传感器与检测技术温度的测量及温度传感器.ppt

温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数； 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志； 温度与人们日常生活紧密相关。 温标 为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。 经验温标 华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。 按照华氏温标，则水的冰点为32℉，沸点为212℉ 摄氏温标 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 (6-1) 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。 热力学温标 热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度与水的三相点温度分为273．16份，每份为1 K (Kelvin) 。 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 接触式温度测量 非接触式温度测量 接触式温度测量 测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低； 由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。 非接触式温度测量 感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度; 非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。 各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围 热电偶是工业和装备试验中温度测量应用最多的器件，它的特点： 测温范围宽 测量精度高 性能稳定 结构简单 且动态响应较好 输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制 2.2.1 热电偶测温原理 1、热电效应 2. 珀尔帖效应 3. 汤姆逊效应 4.热电偶的基本定律  热电偶在接触点温度为T,T0时的回路电势，等于该热电偶在接触点温度为T,Tn和Tn，T0时回路电势之代数和。 EAB（T,T0）＝EAB（T,Tn）+EAB（Tn，T0） 若T0＝0，则有 EAB（T，0）＝EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0） 金属A和B之间的电动势等于金属A、C和C、B组成热电偶的热电动势之和。（C为标准电极）（如图2-8）所示 导体C被称为标准电极，通常用纯铂（Pt）作标准电极 热电偶分类及特性 为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有以下性能： (1)优良的热电特性； (2)良好的物理性能 ； (3)优良的化学性能 ； (4)优良的机械性能 ； (5)足够的机械强度和长的使用寿命； (6)制造成本低，价值比较便宜。 普通工业用热电偶 热电偶通常主要由四部分组成 (如图6-12所示)：热电极、绝缘管、保护管和接线盒。 铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、 绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体, 如图 2-10所示。它可以做得很细很长, 使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小, 动态响应快, 机械强度高, 挠性好, 可安装在结构复杂的装置上, 因此被广泛用在许多工业部门中 4.热电偶的组成材料及分度表 2.2.3热电偶测温及温度补偿 1.热电偶测温基本电路 测量两点温度差 测多点温度的平均值 2. 热电偶冷端温度补偿 为什么要进行冷端温度补偿？ 1.在测温时，冷端温度T0随着环境温度变化，因而产生测量误差，故应采取补偿措施。 常用的修正或补偿方法 1）冰浴法 3）冷端补偿器法（电桥补偿法） 利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势 。 4）延伸导线法 5）采用不需要冷端补偿的热电偶 6）补正系数修正法 工程上经常采用补正系数实现补偿。 设工作端温度为T1，冷端温度为T0，现场实际温度为T，则 T＝T1+kT0 （5－13） 式中k—