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第三章 光电检测技术常用器件及应用5
热电探测器 热电探测器件的物理过程:器件吸收入射辐射功率,产生温升,温升引起热敏材料内部某种有赖于温度的参量变化,检测该变化,可以探知辐射的存在和强弱。 由于热电探测器件利用热敏材料吸收入射辐射的总功率产生升温工作,不是利用某部分光子能量,所以,各种波长的辐射对于响应都有贡献。 热电器件对于波长没有选择性。 热敏电阻的主要特点 ①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化; ②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃; ③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度; ④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择; ⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产; ⑥稳定性好、过载能力强. 热敏电阻分类和区别 金属热敏电阻 金、镍、铋等 温度系数 正 绝对值 小 电阻与温度关系 多为线性 耐高温能力 较强 半导体热敏电阻 氧化锰、氧化镍、氧化钴等 温度系数 负 绝对值 大 电阻与温度关系 非线性 耐高温能力 弱 取一只 100W/220V 灯泡,用万用表测量其电阻值,可以发现其冷态阻值只有几十欧姆,而计算得到的额定热态电阻值应为484? 。 热敏电阻原理 半导体材料热敏电阻原理解释: 吸收辐射后,材料中的电子动能和晶格的振动能增加,因此部分电子从价带跃迁到导带成为自由电子,从而电阻减小了,呈现负温度系数。 金属材料热敏电阻原理解释: 金属内部本身具有大量的自由电子,可导电,吸收辐射后,自由电子几乎没有增加,但是晶格振动加剧反而阻碍了电子的自由运动,导致电阻增加,呈现正温度系数。 薄膜型及普通型铂热电阻 小型铂热电阻 半导体热敏电阻 MF12型 NTC热敏电阻 其他形式的热敏电阻 玻璃封装 NTC热敏电阻 其他形式的热敏电阻 其他形式的热敏电阻(续) 贴片式NTC热敏电阻 热敏电阻阻值随着温度的变化曲线 热敏电阻传感器应用 1—保护 PTC热敏电阻(陶瓷钛酸钡)是一种具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度),它的阻值随着温度升高呈现阶跃性的增高。即温度升高到一定值,电阻的阻值迅速的增加 这种特性 广泛的应用于各类家用电器中用作过流保护,过热保护,延时启动等,避免了电器的损坏 电流通过元件后引起温度升高,发热体温度上升,当超过居里点的温度后,电阻增加,限制了电流增加,于是电流下降导致元件的温度降低,电阻又减少使得电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,起到了开关的作用,可以做成加热源的部分, 主要使用到的控温电器有 暖风机,电烙铁,烘衣柜,空调。 热敏电阻传感器应用 2—测温 NTC负温度系数热敏电阻 测量范围-10~300℃,或-200~10℃,甚至可用在300~1200℃的环境中。 适用于粮仓测温,食品储存,医药卫生,海洋,深井,高空,冰川等方面的温度测量 应用领域:电子温度计,电子万年历,电子钟温度显示,汽车电子温度测控电路,手机电池及充电电器等。 通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件,测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路,热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中,如果,则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。 热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头Rt1、Rt2,Rt1放在管道中央,它的散热情况受介质流速的影响。 Rt2放在温度与流体相同,但不受介质流速影响的小室中。当介质处于静止状态时,电桥处于平衡状态,流量计没有指示。当介质流动时,由于介质流动带走热量,温度的变化引起阻值变化,电桥失去平衡而有输出,电流计指示直接反映了流量的大小。 热敏电阻实物 热敏电阻 热敏电阻体温表 热敏电阻用于CPU的温度测量 热敏电阻用于电热水器的温度控制 汽车用水温传感器及水温表 思考:还有什么地方可能用到热敏电阻?试着举出三个例子 热电偶 热电偶的结构和工作原理 热电效应:将两种不同的导体(金属或合金)A和B组成一个闭合回路(称为热电偶),若两接触点温度(T,T0)不同,则回路中有一定大小电流,表明回路中有电势产生,该现象称为热电动势效应或塞贝克(Seebeck)效应。 热电势由两部分组成 两种导体组成的回路称为“热电偶”,这两种导体称为“热电极”,产生的电势则称为“热电势”,热电偶的两个结点,一个称为测量端(工作端或热端),另一个称为参考端(自由端或冷端)。 一部分是两种导体的接触电势,另
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