《《熱電式傳感器》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《熱電式傳感器》PPT課件.ppt（88頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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(duì)溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)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(dòng)，當(dāng)加上電壓以后，這些無(wú)規(guī)則移動(dòng)的電子就按一定的方向流動(dòng)，形成電流。隨著溫度的增加，電子的熱運(yùn)動(dòng)劇烈，電子之間、電子與振動(dòng)的金屬離子之間的碰撞機(jī)會(huì)就不斷增加，因此電子的定向移動(dòng)將受到阻礙，金屬的電阻率也隨之增大。,實(shí)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(jì)。,銅可用來(lái)制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特點(diǎn)是價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是電阻率低，且容易氧化，一般用在較低溫度和沒(méi)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(shí)的電阻值； Rt 溫度為t時(shí)的電阻值； A、B、C 由實(shí)驗(yàn)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(jià)格貴 。,鉑電阻的特點(diǎn),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(chǎng)測(cè)溫使用溫度-200700,高強(qiáng)度石英管測(cè)溫鉑電阻溫度范圍-100C至+500C適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強(qiáng)腐蝕場(chǎng)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(jí),天燃?xì)饬髁坑?jì)溫度補(bǔ)償用鉑電阻天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)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(chē)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(zhǎng)寬高） 線長(zhǎng) 10mm,第八章 熱電式傳感器,防水封裝鉑電阻,核心元件：德國(guó)進(jìn)口精密鉑電阻（PT100 PT1000）元件精度：0.15 (A級(jí)) 0.30 (B級(jí))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(shí)的銅電阻值 R0 溫度為0時(shí)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(cè)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(diǎn),,,,,,,,,,,,,,,,電阻率小 ； 容易氧化 ； 價(jià)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(cè)量線路,熱電阻測(cè)溫電橋三線連接法,作用： 當(dāng)溫度變化時(shí)，導(dǎo)線長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)相等，它們的電阻變化不會(huì)影響電橋的狀態(tài)，即不會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。 Rp的觸點(diǎn)接觸電阻和檢流計(jì)串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。,r2,r1,r3,熱電阻測(cè)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(shí)也要變化，會(huì)造成測(cè)

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(jì)，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(cè)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(jià)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(dòng)態(tài)測(cè)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?yàn)榘雽?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(huì)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(cè)量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測(cè)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(cè)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(lèi)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(lèi)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(shù)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(kāi)關(guān)特性，如左圖所示。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時(shí)，其阻值會(huì)減小到臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級(jí)為24。因此又稱(chēng)這類(lèi)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(diǎn)TC時(shí)，具有半導(dǎo)體特性； (2) 當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時(shí)，電阻值隨溫度升高而急劇增大，至TN溫度時(shí)出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象； (3) 具有通電瞬間

11、產(chǎn)生強(qiáng)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(kāi)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(gè)電流源 ，并在它兩端測(cè)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(shí)熱敏電阻相當(dāng)于一個(gè)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(guò)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(zhǎng)速度阻值減小的速度。 cd段：隨著電流增加，為Im時(shí)，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(cè)溫時(shí)。 cd段：可用來(lái)測(cè)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(bǔ)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(diǎn),,,,,,,,,,,,,,,,,,,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(cè)量時(shí)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(shí)物圖片,第八章 熱電式傳感器,1.耗散系數(shù)： 5mW/ 2.熱時(shí)間常數(shù): < 10S 3.測(cè)溫范圍: -40 +110,第八章 熱電式傳感器,1.耗散系數(shù)： 5mW/ 2.熱時(shí)間常數(shù): < 10S 3.測(cè)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(jī),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(chē)測(cè)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(jī)保護(hù)用 PTC熱檢測(cè)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(shì)) 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(duì)兩個(gè)接頭的中一個(gè)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(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢(shì)差e，就是溫差熱電勢(shì)。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱(chēng)為熱電偶。,2020/7/8,36,,先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示,結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。,熱電極A,右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）,,,左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）,,熱電極B,,熱電勢(shì),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(lái)構(gòu)成一個(gè)回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不同（T0T），則在兩導(dǎo)體向產(chǎn)生熱電勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。,由熱電效應(yīng)制成的測(cè)溫傳感器就是熱電偶。測(cè)溫時(shí)： 結(jié)點(diǎn)2

16、置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，稱(chēng)為測(cè)量端（工作端、熱端）； 結(jié)點(diǎn)1處于某一恒定溫度（或已知溫度），稱(chēng)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(shì),經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，熱電勢(shì)實(shí)際上由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)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(shí)，在接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散。電子的擴(kuò)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(kuò)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(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的

17、電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)。,(1) 接觸電動(dòng)勢(shì),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(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)，這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)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(gè)電位差。溫差電動(dòng)勢(shì)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(shì),,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(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì) ）,第八章 熱電式傳感器,(3) 回路總電勢(shì),第八章 熱電式傳感器,,,,,,第八章 熱電式傳感器, 幾點(diǎn)討論 如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 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(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(kāi)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(shì)不變。,,第八章 熱電式傳感器,,推導(dǎo)過(guò)程,第八章 熱電式傳感器,此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)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(diǎn)的溫度保持一致(T0 )儀表的入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且A、B結(jié)點(diǎn)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(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢(shì)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?yàn)闊犭妱?shì)與兩個(gè)結(jié)的溫度有關(guān)，要測(cè)得某一結(jié)所處的溫度，則另一個(gè)結(jié)必須0，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要測(cè)得 （E表示熱電勢(shì)，A、B表示兩種不同金屬，T、T1表示兩個(gè)結(jié)處在T、T1溫度下），并且可測(cè)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(duì)電極材料的要求： 在同樣的溫差下產(chǎn)生的熱電勢(shì)大，且其熱電勢(shì)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??； 復(fù)制性和工藝性好，價(jià)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(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析,哪幾種熱電偶的測(cè)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(guò)原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？,,K熱電偶的分度表,,,,,,比較查出的3個(gè)熱電勢(shì)，可以看出熱電勢(shì)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(cè)溫上限可達(dá)2450攝氏度 低溫?zé)犭娕迹恒~銅錫0.005可測(cè)-271-243攝氏度的低溫；鎳鉻鐵金0.03可測(cè)-269-0攝氏度,按結(jié)構(gòu)分類(lèi)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(lèi)鎧裝型,第八章 熱電式傳感器,按結(jié)構(gòu)分類(lèi)隔爆型,四、熱電偶的使用,1、冷端溫度補(bǔ)償及修正,在實(shí)際使用時(shí)，由于熱電偶的熱端（測(cè)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(bǔ)償。,由熱電偶測(cè)溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度 保持不變，熱電勢(shì)才是被測(cè)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(cè)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(cè)得的輸出熱電勢(shì)，再查找該熱電

23、偶的分度表，即可得到測(cè)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(bǔ)償法,第八章 熱電式傳感器,電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度不在0時(shí)引起的熱電勢(shì)變化值，在熱電偶與測(cè)溫儀表之間串接一個(gè)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(gè)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(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?補(bǔ)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(zhǎng)

24、線,工業(yè)應(yīng)用時(shí)，被測(cè)點(diǎn)與指示儀表之間往往有很長(zhǎng)的距離，這就要求熱電偶有較長(zhǎng)的尺寸，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過(guò)長(zhǎng)，所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動(dòng)的，為解決這一問(wèn)題，采用冷端延長(zhǎng)線（或稱(chēng)冷端補(bǔ)償導(dǎo)線）。,第八章 熱電式傳感器,所謂延長(zhǎng)線實(shí)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(zhǎng)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(lái)的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢(shì)。,冷端延長(zhǎng)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(zhǎng)線應(yīng)注意： 延長(zhǎng)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，（專(zhuān)用）； 注意極性，不能接反（否則會(huì)造成更大的誤差）； 延長(zhǎng)線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)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(bǔ)償導(dǎo)線,,,,1. 熱電偶的測(cè)溫線路,冷端溫度相同 熱電動(dòng)勢(shì)與溫度呈線性關(guān)系,注意：,五、熱電偶測(cè)溫線路,五、熱電偶測(cè)溫線路,1、熱電偶直接與指示儀表配用,把n支相同型號(hào)的熱電偶依次將正、負(fù)極相連接，則線路的總電勢(shì)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(duì)誤差分別為E1、 E2、 E3 En，則整個(gè)串聯(lián)線路的絕對(duì)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(duì)誤差為：,,,可見(jiàn)串聯(lián)線路的相對(duì)誤差為單支熱電偶相對(duì)誤差 的 倍。,第八章 熱電式傳感器,測(cè)兩點(diǎn)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(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱(chēng)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(lái)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(lái)。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心產(chǎn)生相對(duì)位 移，晶體自發(fā)極化值就會(huì)發(fā)生變化，在晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡。 能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶

27、體稱(chēng)為熱釋電體，又稱(chēng)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(shí)，電阻上就有電流流過(guò)，在電阻兩端也能得到電壓信號(hào)。,這里所說(shuō)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(cè)人體用的紅外傳感器。它適用于防盜報(bào)警、來(lái)客告知及非接觸開(kāi)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(chǎng)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(guò)的窗口。濾光片為6m多層膜干涉濾光片，這種濾光片對(duì)于太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約5 m以下），具有高的反射率，而對(duì)6 m以上的從人體發(fā)出來(lái)的紅外線熱源(10 m )，有高的穿透性。阻抗變換用的結(jié)場(chǎng)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(diǎn)高不會(huì)造成因環(huán)境溫度過(guò)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(jiàn)探測(cè)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(cè)人體使用的熱釋電紅外傳感器外，還有供測(cè)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(shí)為70V/W，響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為215m，測(cè)溫范圍可達(dá)-801500。,三、熱釋電紅外探測(cè)模塊,熱釋電紅外探測(cè)模塊是一個(gè)將熱釋電紅外傳感器、放大器、信號(hào)處理電路、延時(shí)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(qiáng)、耐低溫（-30）及使用方便等特點(diǎn)，主要用來(lái)探測(cè)人體發(fā)射出的紅外線能量，適用于人體移動(dòng)的探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。,第八章 熱電式傳感器,,HN 911型熱釋電紅外探測(cè)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(shí)，1端輸出低電平，2端輸出高電平。當(dāng)有移動(dòng)發(fā)熱體進(jìn)入監(jiān)視范圍時(shí)，熱釋電紅外傳感器接受到紅外能量，并輸出檢測(cè)信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大器放大，由比較器進(jìn)行比較判斷，再由信號(hào)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。此時(shí)，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(bǔ)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(shí)，可使放大器的增益隨著它們的增高而自動(dòng)提升，從而保證整個(gè)電路工作的穩(wěn)定性。,測(cè)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,