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项目一 任务一、二、三、四、五 温度传感器讲述
项目一 温度传感器
2.1 温度测量概述
2.2 热电偶传感器
2.3 热电阻式传感器
2.4 集成温度传感器
2.5 其他温度传感器
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中,温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一半左右。
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,表示物体内部分子热运动越剧烈。
模拟图:在一个密闭的空间里,气体分子在高温时的运动速度比低温时快!
低温
高温
2.1.1 温度测量
接触式温度传感器
非接触式温度传感器
接触式温度传感器的特点:传感器直接与被测物体接触进行温度测量,由于被测物体的热量传递给传感器,降低了被测物体温度,特别是被测物体热容量较小时,测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线,从而测量物体的温度,可进行遥测。其制造成本较高,测量精度却较低。优点是:不从被测物体上吸收热量;不会干扰被测对象的温度场;连续测量不会产生消耗;反应快等。
2.1 温度测量概述
随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化;
蒸气压的温度变化;
电极的温度变化
热电偶产生的电动势;
光电效应
热电效应
介电常数、导磁率的温度变化;
物质的变色、融解;
强性振动温度变化;
热放射;
热噪声。
温度传感器的物理原理
此外,还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用,有的尚在研制中。
2.1.2 温标
热平衡:温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。
分子物理学:温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。
能量:温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。
温标:表示温度大小的尺度是温度的标尺。
1848年威廉·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础,建立温度仅与热量有关,而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来的,故又称开尔文温标,用符号K表示。它是国际基本单位制之一。
1.热力学温标
2.国际实用温标
1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度,用t表示,其单位是开尔文,符号为K。1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16,水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度,热力学温标规定三相点温度为273.16 K,这是建立温标的惟一基准点。
3.摄氏温标
是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份,每一等份称为摄氏一度(摄氏度,℃),一般用小写字母 t 表示。与热力学温标单位开尔文并用。
摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下:
4.华氏温标
目前已用得较少,它规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度,水的沸点为212华氏度,中间等分为180份,每一等份称为华氏一度,符号用℉,它和摄氏温度的关系如下:
T= t+273.15 K
t =T-273.15 ℃
m=1.8n+32 ℉
n= 5/9 (m-32) ℃
几种温标的对比
正常体温为37 ?C ,相当于华氏温度多少度?
公元1600年,伽里略研制出气体温度计。一百年后,研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要,相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。1950年以后,相继研制成半导体热敏电阻器。最近,随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。
温度传感器的发展概况
示温涂料(变色涂料)
装满热水后图案变得清晰可辨
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
CPU散热风扇
低温时显示蓝色
温度升高后变为红色
体积热膨胀式
不需要电源,耐用;但感温部件体积较大。
气体的体积与热力学温度成正比
红外温度计
2.2 热电偶传感器
热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它构造简单,使用方便,测温范围宽,并且有较高的精确度和稳定性。
2.2.1 热电偶测温原理
1.热电效应
两种不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两接点温度不同,则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。
看一个实验——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。
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