第2章溫度檢測

第2章溫度檢測溫標及測溫方法膨脹式溫度計熱電阻溫度傳感器熱電偶傳感器集成溫度傳感器光纖傳感器輻射法測溫（非接觸式測溫）第2章溫度檢測

溫度是表征物體或系統(tǒng)冷熱程度的物理量。溫度單位是國際單位制中七個基本單位之一。本章在簡單介紹溫標及測溫方法的基礎(chǔ)上，重點介紹膨脹式溫度計、電阻式溫度傳感器、薄膜熱傳感器、熱電偶傳感器、輻射式溫度傳感器、光纖溫度傳感器、集成溫度傳感器等的原理與應(yīng)用。溫度變送器2.1

溫標及測溫方法

2.1.1

溫標常用溫標:①國際溫標②攝氏溫標③華氏溫標常用溫標換算：2.1

溫標及測溫方法2.1.2溫度檢測方法分類及其特點

溫度檢測方法可分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。常用測溫方法及其特點？（[1]p.156-157,[2]p.209-210）

2.2

膨脹式溫度計

膨脹式溫度計分為固體膨脹式溫度計和氣體（或液體）膨脹式溫度計兩大類。2.2.1固體膨脹式（雙金屬）溫度計原理？特點:結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，抗震性能好，讀數(shù)方便，廉價；精度不高，測量范圍也不大。2.2

膨脹式溫度計Bimetallicthermometer02040-40-2002040-20-40℃℃2.2

膨脹式溫度計

Realizationsofbimetallicthermometers2.2

膨脹式溫度計雙金屬溫度計應(yīng)用舉例：電烤箱的溫度指示、控制和調(diào)節(jié)。電火鍋？~220V2.2

膨脹式溫度計

2.2.2氣體膨脹式（壓力式）溫度計

壓力表？溫度標度原理？特點？誤差與補償？氣體介質(zhì)彈簧管溫包毛細管常見的液體膨脹式（壓力式）溫度計如酒精溫度計、水銀溫度計等。更復(fù)雜的（帶補償措施）見后。(波登管)Principle:

liquidfilledthermometersconsistofabulbconnectedwithacapillaryandaBourdonelement,abelloworadiaphragm.Compensationmethods？Liquidfilledexpansionthermometers2.3熱電阻溫度傳感器2.3.1熱電阻傳感器

測溫基礎(chǔ)：多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。

特點:精度高，適宜于測低溫。

對金屬材料要求：電阻溫度系數(shù)大，電阻率大，熱容量?。辉跍y溫范圍內(nèi)有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；電阻與溫度的關(guān)系最好近似于線性，或為平滑的曲線；容易加工，復(fù)制性好，價格便宜。

熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而變化的原理制成的，可將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。由金屬（鉑、銅、鎳等）材料制成的稱為熱電阻；由半導(dǎo)體材料制成的稱為熱敏電阻。一、鉑電阻精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。主要用作標準電阻溫度計，也常用于工業(yè)測量。鉑電阻的優(yōu)缺點？0~850℃：-200~0℃：工業(yè)標準：50/100/1000Ω；Pt50/Pt100/Pt1000分度表及其應(yīng)用鉑電阻分度表：

注：手冊上溫度步長為1℃。必要時可插值。后同！二、銅電阻鉑是貴金屬，價格昂貴，因此在測溫范圍比較小(-50~+150℃)的情況下，可采用銅制成的測溫電阻，稱銅電阻。銅電阻的優(yōu)缺點？工業(yè)標準：50/100Ω；Cu50/Cu100分度表及其應(yīng)用銅電阻分度表：分度號：Cu50，

溫度/℃0102030405060708090電阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13鉑電阻傳感器實物

鉑電阻傳感器實物（續(xù)）耐磨、防腐熱電阻傳感器實物：裝配式熱電阻傳感器實物：軟導(dǎo)線式熱電阻傳感器實物：三線制？三、鐵電阻和鎳電阻這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可做成體積小，靈敏度高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，且電阻值與溫度的關(guān)系線性差。

四種金屬電阻溫度特性比較比較線性和靈敏度（電阻的相對變化率）！t/℃2.3熱電阻溫度傳感器四、熱電阻傳感器的測量電路

1、三線連接法(原因？條件？優(yōu)點？)三線連接法（1）2.3熱電阻溫度傳感器

三線連接法（2）(原因？條件？優(yōu)點？)2.3熱電阻溫度傳感器2、四線連接法(原因？條件？優(yōu)點？)2.3熱電阻溫度傳感器鉑熱電阻測溫電路:電橋→差動放大器→有源低通濾波器調(diào)零點？調(diào)增益？2.3熱電阻溫度傳感器熱電阻數(shù)字溫度計:MAX138為31/2位ADC。RT=1kΩ（0℃）調(diào)RP2顯0；RT=1.385kΩ

（100℃）調(diào)RP1顯100。2.3熱電阻溫度傳感器熱電阻電熱水器加熱聲提示（停止加熱光提示）：①加熱溫度可調(diào)。②在實踐中，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及減輕重量，常采用簡易直流電源!簡易直流電源的具體形式可根據(jù)需要而定。測低溫和超低溫的熱電阻:國際制冷學(xué)會:T>120K為冷凍溫區(qū);120K>T>0.3K為低溫區(qū);T<0.3K為超低溫區(qū)。常壓下，液氦沸點4.2K，液氮沸點77.3K。H.K.Onnes，1911，Hg，略低于4.2K，電阻突然消失。后來發(fā)現(xiàn)很多其他材料也有類似現(xiàn)象。一些材料在某一低溫下電阻消失的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)（superconducting）現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度稱為該超導(dǎo)材料的臨界溫度Tc。超導(dǎo)材料有重要而廣泛的用途，研究熱點。Tc<30K，液氦條件下工作（昂貴、復(fù)雜），稱為低溫超導(dǎo)材料。重點研究高溫超導(dǎo)材料（1986年到液氮溫區(qū)）。測低溫和超低溫的熱電阻:超導(dǎo)材料進展2004年12月，中國科學(xué)院電工研究所與甘肅長通電纜公司等合作研制成功75m、10.5kV/1500A交流高溫超導(dǎo)電纜，并接入到甘肅長通電纜公司6kV配電網(wǎng)中向車間供電運行。測低溫和超低溫的熱電阻:鉑電阻和銅電阻不適合測低溫和超低溫。銦電阻：300~4.2K，4.2~15K靈敏度比鉑電阻高10倍。材料軟，復(fù)制性差。錳電阻：63~2K，靈敏度高。材料脆，難拉絲。碳電阻：液氦溫區(qū)，廉價，對磁場不敏感。熱穩(wěn)定性差。2.3.2熱敏電阻傳感器

熱敏電阻是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一定比例混合后壓制成型，然后在高溫下焙燒而成。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡單、壽命長、易于維護、動態(tài)特性好等優(yōu)點，因此得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于遠距離測量和控制中。一、熱敏電阻的分類正溫度系數(shù)/PTC(positivetemperaturecoefficient)。用于彩電消磁、電器熱保護、發(fā)熱源的恒溫控制、限流等。負溫度系數(shù)/NTC(negativetemperaturecoefficient)

。用于測溫、溫度補償?shù)取Ｒ话悴荒懿⒙?lián)使用！臨界溫度系數(shù)/CTR(criticaltemperatureresistor)

（在某一特定溫度下電阻值發(fā)生突變）。用作溫度開關(guān)。三類熱敏電阻的特性：PTC、NTC系列熱敏電阻實物：

恒溫加熱

彩電消磁電機延時啟動

超大功率型

NTC非標準貼片式二、熱敏電阻的主要參數(shù)三、熱敏電阻的特點

優(yōu)點：靈敏度高（溫度系數(shù)較熱電阻的大得多）、體積小、熱貫性小、結(jié)構(gòu)簡單、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械性能強、價格低廉、壽命長。缺點：復(fù)現(xiàn)性和互換性差、非線性嚴重、測溫范圍較窄(目前只能達到-50~300℃)。四、熱敏電阻特性線性化串聯(lián)補償電阻并聯(lián)補償電阻它線性化電路

五、熱敏電阻的應(yīng)用1、溫度測量（點溫計，體溫表）2、溫度補償（舉例）3、溫度控制（舉例）4、過熱保護

點溫計：利用熱敏電阻對溫度變化的高度敏感性能，可以制成測量點溫、反應(yīng)迅速的點溫計。點溫計不僅可以用來測量一般的氣體、液體或固體的溫度，而且還適宜于測量微小物體或物體局部的溫度。例如，測量運行中電機軸承的溫度、晶體管外管的溫升、植物葉片溫度、人體內(nèi)血液的溫度等。

S1、S2均為同軸聯(lián)動開關(guān)，S1選擇“斷開、校準、測量”，S2選擇“量程”。R5、R6、RW作用？熱敏電阻溫度計（表）

熱敏電阻

面板式手持式熱敏電阻體溫表原理（動畫）?測溫電路：溫度→NTC→多諧振蕩器→頻率（輸出）NTC

溫度補償:儀表中的一些常用零件，如線圈、線繞電阻等，一般用金屬絲制作。金屬一般具有正的溫度系數(shù)。采用NTC進行補償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。常見補償方式如圖示。溫控電路：加熱指示燈NTC溫度調(diào)節(jié)電磁繼電器:

（配套插座）電磁繼電器是利用電磁力操縱觸點動作的自動開關(guān)，分為直流、交流兩大類，也分為電流繼電器（串于電路）、電壓繼電器（并于電路）、中間繼電器、時間繼電器等。電流繼電器（上圖）常用于弱電控制強電。固態(tài)繼電器（SSR）優(yōu)點多（小、輕、無機械觸點/無火花/無噪聲、功耗低、壽命長等），越來越多地取代電磁繼電器。額定電流？觸點對數(shù)？觸點容量？電流繼電器原理圖J~220V~220VJ1J2J3RLABCCCC接觸器的三對主觸點也可并聯(lián)使用，以增加觸點容量。接觸器:接觸器是利用電磁力操縱觸點動作的自動開關(guān)，常用于接通或斷開主（大電流）電路及其控制電路，分為直流、交流兩大類。主觸點（3對）→主電路輔助觸點（若干對/常開/常閉）→控制電路繼電器和接觸器控制交流負載：

溫控電路：

Rt~220V①被控溫度可調(diào)。②變壓器隔離強電與弱電。③大功率加熱用晶閘管（可控硅）或三相加熱。④在實踐中，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及減輕重量，常采用簡易直流電源!簡易直流電源的具體形式可根據(jù)需要而定。PTC熱保護：將CTR與被測物緊密接觸，并與繼電器串聯(lián)。給電路加上恒定電壓。當被測物溫度升到某一定數(shù)值時，電路中的電流可以由十分之幾毫安變?yōu)閹资涟玻吕^電器動作，從而實現(xiàn)溫度控制或過熱保護。圖示為熱敏電阻組成的熱敏繼電器，用于電動機過熱保護。2.3.3

薄膜熱電阻傳感器（[3]p.32-35）

1.金屬薄膜熱電阻結(jié)構(gòu):薄膜熱電阻是把金屬鉑粉碎成微細鉑粉，用真空沉積的薄膜技術(shù)把鉑粉附著在陶瓷基片上，膜厚在2m以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)材料把引線固定，經(jīng)過激光調(diào)阻制成。測表面溫度、微小體積溫度、瞬變溫度等，對溫度傳感器的特殊要求：熱容量（慣性）小、反應(yīng)快、體積小。薄膜熱電阻具備這些特點。常用薄膜熱電阻主要有金屬薄膜熱電阻和多晶硅薄膜熱電阻。2.

多晶硅薄膜熱電阻2.4熱電偶傳感器

熱電偶作為敏感元件的主要優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單：其主體實際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的。②有較高的準確度。③測量范圍寬：常用的熱電偶可測-50℃~1600℃；用特殊材料的熱電極，可測-271℃~2800℃。④有良好的敏感度。⑤使用方便。熱電效應(yīng)熱電偶基本定律熱電偶材料及常用熱電偶熱電偶冷端溫度補償熱電偶測溫電路

2.4.1熱電效應(yīng)如圖，由兩段不同的勻質(zhì)導(dǎo)體A、B組合，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢（或電流）信號的溫度傳感器稱為熱電偶。熱電偶測溫原理是熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)也稱為塞貝克效應(yīng)。熱電勢也稱為溫差電勢或塞貝克電勢?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電流。導(dǎo)體A、B稱為熱電極。測溫時，結(jié)點1置于測溫點，稱為測量端(工作端、熱端)；結(jié)點2通常保持某一恒定溫度，稱為參考端(自由端、冷端)。

兩種導(dǎo)體的接觸電勢：測量端結(jié)點的接觸電勢為式中

k—波爾茲曼常數(shù)，1.380×10-23J·K-1

T

—接觸處的絕對溫度

e

—電子電荷數(shù)，1.602×10-19C

NA、NB—熱電極A、B的自由電子密度

參考端結(jié)點的接觸電勢為熱電偶中的接觸電勢為二者的代數(shù)和，即

單一導(dǎo)體的溫差電勢：熱電極A的溫差電勢為

式中A—熱電極A的湯姆遜系數(shù)。同理，可得熱電極B的溫差電勢。熱電偶中的溫差電勢為二者的代數(shù)和，即

熱電偶的熱電勢為接觸電勢與溫差電勢之和（后者相對較?。?，即

①若兩熱電極材料相同，即使兩結(jié)點溫度不同(T≠T0)，熱電勢也為零。所以，兩個熱電極必須選用不同材料。②若兩結(jié)點溫度相同，則熱電勢也為零。③熱電勢的大小只與熱電極材料性質(zhì)和結(jié)點溫度有關(guān)，與熱電極的尺寸、形狀及沿熱電極溫度分布無關(guān)。注意：若熱電極不是勻質(zhì)的，則沿熱電極的溫度梯度會引起附加電勢。④給定熱電偶，，測溫原理？

2.4.2熱電偶的基本定律中間導(dǎo)體定律標準電極定律連接導(dǎo)體定律中間溫度定律

中間導(dǎo)體定律:

在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對熱電偶回路的熱電勢無影響，即

EABC(T,T0)=EAB(T,T0)

可接入儀表、降低焊接要求！

標準電極定律:

如果將導(dǎo)體C(熱電極，一般為純鉑絲)作為標準電極(也稱參考電極)，并已知標準電極與任意導(dǎo)體配對時的熱電勢，則在相同結(jié)點溫度(T，T0)下，任意兩導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其熱電勢可由下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)可簡化熱電偶的選配！

連接導(dǎo)體定律:

在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線A′、B′相連接，結(jié)點溫度分別為T、Tn、T0

，那么回路的熱電勢將等于熱電偶的熱電勢EAB(T,Tn

)

與連接導(dǎo)線A′、B′在溫度Tn、T0

時熱電勢

EA′B′

(Tn,

T0)的代數(shù)和，即

EABB′A′

(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA′B′

(Tn,T0)

中間溫度定律：

熱電偶在結(jié)點溫度為T、T0時的熱電勢值EAB(T,T0)，等于熱電偶在(T,Tn

)、

(Tn,T0)

時相應(yīng)的熱電勢EAB(T,Tn

)與EAB(Tn,T0)

的代數(shù)和，即

EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)

中間溫度定律與熱電偶的分度表？

【例】：已知S型熱電偶的冷端溫度為30℃，測得熱電勢為6.526mV，被測溫度是多少？

2.4.3熱電偶材料及常用熱電偶對熱電極材料主要要求：①配成的熱電偶的熱電勢大，熱電勢與溫度之間成線性關(guān)系或近似線性關(guān)系。②測溫范圍寬，長期工作物理性能、化學(xué)性能和熱電性能都比較穩(wěn)定。③電阻率和電阻溫度系數(shù)都小（否則熱電偶的電阻隨測量端的溫度不同而有較大的變化，影響測量精度）。④易于復(fù)制，工藝簡單，價格便宜。標準化熱電偶（[1]p.173-175）：種類？分度號？主要技術(shù)數(shù)據(jù)？熱電勢與溫度之間的關(guān)系？分度表（[1]p.287-291）？非標準化熱電偶（[1]p.175）：標準化熱電偶主要技術(shù)數(shù)據(jù)：熱電偶名稱分度號熱電極識別E（100,0）（mV）測溫范圍（℃）對分度表允許偏差（℃）新極性識別長期短期等級使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃負亮白柔軟＞600±0.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470~13001600Ⅱ＜600±1.5℃負柔軟＞1100±0.25%t鉑銠30-鉑銠B正較硬0.0330~16001800Ⅲ600~900±4℃負稍軟＞800±0.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t負稍親磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t負稍親磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t負亮黃Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t銅-康銅T正紅色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t負銀白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t鐵-康銅J正親磁5.269-40~600750Ⅱ-40~750±2.5℃或±0.75%t負不親磁

標準化熱電偶熱電勢與溫度之間的關(guān)系：有的非線性較重，必要時非線性補償。硬件法？軟件法？（[1]p.177-178）鉑銠10-鉑熱電偶（S型）分度表：安裝式熱電偶傳感器實物：軟導(dǎo)線式熱電偶傳感器實物：鎧裝式熱電偶傳感器實物：薄膜熱電偶簡介:原理由德國人P.Hackeman

于二次世界大戰(zhàn)期間提出，并將研制成的薄膜熱電偶（其薄膜厚度為2m

）用于測量槍膛在子彈射出時壁溫的變化。測溫原理與普通絲式熱電偶相似。熱偶結(jié)點（測量端）既小又薄（為nm或m級的薄膜，0.01~0.1m

），具有熱慣性小、反應(yīng)快（動態(tài)時間常數(shù)可達s量級）、體積小、便于安裝、耐磨、耐壓、耐熱沖擊、抗剝離等優(yōu)點。適合于測量瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。能應(yīng)用于發(fā)動機缸壁、槍炮膛內(nèi)壁、相對運動部件表面、切割刀具等溫度變化很快的瞬態(tài)溫度測試。缺點是動態(tài)標定精度要求較高，且冷端需要補償。2.4.4熱電偶冷端溫度補償補償導(dǎo)線法（冷端延長線法）冰浴法（恒溫法）補償電橋法計算法AD590補償法AD594~AD597系列單片集成熱電偶冷端溫度補償器（集冷端溫度補償器和儀表放大器于一體）軟件處理法（如DS18B20）冷端溫度補償?shù)谋匾裕?.補償導(dǎo)線法（冷端延長線法）①工業(yè)中測量現(xiàn)場與控制室常常較遠。②熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不宜過長，冷端往往在現(xiàn)場，不僅難以保持0℃，而且溫度隨環(huán)境溫度變化。③為解決上述問題，用冷端延長線（冷端補償導(dǎo)線）。冷端延長線是把一定溫度范圍內(nèi)（一般為0~100℃

）與熱電偶具有相同熱電性質(zhì)的兩種較長的金屬線與熱電偶配接。④延長線與熱電偶配套；溫度范圍；極性；兩個接點溫度必須相同。（[1]p.171-172）

2.冰浴法（恒溫法）

4.計算法（[1]p.172）5.AD590補償法（見后）6.單片集成補償器AD594~AD597（[1]p.179）7.軟件處理法（如DS18B20）（[2]p.221-222）

3.補償電橋法

商品化；配套；極性；20℃輸出為零；規(guī)定溫度范圍。RSRS為限流電阻，由熱電偶類型決定。6.

AD590補償法①保持AD590與冷端溫度相同。②先在室溫下調(diào)RT使儀表指示溫度與實際溫度一致。③不同分度號的熱電偶，R取值不同。高精度電壓源2.5VR

習(xí)題:請簡要說明熱電偶的基本定律及其主要應(yīng)用。請簡要說明常用的熱電偶冷端溫度補償方法及其主要特點。2.4.5熱電偶測溫電路1.熱電偶直接與指示儀表配用

熱電偶與動圈式儀表連接，如圖所示。這時流過儀表的電流不僅與勢電勢大小有關(guān)，而且與測溫回路的總電阻有關(guān)，因此要求回路總電阻必須為恒定值，即Rr+Rc+RG=常數(shù)式中：Rr—熱電偶電阻；Rc

—連接導(dǎo)線電阻；RG—指示儀表的內(nèi)阻這種線路結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常用于測溫精度要求不高的場合。2.串聯(lián)

為了提高測量精度和靈敏度，也可將n支型號相同的熱電偶依次串接，如圖所示。這時線路的總電勢為

EG=E1+E2+…+En=nE

式中的E1，E2，…,En為單支熱電偶的熱電勢。顯然，總電勢是單支熱電偶的熱電勢的n倍。若每支熱電偶的絕對誤差為ΔE1，ΔE2，…,ΔEn，則整個串聯(lián)線路的絕對誤差為

若E1

=E2=…=

En=E，則故串聯(lián)電路的相對誤差為：

個別熱電偶燒斷即可發(fā)現(xiàn)！

3.并聯(lián)

用若干個熱電偶并聯(lián)，測出各點溫度的算術(shù)平均值。如圖所示。若n支熱電偶的電阻值相等，則并聯(lián)電路總熱電勢為：個別熱電偶燒斷不易發(fā)現(xiàn)！討論題：上圖中R的作用與要求？

R稱為均衡電阻。作用是為了在T1、T2、T3不相等時，使每只熱電偶的線路中的電流免受電阻不相等的影響。與熱電偶本身的電阻相比，R必須很大。

4.測兩點溫度差兩支相同型號的熱電偶配用相同的補償導(dǎo)線，并反串連接，使兩熱電勢相減，從而測出T1和T2的溫度差。5.測多點溫度之和電表總熱電勢為每個熱電偶的熱電勢之和，可測微小溫度變化。6.依次測多點溫度

分布于數(shù)個測溫點的熱電偶，由專用切換開關(guān)依次換接至公用的一套測量電路（電表），從而依次測量多點溫度。優(yōu)缺點？

熱電偶爐溫測控系統(tǒng)（[1]p.179）

PID晶閘管觸發(fā)器晶閘管執(zhí)行器XCT-101型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀

自動電位差計測溫儀：如果要求高精度測溫并自動記錄，常采用自動電位差計。上圖為XWT系列自動平衡記錄儀表原理圖。熱電偶后的濾波器和放大器前的濾波器未畫出。調(diào)零電位器未畫出。在測量前調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使儀表指針置于正確的標度尺起點。調(diào)零電位器記錄儀主要用來記錄被檢測對象的動態(tài)變化過程。無紙記錄儀有冷端補償?shù)臒犭娕挤糯箅娐罚簾犭娕甲兯推麟娐罚簶蛐蜔犭娕甲兯推麟娐罚?.5

集成溫度傳感器集成溫度傳感器是一種利用晶體管PN結(jié)的電流與電壓特性隨溫度變化的規(guī)律，把敏感元件、放大電路、補償電路等集成化，并裝封于同一殼體內(nèi)的一體化溫度檢測元件。一般只能測150℃以下的溫度。集成溫度傳感器可分為電壓型、電流型、數(shù)字型三類。常用后兩類。電壓型如PC616A/C、LM135、AN6701等；電流型如AD590、LM134等；數(shù)字型如DS18S20、ETC-800等。2.5.1電流輸出型集成溫度傳感器AD590

工作原理：2.5

集成溫度傳感器簡化的電流型集成溫度傳感器的基本原理圖AD590的實際電路2.5

集成溫度傳感器AD590的主要性能指標：

電源電壓：4~30V

測溫范圍：-55~150℃

標定系數(shù)：1A/K

重復(fù)性：±0.1℃AD590的特點:

實現(xiàn)溫度與電流之間的線性變換（電流信號適于遠傳）；廉價；使用方便（如多點溫度測控）。2.5

集成溫度傳感器

Thiscircuitallows"zeroadjustment"aswellasslopeadjustment.TheICL8069bringstheinputwithinthecommon-moderange,whilethe5kohmpotstrimanyoffsetat218°K(-55℃),andsetthescalefactor.AD590構(gòu)成數(shù)字溫度計：TheICL7106is

ahigh

performance,low

power,31/2digitA/Dconverters.Includedareseven

segmentdecoders,displaydrivers,areference,andaclock.

TheICL7106isdesignedtointerfacewithaliquidcrystal

display(LCD)

andincludesamultiplexedbackplanedrive.2.5

集成溫度傳感器

AD590用于測溫差：2.5

集成溫度傳感器①幾個AD590串聯(lián)使用可測幾個被測點的最低溫度。②幾個AD590并聯(lián)使用可測幾個被測點的平均溫度。2.5

集成溫度傳感器AD590用于溫控：共性問題：設(shè)定、調(diào)整給定值？獲得開關(guān)信號？抑制臨界點附近干擾引起抖動？提高開關(guān)信號驅(qū)動能力？控制大功率電器（弱電控制強電）？AD581為高精度10V基準電壓源。LM311為集電極開路輸出型單電壓比較器。2.5

集成溫度傳感器AD590用于多點溫度自動巡檢：I/V放大PADC顯示打印控制...多路模擬開關(guān)AD590商品化濾波地址碼習(xí)題:請給出一款用AD590實現(xiàn)的簡易溫度計原理圖，并簡要說明測溫原理。請給出一款用兩個AD590測量兩點溫差的原理圖，并簡要說明測量原理。請用AD590設(shè)計一款溫控電路。電熱元件用220V交流電源，功率為2kW。要求：①畫出原理圖；②簡要說明工作原理。請用AD590設(shè)計多點溫度自動巡檢系統(tǒng)。要求：①畫出結(jié)構(gòu)框圖；②簡要說明工作原理?！糯笃鳌妷罕恚ò礈囟葮硕ǎ┗颉鶧VM（按溫度標定）2.5

集成溫度傳感器2.7.2數(shù)字輸出型集成溫度傳感器DS18S20（programmableresolutionone-wiredigitalthermometer）

將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（適于遠傳）；使用方便；廉價；尤其適合多點溫度智能測控網(wǎng)。

主要性能指標：①測溫范圍：-55~125℃。②精度：±0.1℃。③可程序設(shè)置9~12的分辨率。④傳送的是串行數(shù)字信號，放大器和ADC均可省去。

BLOCKDIAGRAMHARDWARECONFIGURATION2.5

集成溫度傳感器2.5.3

集成溫控開關(guān)將測溫-比較-控制電路集成為一體的溫度測量與控制電路，稱為集成溫控開關(guān)，如AD22105（LowVoltage,ResistorProgrammableThermostaticSwitch）。2.6

光纖傳感器2.6.1

光纖的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光原理光纖結(jié)構(gòu):中心是纖芯，纖芯外是包層。纖芯和包層都是玻璃材料，纖芯折射率n1略大于包層折射率n2，以保證光在纖芯中傳播。包層外是保護套，用于保護纖芯和包層，并提高機械強度。相對折射率差2.6

光纖傳感器工作原理:光纖是根據(jù)光的全反射原理工作的。2.6

光纖傳感器入射角小于的入射光，即在光錐角內(nèi)的入射光，均能在光纖中理想傳播。光纖按傳輸?shù)哪Ｊ椒譃閱文９饫w和多模光纖兩類。單模光纖纖芯直徑最小，一般在9m以內(nèi)；多模光纖纖芯直徑大些，一般在50m以內(nèi)。典型的包層直徑大約為125m。光纜中有多根光纖。光纜在現(xiàn)代通信領(lǐng)域有重要而廣泛應(yīng)用。

2.6

光纖傳感器Commonprofilesforindexofrefraction,(a)step-indexmultimode,(b)gradedindex(GRIN)multimode,(c)step-indexsinglemode,and(d)dispersionshiftedfiber

2.6.2

光纖傳感器結(jié)構(gòu)與原理把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置

光受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)信號處理系統(tǒng)得到被測量。2.6.3

光纖傳感器的分類1.功能型2.非功能型3.拾光型

根據(jù)光纖在傳感器中的作用分類：

1.

功能型（全光纖型）光纖傳感器光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測量調(diào)制。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。缺點：須用特殊光纖，成本高。典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等。

2.非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調(diào)制。優(yōu)點：無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實現(xiàn)，成本低。缺點：靈敏度較低。

實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。

3.拾光型光纖傳感器用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。

典型例子： 光纖激光多普勒速度計 輻射式光纖溫度傳感器2.6.4

光纖傳感器的特點

（1）電絕緣。

（2）抗電磁干擾。

（3）非侵入性。

（4）高靈敏度。

（5）容易實現(xiàn)對被測信號的遠距離監(jiān)控。（根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式分類見[1]p.123-124）2.6

光纖傳感器

光纖傳感器有重要而廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)已證明，光纖傳感器可用于位移、振動、轉(zhuǎn)動、彎曲、壓力、應(yīng)變、速度、加速度、電流、電壓、磁場、溫度、濕度、聲場、流量、濃度、pH值等多種物理量測量。光纖傳感器研制與應(yīng)用已成為傳感器技術(shù)領(lǐng)域的熱點之一。2.6.5

光纖溫度傳感器（[3]p.54-56）

光纖壓力傳感器（[1]p.124-127）2.7

輻射法測溫（非接觸式測溫）

高溫測量應(yīng)用廣泛，如冶金、鑄造、熱處理、玻璃、陶瓷、耐火材料等生產(chǎn)過程。高溫測量通常采用非接觸式測溫儀表，如輻射式測溫儀表。測量時，只需把輻射式測溫儀表的光學(xué)接收系統(tǒng)對準被測物體，而不必與物體接觸，所以，可以測量運動物體的溫度，且不破壞物體的溫度場。此外，由于輻射式測溫儀表的感溫元件只接收輻射能，不必達到被測物體的實際溫度，從理論上講，沒有上限，可以測量高溫。2.7.1

輻射法測溫的物理基礎(chǔ)

任何物體溫度高于0K時，都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量，且輻射能隨溫度變化。輻射法測溫就是利用物體的輻射能隨溫度變化的規(guī)律。2.7

輻射法測溫（非接觸式測溫）1.普朗克定律（單色輻射強度定律）:

當波長一定時，黑體輻射能力只是溫度的函數(shù)，即這是光學(xué)高溫計和比色高溫計測溫的理論依據(jù)。2.斯忒藩-波耳茲曼定律（全輻射強度定律）這是輻射式溫度計測溫的理論依據(jù)。2.7

輻射法測溫（非接觸式測溫）2.7.2光學(xué)高溫計

精密光學(xué)高溫計用于科學(xué)實驗中的精密測試。標準光學(xué)高溫計用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點、熱容量和相變點的測定中使用。光學(xué)高溫計可用來測量800～3200℃的高溫。由于采用用肉眼進行色度比較，所以測量誤差與人的經(jīng)驗有關(guān)。光學(xué)高溫計測量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測對象為非黑體時，要通過修正才能得到非黑體的真實溫度。2.7

輻射法測溫（非接觸式測溫）工業(yè)用光學(xué)高溫計分類：①隱絲式：利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫燈泡的工作電流，當燈絲的亮度與被測物體的亮度一致時，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。②恒定亮度式：利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫燈泡相比較，當兩者亮度相等時，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。2.7

輻射法測溫（非接觸式測溫）隱絲