傳感器與檢測技術課件第六章溫度傳感器3資料

1、 輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。是一種(y zhn)非接觸式測溫方法，只要將傳感器與被測對象對準即可測量其溫度的變化。共三十三頁1）傳感器與被測對象不接觸，不會干擾被測對象的溫度場，故可測量運動物體的溫度，且可進行遙測。2）由于傳感器與被測對象不在同一環(huán)境中，不會受到被測介質(zhì)性質(zhì)的影響，所以可以測量腐蝕性、有毒物體、帶電體的溫度，測溫范圍廣，理論上無測溫上限限制。3）在檢測時傳感器不必和被測對象進行熱量交換，所以測量速度快，響應時間(shjin)短，適于快速測溫。4）由于是非接觸測量，測量精度不高，測溫誤差大。與接觸式溫度傳感器相比(xin b)，具有以下特點：共三

2、十三頁輻射溫度傳感器是利用斯蒂芬彼爾茲曼全輻射定理研制(ynzh)出的。其數(shù)學表達式為：由上式可知，物體溫度越高，輻射功率(gngl)就越大，只要知道物體的溫度，就可以計算出它所發(fā)射的功率(gngl)，反之，如果測量出物體所發(fā)射出來的輻射功率(gngl)，就可利用上式確定物體的溫度。全波長輻射能力物體的絕對溫度斯蒂芬彼爾茲曼常數(shù)共三十三頁根據(jù)所采用測量方法的差異(chy)，非接觸式溫度傳感器可分為：全輻射式溫度傳感器亮度(lingd)式溫度傳感器比色式溫度傳感器共三十三頁一、全輻射式溫度傳感器能全部吸收投射到它表面的輻射能量的物體稱為黑體；能全部反射的物體稱為鏡體；能全部透過(tu u)的物體

3、稱為透明體；能部分反射、部分吸收的物體稱為灰體。 全輻射溫度傳感器利用物體在全光譜范圍內(nèi)總輻射能量(nngling)與溫度的關系測量溫度。共三十三頁一、全輻射式溫度傳感器絕對黑體的全輻射能與溫度(wnd)的關系為：波爾茲曼系數(shù)(xsh)熱力學溫度灰體的全輻射能與溫度的關系為 ： 若灰體在某一溫度T時的全輻射能跟絕對黑體在溫度TF時全輻射能相等，則TF稱為該灰體的輻射溫度。共三十三頁所以知道了物體的全輻射系數(shù)(xsh)T（查表）和用輻射溫度計測得輻射溫度Tr，根據(jù)上式可得到物體的真實溫度T。一、全輻射式溫度傳感器共三十三頁一、全輻射式溫度傳感器被測物的輻射能量經(jīng)物鏡聚焦到熱電堆的靶心鉑片上，將輻

4、射能轉(zhuǎn)化為熱能，再由熱電堆變成熱電動勢，再由顯示儀表(ybio)顯示出熱電動勢的大小，由熱電動勢數(shù)值可知所測溫度的大小。這種傳感器適用于遠距離，不能直接接觸的高溫(gown)物體，其測溫范圍為（1002000）共三十三頁二、亮度(lingd)式溫度傳感器 亮度(lingd)式溫度傳感器利用物體的單色輻射亮度(lingd)隨溫度變化的原理，并以被測物體光譜的一個狹窄區(qū)域內(nèi)的亮度(lingd)與標準輻射體的亮度(lingd)進行比較來測量溫度。測溫原理共三十三頁物體在波長下的亮度L和它的光譜(gungp)輻射出射強度E成正比。 全輻射體： 實際(shj)物體： 共三十三頁亮度(lingd)溫度：

5、在波長為的單色輻射中，若物體在溫度 T 時的亮度(lingd) L和全輻射體在溫度 Ts 時的亮度 L0相等，則把 Ts 稱為被測物體在波長時的亮度溫度。 被測物體實際溫度 T 和亮度溫度 Ts 之間的關系： 0 1，測到的亮度溫度總是低于物體真實溫度的，即 Ts kT/q的條件,這時上式可以近似為 對上式取對數(shù),得 共三十三頁 由上式可知,溫度T與發(fā)射結(jié)壓降UBE有對應關系,我們可根據(jù)這一關系通過測量UBE來測量溫度T值,且在溫度不太高的情況(qngkung)下,兩者近似成線性關系,其靈敏度為 第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁 圖8.13為硅半導體晶體管的基極發(fā)射極間電壓UBE和集電極電流

6、(dinli)IC關系的溫度特性。UBE具有大約-2.3mV/ 的溫度系數(shù)，利用這一現(xiàn)象可以制成高精度、超小型的溫度傳感器，測溫范圍為-50-200 左右。 圖8.13 UBE與IC的溫度(wnd)特性溫度特性第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁 集成電路（IC）溫度傳感器是近期開發(fā)的，把溫度傳感器與后續(xù)的放大器等用集成化技術制作在同一基片上而成的，集傳感與放大為一體的功能器件。這種傳感器輸出特性的線性關系好，測量精度也比較高，使用起來方便，越來越受到人們的重視。它的缺點是靈敏度較低。 IC溫度傳感器的設計原理是,對于集電極電流比一定的兩個(lin )晶體管,其UBE之差UBE與溫度有關。集成（

7、IC）溫度傳感器（如AD590，美國(mi u)模擬器件公司 ）第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁圖8.20 電流(dinli)輸出型IC溫度傳感器原理圖 電流(dinli)輸出型IC溫度傳感器原理圖如下圖所示。第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁 IC設計時,取V2發(fā)射極面積(min j)為V4發(fā)射極面積的8倍,于是根據(jù)式(8.17)得電阻R上的電壓輸出為 圖中集電極電流由UT/R決定(judng),電路中流過的電流為流過R的電流的2倍。取R=358,則可獲得靈敏度為1A/K的溫度傳感器。第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁 簡單(jindn)、價廉，可制成半導體溫度計，測溫范圍050二極管溫度

8、傳感器三極管溫度傳感器精度高、測溫范圍寬，在（-50150）之間，可用于工業(yè)、醫(yī)療(ylio)等領域的儀器或系統(tǒng)第四節(jié) 半導體溫度傳感器共三十三頁1.下圖給出了一種測溫電路，其中RT=2R0（1+0.01t）（K）為感溫熱電阻，RB為可調(diào)電阻(dinz)，U為工作電壓。（其中G為檢流計）（1）基于該測溫電路的工作機理，請給出調(diào)節(jié)電阻RB隨溫度變化的關系。（2）若測溫范圍為2040，R0=10 K，試計算RB的變化范圍。習題(xt)共三十三頁2.一種測溫電路的測溫范圍為0200，其電路圖如下。圖中Rt=10（1+0.005t)K為感溫熱電阻；R0= 10K，工作電壓E=10V，M、N兩點的電位差

9、為輸出(shch)電壓UMN。（1）寫出UMN的數(shù)學表達式；（2）求0到100時，測量電路的靈敏度。RtR0R0R0共三十三頁3.圖示為一種測溫范圍為0100的測溫電路，其中Rt=10（1+0.02t)K為感溫熱電阻；R0、 Rs均為常值電阻，n為正整數(shù)，E為工作電壓(diny)，M、N兩點的電位差為輸出電壓(diny)，問：（1）如果t= 0時，輸出電壓為0， Rs應取多少？（2）給出該測溫電路的輸出特征方程。共三十三頁內(nèi)容摘要輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。能全部吸收投射到它表面的輻射能量的物體稱為黑體。絕對黑體的全輻射能與溫度的關系為：。被測物的輻射能量經(jīng)物鏡聚焦到熱電堆的靶心鉑片。再由顯示儀表顯示出熱電。動勢的大小，由熱電動勢數(shù)值可知所測溫度的大小。當溫度變化時，物體的最大單色輻射出射度將向波長增大或減小的方向(fngxing)