传感器与检测技术第08章(免费阅读).ppt

8 热电式传感器 8.1 热电阻 8.2 热电偶 8.3 热敏电阻 从实验到理论：热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）。 实验结论： 8.2.4 热电偶测温电路 热电偶与动圈式仪表连接，流过仪表的电流不仅与势电势大小有关，而且与测温回路的总电阻有关，因此要求回路总电阻必须为恒定值，即：Rr+Rc+RG=常数 。 （ Rr—热电偶电阻；Rc —连接导线电阻；RG —指示仪表的内阻） 如果要求高精度测温并自动记录，常采用自动电位差计线路。 8.3.1 热敏电阻的主要特性 一、电阻-温度特性 电阻与温度之间的关系可用下面公式来表示: R = A?eB/T A—与热敏电阻尺寸形状以及它的半导体物理性能有关 的常数； B—与半导体物理性能有关的常数； T—热敏电阻的绝对温度。 二、伏安特性 热敏电阻的电流一时间曲线，它们是在不同的外加电压情况下，电流达到稳定最大值所需的时间，从图中可以看到都有一段延迟时间，这是在自热过程中为达到新的热平衡状态所必需的，延迟时间反映了热敏电阻的动特性。适当选择热敏电阻的结构及相应的电路，可使这段延迟时间具有0.001s到几个小时的数值。对于一般结构的热敏电阻，其值可在0.5-1s之间。 8.3.2 热敏电阻的特性线性化 8.3.2 热敏电阻的特性线性化 8.3.2 热敏电阻的特性线性化 8.3 热敏电阻 热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化。 制造热敏电阻的材料很多，如锰、铜、镍、钴和钛等氧化物，它们按一定比例混合后压制成型，然后在高温下焙烧而成。 热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点，因此得到较为广泛的应用，尤其是应用于远距离测量和控制中。 标称电阻R25（冷阻）：标称电阻值是热敏电阻在25±0.2℃时的阻值。 热敏电阻的温度特性 负温度系数热敏电阻伏安特性 电流一时间特性 三、电流一时间特性 电流一时间特性图 串联补偿电阻 并联补偿电阻 其它线性化电路 伏安特性 的位置 在仪器仪表中的应用 U m 的左边 温度计、温度差计、温度补偿、微小温度检测、温度报警、温度继电器、湿度计、分子量测定、水分计、热计、红外探测器、热传导测定、比热测定 U m的附近 液位测定、液位检测 U m的右边 流速计、流量计、气体分析仪、真空计、热导分析 旁热型 热敏电阻器 风速计、液面计、真空计 （U m—峰值电压） 检测用的热敏电阻在仪表中的应用 三、热敏电阻器的应用 电路元件热敏电阻器在仪表中应用分类 ? 在仪器仪表中的应用 U m 的左边 偏置线图的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶温度补偿、晶体管温度补偿 U m的附近 恒压电路、延迟电路、保护电路 U m的右边 自动增益控制电路、RC振荡器、振幅稳定电路 测温用的热敏电阻器，其工作点的选取，由热敏电阻的伏安特性决定。 伏安特性 的位置 热电偶材料应满足： 物理性能稳定，热电特性不随时间改变； 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀； 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小； 便于制造； 复现性好，便于成批生产。 8.2.3 热电偶的常用材料与结构 常用热电偶的结构类型 1．工业用热电偶 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。 工业热电偶结构示意图 1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶丝 1 2 3 4 (a) (b) (c) (d) 1 3 2 2．铠装式热电偶（又称套管式热电偶） 优点是小型化（直径从12mm到0.25mm）、寿命、热惯性小，使用方便。 测温范围在1100℃以下的有：镍铬—镍硅、镍铬—考铜铠装式热电偶。 断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。 图3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图 1—? 金属套管; 2—绝缘材料; 3—热电极 (a)—碰底型; (b)—不碰底型; (c)—露头型; (d)—帽型 3．快速反应薄膜