敏電阻的基本類型,1、NTC熱敏電阻,根據(jù)熱敏電阻率隨溫度變化的特性不同,熱敏電阻基本可分為三種類型。,第八章 熱電式傳感器,,2、CTR熱敏電阻,CTR熱敏電阻是以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物,在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成,它呈半玻璃狀,具有負(fù)溫度系數(shù)。通常,CTR熱敏
10、電阻用樹脂包封成珠狀或厚膜形使用,其阻值在1k 10M之間。 CTR熱敏電阻隨溫度變化的特性屬劇變型,具有開關(guān)特性,如左圖所示。當(dāng)溫度高于居里點TC時,其阻值會減小到臨界狀態(tài),突變的數(shù)量級為24。因此又稱這類熱敏電阻為臨界熱敏電阻。,第八章 熱電式傳感器,3、PTC熱敏電阻,PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)休陶瓷元件,具有正溫度系數(shù)。其溫度特性曲線如左圖所示,從特性曲線上可以看到PTC熱敏電阻具有以下特性: (1) 當(dāng)溫度低于居里點TC時,具有半導(dǎo)體特性; (2) 當(dāng)溫度高于居里點TC時,電阻值隨溫度升高而急劇增大,至TN溫度時出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象; (3) 具有通電瞬間
11、產(chǎn)生強大電流而后很快衰減的特性。 基于PTC熱敏電阻的特性,可利用其自控作用,做成各種恒溫器、限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以用PTC組成發(fā)熱元件,功率一般為幾瓦到數(shù)百瓦。,第八章 熱電式傳感器,三、熱敏電阻的伏安特性,,,第八章 熱電式傳感器,將熱敏電阻接上一個電流源 ,并在它兩端測得端電壓,可得到熱敏電阻的伏安特性。,曲線分四段, 0a段:電流小于Ia,功耗小,電流不足以使熱敏電阻發(fā)熱,元件上的溫度基本是環(huán)境溫度。此時熱敏電阻相當(dāng)于一個固定電阻,電壓與電流之間符合歐姆定律。,ab段:隨著電流增加,熱敏電阻功耗增加,導(dǎo)致電流加熱引起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度(介質(zhì)溫度),其阻值降低,因此出
12、現(xiàn)非線性正阻區(qū),電流增長速度阻值減小的速度。 cd段:隨著電流增加,為Im時,電壓達(dá)到最大值,電流繼續(xù)增加,熱敏電阻本身加熱更為劇烈,阻值迅速減小,阻值減小的速度大于電流增加的速度,出現(xiàn)cd段負(fù)阻區(qū)。,第八章 熱電式傳感器,0a段:正常使用熱敏電阻測溫時。 cd段:可用來測量風(fēng)速、真空度、流量等參 數(shù)。 熱敏電阻非線性嚴(yán)重,使用中要進(jìn)行非線性補償。 在硬件電路方法上,采用溫度系數(shù)較小的電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)接法,使得熱敏電阻的電阻溫度曲線變?yōu)槠教埂?第八章 熱電式傳感器,熱敏電阻的特點,,,,,,,,,,,,,,,,,,,電阻溫度系數(shù)大,靈敏度高; 形狀多樣,體積小,熱慣
13、性小,響應(yīng)速度快; 電阻值大,遠(yuǎn)距離測量時可不考慮導(dǎo)線電阻的影響; 在-50C350C范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性; 阻值分散性大、復(fù)現(xiàn)性差; 非線性大; 老化較快。,第八章 熱電式傳感器,典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等,其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。,第八章 熱電式傳感器,熱敏電阻的結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第八章 熱電式傳感器,實物圖片,第八章 熱電式傳感器,1.耗散系數(shù): 5mW/ 2.熱時間常數(shù): < 10S 3.測溫范圍: -40 +110,第八章 熱電式傳感器,1.耗散系數(shù): 5mW/ 2.熱時間常數(shù): < 10S 3.測溫范圍: -40 +110,第八章 熱電式傳
14、感器,銅質(zhì)外殼,PVC導(dǎo)線, 用于空調(diào)、飲水機,銅制、不銹鋼外殼,PVC導(dǎo)線,用于熱水器,第八章 熱電式傳感器,MZ4系列加熱用PTC熱敏電阻,MZ5汽車測溫用PTC熱敏電阻,第八章 熱電式傳感器,MZ41系列卷發(fā)器用PTC熱敏電阻,MZ6系列電機保護(hù)用 PTC熱檢測器,8-3 熱電偶傳感器,一、熱電偶傳感器的工作原理,第八章 熱電式傳感器,賽貝克 Thomas Johann Seebeck,1、熱電效應(yīng),賽貝克(Seebeck)效應(yīng)(熱電勢) 1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中,對兩個接頭的中一個加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處,電流從鐵流向銅。
15、由于冷、熱兩個端(接頭)存在溫差而產(chǎn)生的電勢差e,就是溫差熱電勢。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢的裝置稱為熱電偶。,2020/7/8,36,,先看一個實驗熱電偶工作原理演示,結(jié)論:當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時,回路中將產(chǎn)生電動勢。,熱電極A,右端稱為:自由端(參考端、冷端),,,左端稱為:測量端(工作端、熱端),,熱電極B,,熱電勢,A,B,第八章 熱電式傳感器,將兩根不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體(A和B)聯(lián)接起來構(gòu)成一個回路,如果兩個接合點處的溫度不同(T0T),則在兩導(dǎo)體向產(chǎn)生熱電勢,并在回路中有一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。,由熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器就是熱電偶。測溫時: 結(jié)點2
16、置于被測溫度場中,稱為測量端(工作端、熱端); 結(jié)點1處于某一恒定溫度(或已知溫度),稱為參考端(自由端或冷端)。,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,2、熱電偶的熱電勢,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱電勢實際上由接觸電勢和溫差電勢組成。,由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同,當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時,在接觸面上就會發(fā)生電子擴散。電子的擴散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB,且有NA NB,電子擴散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電,導(dǎo)體B則因獲得電子而帶負(fù)電,在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散,達(dá)到動態(tài)平衡時,在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的
17、電位差,即接觸電動勢。,(1) 接觸電動勢,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,,,,,,,,,,,其大小可表示為:,式中:K波爾茲曼常數(shù),K1.3810-23 e 電子電荷量 e = 1.610-19C NA(NB)為A(B)材料的自由電子密度。,同一導(dǎo)體中的,如果兩端溫度不同,在兩端間會產(chǎn)生電動勢,即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動勢,這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能,因而向低溫端擴散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電,低溫端由于獲得電子而帶負(fù)電,在高低溫端之間形成一個電位差。溫差電動勢的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)。,(2) 溫差電勢,,第八章 熱電式傳感器,A
18、A材料的湯姆遜系數(shù)。 (表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢 ),第八章 熱電式傳感器,(3) 回路總電勢,第八章 熱電式傳感器,,,,,,第八章 熱電式傳感器, 幾點討論 如果組成熱電偶的兩個電極的材料相同,即使是兩結(jié)點的溫度不同也不會產(chǎn)生熱電勢。 組成熱電偶的兩個電極的材料雖然不相同,但是兩結(jié)點的溫度相同也不會產(chǎn)生熱電勢。 由不同電極材料A、B組成的熱電偶,當(dāng)冷端溫度 T0 恒定時,產(chǎn)生的熱電勢在一定的溫度范圍內(nèi)僅是熱端溫度 T 的單值函數(shù)。,,,,1、中間導(dǎo)體定律,二、熱電偶的基本定律,第八章 熱電式傳感器,將由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端(T0端)斷開而接入的
19、三種導(dǎo)體C后,只要冷、熱端的T0 、T 保持不變,則回路的總熱電勢不變。,,第八章 熱電式傳感器,,推導(dǎo)過程,第八章 熱電式傳感器,此定律具有特別重要的實用意義,因為用熱電偶測溫時必須接入儀表(第三種材料),根據(jù)此定律,只要儀表兩接入點的溫度保持一致(T0 )儀表的入就不會影響熱電勢。而且A、B結(jié)點的焊接方法也可以是任意的。,2、參考電極定律(標(biāo)準(zhǔn)電極定律),第八章 熱電式傳感器,如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C所組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是已知的,則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢也是已知的,且,根據(jù)此定律,可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù),方便熱電偶電極的選配。,證明:,第八章 熱
20、電式傳感器,3、中間溫度定律,這是中間溫度定律,因為熱電勢與兩個結(jié)的溫度有關(guān),要測得某一結(jié)所處的溫度,則另一個結(jié)必須0,而實際上這樣的條件是難辦到的;但只要測得 (E表示熱電勢,A、B表示兩種不同金屬,T、T1表示兩個結(jié)處在T、T1溫度下),并且可測得T1,則 可以查表確定,用 與 的和,便可確定T處溫度。,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,對電極材料的要求: 在同樣的溫差下產(chǎn)生的熱電勢大,且其熱電勢與溫度之間呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系; 耐高溫,抗輻射性能好,在較寬的范圍內(nèi)性能穩(wěn)定; 電導(dǎo)率高、電阻溫度系數(shù)和比熱容小; 復(fù)制性和工藝性好,價格低廉。,三、常用的熱電偶
21、,第八章 熱電式傳感器,2020/7/8,54,幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析,哪幾種熱電偶的測溫上限較高?,結(jié)論:,哪幾種熱電偶的線性較差?,哪一種熱電偶的靈敏度較高?,哪一種熱電偶的靈敏度較低?,為什么所有的曲線均過原點(零度點)?,,K熱電偶的分度表,,,,,,比較查出的3個熱電勢,可以看出熱電勢是否線性?,第八章 熱電式傳感器,非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶,鐵康銅熱電偶:靈敏度高 高溫?zé)犭娕迹烘u錸系熱電偶,測溫上限可達(dá)2450攝氏度 低溫?zé)犭娕迹恒~銅錫0.005可測-271-243攝氏度的低溫;鎳鉻鐵金0.03可測-269-0攝氏度,按結(jié)構(gòu)分類普通型,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電
22、式傳感器,按結(jié)構(gòu)分類鎧裝型,第八章 熱電式傳感器,按結(jié)構(gòu)分類隔爆型,四、熱電偶的使用,1、冷端溫度補償及修正,在實際使用時,由于熱電偶的熱端(測量端)與冷 端離的很近,冷端又暴露于空間,容易受到環(huán)境溫 度的影響,因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要 進(jìn)行溫度補償。,由熱電偶測溫原理可知,只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度 保持不變,熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。,工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃 的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0而制 作的。,第八章 熱電式傳感器,(1)0恒溫法 將熱電偶的冷端置于冰水混合物中,保證冷端溫度恒定為0。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢,再查找該熱電
23、偶的分度表,即可得到測量端的溫度。,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,(3)電橋補償法,第八章 熱電式傳感器,電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶因冷端溫度不在0時引起的熱電勢變化值,在熱電偶與測溫儀表之間串接一個直流不平衡電橋,電橋中的R1、 R2、 R3、由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅絲制作,另一橋臂的RT由溫度系數(shù)較大的銅線繞制。 電橋的4個電阻均和熱電偶冷端處在同一環(huán)境溫度,但由于RT的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化,使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓的大小和極性隨著環(huán)境溫度的變化而變化,從而達(dá)到自動補償?shù)哪康摹?補償原理,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,(4)、冷端延長
24、線,工業(yè)應(yīng)用時,被測點與指示儀表之間往往有很長的距離,這就要求熱電偶有較長的尺寸,但由于熱電偶材料較貴,熱電偶尺寸不能過長,所以冷端(即接儀表端)常常不能放到任意點上去;且冷端溫度不可能恒定,是波動的,為解決這一問題,采用冷端延長線(或稱冷端補償導(dǎo)線)。,第八章 熱電式傳感器,所謂延長線實際上是把在一定溫度范圍內(nèi)(一般為0100)與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長金屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方,從而消除冷端溫度變化帶來的影響,即該補償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱電勢等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢。,冷端延長線連接示意圖,第八章 熱電式傳感器,第八
25、章 熱電式傳感器,應(yīng)用延長線應(yīng)注意: 延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用,(專用); 注意極性,不能接反(否則會造成更大的誤差); 延長線和熱電偶連接處,兩結(jié)點溫度必須相同。,,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,補償導(dǎo)線,,,,1. 熱電偶的測溫線路,冷端溫度相同 熱電動勢與溫度呈線性關(guān)系,注意:,五、熱電偶測溫線路,五、熱電偶測溫線路,1、熱電偶直接與指示儀表配用,把n支相同型號的熱電偶依次將正、負(fù)極相連接,則線路的總電勢為: EG=E1+E2+En=nE 串聯(lián)線路中配用的儀表,按EGT刻度。,若每支熱電偶的絕對誤差分別為E1、 E2、 E3 En,則整個串聯(lián)線路的絕對誤差
26、:,,第八章 熱電式傳感器,如果 E1 E2 En E,則 :,串聯(lián)線路的相對誤差為:,,,可見串聯(lián)線路的相對誤差為單支熱電偶相對誤差 的 倍。,第八章 熱電式傳感器,測兩點間的溫差,第八章 熱電式傳感器,8-4 熱釋電紅外傳感器,當(dāng)一些晶體受熱時,在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷,這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象,被稱為熱釋電效應(yīng)。 通常,晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附集在晶體外表面的自由電子所中和,其自發(fā)極化電矩不能顯示出來。當(dāng)溫度變化時,晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心產(chǎn)生相對位 移,晶體自發(fā)極化值就會發(fā)生變化,在晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡。 能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶
27、體稱為熱釋電體,又稱為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶(LiTa03等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。,一、熱釋電效應(yīng),第八章 熱電式傳感器,如果在熱電元件兩端并聯(lián)上電阻,當(dāng)元件受熱時,電阻上就有電流流過,在電阻兩端也能得到電壓信號。,這里所說的熱釋電紅外傳感器是指利用熱電元件的熱釋電效應(yīng)探測人體用的紅外傳感器。它適用于防盜報警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。,二、熱釋電紅外傳感器,第八章 熱電式傳感器,,熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,第八章 熱電式傳感器,,濾光片的光譜特性,第八章 熱電式傳感器,熱釋電紅外傳感器的視野特性,第八章
28、 熱電式傳感器,熱釋電紅外傳感器主要由外殼、濾光片、熱電元件PZT、結(jié)場效應(yīng)管FET、電阻、二極管等組成。其中濾光片設(shè)置在窗口處,組成紅外線通過的窗口。濾光片為6m多層膜干涉濾光片,這種濾光片對于太陽光和熒光燈光的短波長(約5 m以下),具有高的反射率,而對6 m以上的從人體發(fā)出來的紅外線熱源(10 m ),有高的穿透性。阻抗變換用的結(jié)場效應(yīng)管FET和電路元件放置在管底部分。熱電元件選用PZT壓電陶瓷,其居里點高不會造成因環(huán)境溫度過高而影響其輸出性能,PZT材料也適合批量生產(chǎn),成本低,且可靠性高。,第八章 熱電式傳感器,幾種常見探測人體用的熱釋電紅外傳感器的主要技術(shù)指標(biāo),第八章 熱電式傳感器,
29、除了探測人體使用的熱釋電紅外傳感器外,還有供測溫使用的熱釋電紅外傳感器,其工作電壓為315V,電壓靈敏度在3Hz時為70V/W,響應(yīng)波長范圍為215m,測溫范圍可達(dá)-801500。,三、熱釋電紅外探測模塊,熱釋電紅外探測模塊是一個將熱釋電紅外傳感器、放大器、信號處理電路、延時電路和高低電平輸出電路集成于一體的新器件。它具有靈敏度高、抗干擾能力強、耐低溫(-30)及使用方便等特點,主要用來探測人體發(fā)射出的紅外線能量,適用于人體移動的探測報警系統(tǒng)。,第八章 熱電式傳感器,,HN 911型熱釋電紅外探測模塊的外形圖,第八章 熱電式傳感器,,HN911模塊電路框圖,第八章 熱電式傳感器,平時,1端輸出低電平,2端輸出高電平。當(dāng)有移動發(fā)熱體進(jìn)入監(jiān)視范圍時,熱釋電紅外傳感器接受到紅外能量,并輸出檢測信號。該信號經(jīng)放大器放大,由比較器進(jìn)行比較判斷,再由信號處理電路處理后輸出控制信號。此時,輸出端1變?yōu)楦唠娖?,輸出?變?yōu)榈碗娖?。在模塊的外部,可接增益調(diào)節(jié)電位器,以調(diào)節(jié)放大器的增益。放大器具有溫度補償功能,其主要作用是當(dāng)環(huán)境溫度增高或背景紅外輻射能量增加時,可使放大器的增益隨著它們的增高而自動提升,從而保證整個電路工作的穩(wěn)定性。,測量原理,第八章 熱電式傳感器,返回,第八章 熱電式傳感器,中間導(dǎo)體定律應(yīng)用,
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