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1、第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度变化的原理 制成的。是一种非接触式测温方法，只要将传感器与被测对 象对准即可测量其温度的变化。 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 1）传感器与被测对象不接触，不会干扰被测对象的温度场 ，故可测量运动物体的温度，且可进行遥测。 2）由于传感器与被测对象不在同一环境中，不会受到被测 介质性质的影响，所以可以测量腐蚀性、有毒物体、带 电体的温度，测温范围广，理论上无测温上限限制。 3）在检测时传感器不必和被测对象进行热量交换，所以测 量速度快，响应时间短，适于快速测温。 4）由于是非接触测量
2、，测量精度不高，测温误差大。 与接触式温度传感器相比，具有以下特点： 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 辐射温度传感器是利用斯蒂芬彼尔兹曼全辐射定理 研制出的。其数学表达式为： 由上式可知，物体温度越高，辐射功率就越大，只要 知道物体的温度，就可以计算出它所发射的功率，反之 ，如果测量出物体所发射出来的辐射功率，就可利用上 式确定物体的温度。 全波长辐 射能力 物体的绝 对温度 斯蒂芬彼 尔兹曼常数 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 根据所采用测量方法的差异，非接触式温度传感器可分为： 全辐射式温度传感器 亮度式温度传感器 比色式温度传感器 第六章 温度传感
3、器 第三节节 非接触式温度传传感器 一、全辐射式温度传感器 能全部吸收投射到它表面的辐射能量的物体称为能全部吸收投射到它表面的辐射能量的物体称为黑体黑体； 能全部反射的物体称为能全部反射的物体称为镜体镜体； 能全部透过的物体称为能全部透过的物体称为透明体透明体； 能部分反射、部分吸收的物体称为能部分反射、部分吸收的物体称为灰体灰体。 全辐射温度传感器利用物体在全光谱范围内总辐射能量与 温度的关系测量温度。 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 一、全辐射式温度传感器 绝对黑体的全辐射能与温度的关系为： 波尔兹曼系数 热力学温度 灰体的全辐射能与温度的关系为 ： 若灰体在某一温度T
4、时的全辐射能跟绝对黑体在温度 TF时全辐射能相等，则TF称为该灰体的辐射温度。 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 所以知道了物体的全辐射系数T（查表）和用辐射温 度计测得辐射温度Tr，根据上式可得到物体的真实温 度T。 一、全辐射式温度传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 一、全辐射式温度传感器 被测物的辐射能量经物镜 聚焦到热电堆的靶心铂片 上，将辐射能转化为热能， 再由热电堆变成热电动势， 再由显示仪表显示出热电 动势的大小，由热电动势 数值可知所测温度的大小。 这种传感器适用于远距离，不能 直接接触的高温物体，其测温 范围为（1002000） 第六
5、章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 二、亮度式温度传感器 亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的 原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐 射体的亮度进行比较来测量温度。 测温原理 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 物体在波长下的亮度L和它的光谱辐射出射强度E成正比 。 n 全辐射体： n 实际物体： 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 n亮度温度： 在波长为的单色辐射中，若物体在温度 T 时的亮度 L和全 辐射体在温度 Ts 时的亮度 L0相等，则把 Ts 称为被测物体 在波长时的亮度温度。 被测物体实际温度 T 和亮度温
6、度 Ts 之间的关系： 0 kT/q的条件,这时上式可 以近似为 对上式取对数,得 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 由上式可知,温度T与发射结压降UBE有对应关系,我们可根据 这一关系通过测量UBE来测量温度T值,且在温度不太高的情况下, 两者近似成线性关系,其灵敏度为 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 图8.13为硅半导体晶体管的基极发射极间电压UBE和集电极电流 IC关系的温度特性。UBE具有大约-2.3mV/ 的温度系数，利用这一现 象可以制成高精度、超小型的温度传感器，测温范围为-50-200 左右 。 图8.13
7、UBE与IC的温度特性 温度特性 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 集成电路（IC）温度传感器是近期开发的，把温度传感器 与后续的放大器等用集成化技术制作在同一基片上而成的，集 传感与放大为一体的功能器件。这种传感器输出特性的线性关 系好，测量精度也比较高，使用起来方便，越来越受到人们的 重视。它的缺点是灵敏度较低。 IC温度传感器的设计原理是,对于集电极电流比一定的两 个晶体管,其UBE之差UBE与温度有关。 集成（IC）温度传感器（如AD590，美国模拟器件公司 ） 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度
8、传传感器 图8.20 电流输出型IC温度传感器原理图 电流输出型IC温度传感器原理图如下图所示。 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 IC设计时,取V2发射极面积为V4发射极面积的8倍,于是 根据式(8.17)得电阻R上的电压输出为 图中集电极电流由UT/R决定,电路中流过的电流 为流过R的电流的2倍。取R=358,则可获得灵敏度为 1A/K的温度传感器。 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 简单、价廉，可制成半导体温度计，测温范围050 二极管温度传感器 三极管温度传感器 精度高、测温范围宽，在（
9、-50150）之间，可用于工业、 医疗等领域的仪器或系统 第四节节 半导导体温度传传感器 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 2.一种测温电路的测温范围为0200，其电路图如下。 图中Rt=10（1+0.005t)K为为感温热电热电 阻；R0= 10K，工 作 电压电压 E=10V，M、N两点的电电位差为输为输 出电压电压 UMN。 （1）写出UMN的数学表达式； （2）求0到100时，测量电路的灵敏度。 Rt R0 R0R0 第六章 温度传感器 第三节节 非接触式温度传传感器 3.图示为一种测温范围为0100的测温电路，其中Rt=10 （1+0.02t)K为为感温热电热电 阻；R0、 Rs均为为常值电值电 阻， n为为正整数，E为为工作电压电压 ，M、N两点的电电位差为输为输 出电电 压压，问问： （1）如果t= 0时，输出电压为0， Rs应应取多少？ （2）给给出该测该测 温电电路的输输出特征方程。
