现代传感新技术及应用(热电式传感器)

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1、第五章热电式传感器第五章热电式传感器第5章 热电式传感器第5章 热电式传感器现代传感新技术及应用现代传感新技术及应用第五章热电式传感器第五章热电式传感器关于温度测量关于温度测量科学家发现太阳两极温度一高一低科学家发现太阳两极温度一高一低尤利塞斯号探测器尤利塞斯号探测器是欧洲航 天局和美国国家航空航天局联合 研制的探测器，是美国国家航空 航天局和欧洲航天局探测器中是欧洲航 天局和美国国家航空航天局联合 研制的探测器，是美国国家航空 航天局和欧洲航天局探测器中唯 一一颗具有飞越太阳两极能力的 飞行器。唯 一一颗具有飞越太阳两极能力的 飞行器。测量太阳的温度是一项十分 困难的工作。探测器不可能降落

2、到太阳表面把温度计插下去。测量太阳的温度是一项十分 困难的工作。探测器不可能降落 到太阳表面把温度计插下去。尤 利塞斯号探测器要在尤 利塞斯号探测器要在三亿公里之 外三亿公里之 外对太阳风进行采样才是安全 的。对太阳风进行采样才是安全 的。专家解释说，专家解释说，“测量了在太 阳风中发现的氧六价阳离子和氧 七价阳离子的含量。这种离子的 比例将告诉我们测量了在太 阳风中发现的氧六价阳离子和氧 七价阳离子的含量。这种离子的 比例将告诉我们气体的温度气体的温度。尤 利塞斯号探测器上从事这项工作 的仪器叫做。尤 利塞斯号探测器上从事这项工作 的仪器叫做太阳风离子成分光谱 仪太阳风离子成分光谱 仪。根据

3、根据“太阳风离子成分光谱仪太阳风离子成分光谱仪”获得 的数据，获得 的数据，极点太阳风平均温度大约 是一百万度极点太阳风平均温度大约 是一百万度。但是，其中一个极点 的温度比另一个极点的温度。但是，其中一个极点 的温度比另一个极点的温度低了八 万度。低了八 万度。第五章热电式传感器第五章热电式传感器关于温度测量关于温度测量中航工业计量所与北京航空航天大学 合作开发的高速气流加热试验系统 之热端部件及配套装置中航工业计量所与北京航空航天大学 合作开发的高速气流加热试验系统 之热端部件及配套装置该项目是为中航工业飞机强度研究所研制 的该项目是为中航工业飞机强度研究所研制 的能够模拟飞行器高速飞行时

4、产生的高温 气流环境的地面试验装置能够模拟飞行器高速飞行时产生的高温 气流环境的地面试验装置。该项目要求最 高工作状态温度达到。该项目要求最 高工作状态温度达到2100K，连续工作时 间不小于，连续工作时 间不小于30分钟，这对风洞洞体设计、安 全防护结构、温度测量传感器都提出了十 分苛刻的要求。分钟，这对风洞洞体设计、安 全防护结构、温度测量传感器都提出了十 分苛刻的要求。经过近两年的设计加工、安装调试，在数家单位的通力 合作下，该项目终于成功完成验收试验。验收试验的直接测 量经过近两年的设计加工、安装调试，在数家单位的通力 合作下，该项目终于成功完成验收试验。验收试验的直接测 量温度达到温

5、度达到2079K，偏差仅为，偏差仅为1，大大优于技术要求的大大优于技术要求的8 偏差，高温工作时间超过 偏差，高温工作时间超过30分钟，测量温度经换算修正后可 达到分钟，测量温度经换算修正后可 达到2100K以上，完全满足项目技术指标。以上，完全满足项目技术指标。第五章热电式传感器第五章热电式传感器关于温度测量关于温度测量北京航空航天大学研制的低空飞行机器人已圆满完成海冰温度勘探、航拍飞行等预期的科考任务，标志着中国极地科考机器人的研究及应用进入一个新的阶 段。北京航空航天大学研制的低空飞行机器人已圆满完成海冰温度勘探、航拍飞行等预期的科考任务，标志着中国极地科考机器人的研究及应用进入一个新的

6、阶 段。2007年年11月，王田苗教授的硕士生王挺带着四台低空飞行机 器人随南极科考队参加了第月，王田苗教授的硕士生王挺带着四台低空飞行机 器人随南极科考队参加了第24次南极科考。次南极科考。通过自主研发自驾仪导航系统，基于改进的控制算法，低空飞行机器人在通过自主研发自驾仪导航系统，基于改进的控制算法，低空飞行机器人在150米高空成功进行了两次米高空成功进行了两次15分钟分钟25公里的低空稳定飞行，并公里的低空稳定飞行，并通过自带的红外传感器实现对海冰温度的精确测量。通过自带的红外传感器实现对海冰温度的精确测量。第五章热电式传感器第五章热电式传感器概概 要 ：自 动 测 量 钢 水 包 的 铁

7、 皮 温 度 ， 进 行 数 据 分 析 、 报 警 输 出 。防 止 钢 水 的 泄 漏 、 确 定 维 护 时 间 及 维要 ：自 动 测 量 钢 水 包 的 铁 皮 温 度 ， 进 行 数 据 分 析 、 报 警 输 出 。防 止 钢 水 的 泄 漏 、 确 定 维 护 时 间 及 维 修修1、自动测量钢水包的铁皮温度，数据分析、报 警输出。、自动测量钢水包的铁皮温度，数据分析、报 警输出。 2、显示温度分布。、显示温度分布。 3、可设定测定位置，做合适的判断。、可设定测定位置，做合适的判断。 4、制作纪录数据的倾向曲线，红外热图像的重 放。、制作纪录数据的倾向曲线，红外热图像的重 放。

8、关于温度测量关于温度测量钢水包监视系统钢水包监视系统第五章热电式传感器第五章热电式传感器变电站绝缘套管导电杆与线夹接触处 异常发热的红外图像变电站绝缘套管导电杆与线夹接触处 异常发热的红外图像关于温度测量关于温度测量典型应用：典型应用： *过程监测和热量监视过程监测和热量监视 *易燃物品监视易燃物品监视 *火焰监测火焰监测 *产品产品/过程研究过程研究第五章热电式传感器第五章热电式传感器关于温度测量关于温度测量二合一非接触式温度测量二合一非接触式温度测量 (C/F)和 相对湿度测量 双倍液晶显示屏显示温度和湿度 内置激光瞄准器，能更快速准确的 瞄准目标 分辨率为和 相对湿度测量 双倍液晶显示屏

9、显示温度和湿度 内置激光瞄准器，能更快速准确的 瞄准目标 分辨率为0.1%RH, 0.1or 1(C/F) 日常生活中的温度测量日常生活中的温度测量第五章热电式传感器第五章热电式传感器华氏温标华氏温标华氏温标华氏温标-1714年年荷兰人荷兰人华伦海特华伦海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。它规定以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。它规定在标准大气压 下在标准大气压 下把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零 度，以把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零 度，以0F表示，冰的融点为表示，冰的融点为32华氏度，水的沸点为华氏度，水的沸点为 212华氏度，中

10、间等分为华氏度，中间等分为180份，份，每一等份称为每一等份称为华氏一度华氏一度，符号用。，符号用。华氏温度华氏温度=（1.8*摄氏温度摄氏温度+32）温度单位温度单位第五章热电式传感器第五章热电式传感器摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标-1740年年瑞典人瑞典人摄耳修斯摄耳修斯 (Celsius) 提出，提出，在标准大气压下在标准大气压下将把水的冰点 规定为将把水的冰点 规定为0度，水的沸点规定为度，水的沸点规定为100度。 均分度。 均分100等份，等份，每一等份称为每一等份称为摄氏一 度摄氏一 度()，与华氏温度计使用的是同一 种测温介质，利用相同的测温特性，与华氏温度计使用的是同一 种测

11、温介质，利用相同的测温特性， 但由于规定的标准点和分度单位不 同，就造成了两种不同的温标但由于规定的标准点和分度单位不 同，就造成了两种不同的温标，产生 了两个不同的温度数值，是工程上最 通用的温度标尺。，产生 了两个不同的温度数值，是工程上最 通用的温度标尺。摄氏温度摄氏温度=5/9 *（华氏温度（华氏温度-32） ） 摄氏温标摄氏温标温度单位温度单位第五章热电式传感器第五章热电式传感器1848年年英国物理学家英国物理学家威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文开尔文Kelvin根 据热力学第二定理和卡诺热循环理论提出的。根 据热力学第二定理和卡诺热循环理论提出的。绝对零 度是指绝对零 度是指-273.1

12、5度度，在这个温度下的物体不包含热量， 气体的体积将减小到零。在这个温度下的物体不包含热量， 气体的体积将减小到零。这种温标的最大特点是与选 用的测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质 而变的缺陷，这种温标的最大特点是与选 用的测温介质性质无关，克服了经验温标随测温介质 而变的缺陷，故称它为科学的温标或绝对热力学温标故称它为科学的温标或绝对热力学温标, 由此而得的温度称为由此而得的温度称为热力学温度热力学温度。热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标-开氏温度开氏温度=（273.15+摄氏温度）摄氏温度）K注意：注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分 度值相同，即温度间隔摄氏温度的分度值与开氏

13、温度分 度值相同，即温度间隔1K=1。温度单位温度单位第五章热电式传感器第五章热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电偶热电偶热电偶热电偶热电阻热电阻热电阻热电阻PNPN结集成温度传感器结集成温度传感器结集成温度传感器结集成温度传感器第第5章 热电式传感器章 热电式传感器 第五章热电式传感器第五章热电式传感器第一节 热电偶传感器第一节 热电偶传感器 第二节 热电阻传感器第二节 热电阻传感器 第三节 PN结及集成温度传感器第三节 PN结及集成温度传感器内容提要内容提要学习目标学习目标 掌握热电效应定义、热电偶基本定律及各 种

14、测量电路、热电偶补偿方式；熟悉金属热电 阻的结构及测量线路；掌握热敏电阻的种类及 特性；理解温敏二极管、三极管、集成温度传 感器原理；了解各种热电传感器的实际应用。掌握热电效应定义、热电偶基本定律及各 种测量电路、热电偶补偿方式；熟悉金属热电 阻的结构及测量线路；掌握热敏电阻的种类及 特性；理解温敏二极管、三极管、集成温度传 感器原理；了解各种热电传感器的实际应用。第第5章 热电式传感器章 热电式传感器第五章热电式传感器第五章热电式传感器第一节 热电偶传感器第一节 热电偶传感器一、热电效应二、热电偶基本定律三、热电偶的常用材料与结构四、常用测量电路五、热电偶冷端补偿方式六、热电偶传感器应用一、

15、热电效应二、热电偶基本定律三、热电偶的常用材料与结构四、常用测量电路五、热电偶冷端补偿方式六、热电偶传感器应用第一节 热电偶传感器第一节 热电偶传感器第五章热电式传感器第五章热电式传感器热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称 为：右端称 为：自由 端（参考 端、冷 端）自由 端（参考 端、冷 端）左端称 为：左端称 为：测量 端（工作 端、热 端）测量 端（工作 端、热 端）热电极热电极B B热电势热电势AB第一节 热电偶传感器第一节 热电偶传感器第五章热电式传感器第五章热

16、电式传感器定义：定义：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合 回路，两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合 回路，连接点处于不同的温度场中（设连接点处于不同的温度场中（设T TT T0 0），），则在 此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动 势存在，这种现象叫做则在 此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动 势存在，这种现象叫做热电效应热电效应。1821年首先由西拜 克（Seeback）发现,所以又称1821年首先由西拜 克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。西拜克效应。热电偶原理图热电偶原理图TT0AB一、工作原理一、工作原理回路中所产生的 电动势，叫热电势。 热 电 势 由 两 部 分 组 成，即回路中所产生的 电动势，叫热电势。 热 电 势 由 两 部 分 组 成，即接触电势接触电势和和温温 差电势差电势。热端热端冷端冷端1. 热电效应1. 热电效应返回第一节 热电偶传感器第一节