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熱電式傳感器論文 12自動化 李偉強(qiáng) 1241202038摘要：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。關(guān)鍵字：熱電式熱電偶、工作原理、應(yīng)用熱電式傳感器定義熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進(jìn)行測量的。例如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導(dǎo)磁率等的變化，再通過適當(dāng)?shù)臏y量電路達(dá)到檢測溫度的目的。把溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢的熱電式傳感器稱為熱電偶；把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。工作原理熱電偶是利用熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。所謂熱電效應(yīng)，就是兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。由熱點(diǎn)效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢包括接觸電動勢和溫差電動勢。接觸電動勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。溫差電動勢是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。其產(chǎn)生的機(jī)理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動勢。熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。熱電阻廣泛用來測量200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達(dá)1000標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。熱電傳感器的應(yīng)用1.無觸點(diǎn)恒溫控制器無觸點(diǎn)自動溫控電路如下圖所示。其控溫范圍從室溫到150，精度為0.1。測溫用的熱敏電阻RT作為偏置電阻接在T1、T2組成的差分放大器電路內(nèi)，當(dāng)溫度變化時，熱敏電阻阻值變化，引起T1集電極電流變化，影響二極管D支路電流，從而使電容C充電電流發(fā)生變化，則電容電壓達(dá)到單結(jié)晶體管BT峰點(diǎn)電壓的時刻發(fā)生變化，即單結(jié)晶體管的輸出脈沖產(chǎn)生相移，改變了可控硅SCR的導(dǎo)通角，改變了加熱絲的電源電壓，從而達(dá)到自動控溫的目的。圖中電位器Rp用以調(diào)節(jié)不同的設(shè)定溫度。 2.室內(nèi)空氣加熱 室內(nèi)空氣加熱器PTC熱敏元件由于具有升溫快、能自控、安全節(jié)能、組成電路簡單等特點(diǎn)，因而在各種取暖器上到了廣泛的應(yīng)用。下圖是空氣加熱器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中PTC元件上有許多小孔，后面裝有散熱用的鼓風(fēng)機(jī)。當(dāng)接通電源后，PTC元件由于阻值小會有大電流通過而開始加熱，鼓風(fēng)機(jī)同時工作，它吹出的空氣把PTC元件產(chǎn)生的熱量帶向室內(nèi)空間。由于空氣流速和PTC熱量的自動平衡，出風(fēng)口的溫度達(dá)5060。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)由于故障原因停止轉(zhuǎn)動時，PTC元件的阻值會急劇增大，從而限制了電流的通過，溫度便下降到很低，可以避免意外事故的發(fā)生。PTC元件的形狀常用的有方形板狀和圓盤狀兩種。方形板狀的尺寸為70mm70mm10mm，在厚度方向上約1800個小孔。圓盤狀的尺寸為50(3.57.0)mm。PTC元件的功率為3001000W。3.自動門控制電路下圖是自動門控制電路原理圖。人體移動探測采用新型熱釋電紅外線探測模塊HN911。場效應(yīng)管T1用作延時控制，通過調(diào)節(jié)電位器RP1便可改變延時控制的時間。光耦合器件MOC3020起交直隔離作用。當(dāng)無人通過自動門時，HN911輸出端為低電平，T1無控制信號輸出，雙向晶閘管T2關(guān)閉，負(fù)載機(jī)不工作，門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有人行走接近自動門時，HN911模塊檢知到人體紅外能量，輸出端1為高電平輸出，雙向晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載電機(jī)工作，打開自動門。當(dāng)自動門運(yùn)行到位時，由限位開關(guān)S切斷電源。由于HN911模塊的輸出端2輸出的電平正和1端輸出的電平相反，故可用2端端的輸出信號控制自動門關(guān)閉。4.客房火災(zāi)報警器 下圖是客房火災(zāi)報警器原理電路圖。在每個客房中安裝有由TT201溫控晶閘管組成的火災(zāi)傳感器，在每一路中又都串有發(fā)光二極管LED，其總線串接報警電路再與電。為及時了解災(zāi)情，發(fā)光二極管及報警電路均設(shè)置在總監(jiān)控臺。若某一房間發(fā)生火災(zāi)時，房內(nèi)的環(huán)境溫度升高，當(dāng)環(huán)境溫度升高到溫控晶閘管的開啟電壓溫度時，該路的溫控晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)光顯示，同時，由于溫控晶閘管導(dǎo)通會使總線電流增大，產(chǎn)生報警信號，再經(jīng)報警電路檢測處理后，立即發(fā)出火災(zāi)警笛聲響。5.液位報警器 用集成溫度傳感器的液位報警器的原理電路。它由兩個AD590集成溫度傳感器、運(yùn)算放大器及報警電路等組成，其中傳感器B2設(shè)置在警式液面的位置，傳感器B1設(shè)置在外部。正常情況下，兩個傳感器在相同的溫度條件下，調(diào)節(jié)電位器RP1，使運(yùn)算放大器輸出為零。當(dāng)液面升高時，傳感器B2將會被液體淹沒，由于液體溫度與環(huán)境溫度的差別，使運(yùn)算放大器工作輸出不為零的控制信號，驅(qū)動報警電路報警。小結(jié)： 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢值和電阻值的方法最為普遍。如：熱電偶就是將溫度轉(zhuǎn)換為電勢值的傳感器；金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值。它們在工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛的應(yīng)用。利用半導(dǎo)體PN結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系，可以制成溫敏二極管、溫敏