第5章-热辐射探测器.ppt

5.3.1 热电偶的工作原理 利用温差电效应原理制成的热探测器叫做热电偶，也称为温差电偶。 热电偶作为工业测温中最广泛使用的温度探测器之一，与铂热电阻一起，约占整个温度探测器总量的60%。 常和显示仪表等配套使用，直接测量各种生产过程中很大温差范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体表面温度。 1. 热电偶的工作原理 热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。 2. 热电偶的计算 热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度T和To的函数差。 可见，热电动势只随热端（测量端）温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。 3. 热电偶的结构 可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。各种不同热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，并和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。 5.3.2 ? ?热电偶的特性 稳定性：指热电偶的热电特性随使用时间变化小 不均匀性：指热电极的不均匀程度，所引起的附加热电势的大小，取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态、材料的不均匀形式和不均匀程度以及热电偶在温度场中所处的位置。 热惰性：指被测介质从某一温度跃迁到另一温度时，热电偶测量端的温度上升到整个跃迁的63.2%所需的时间。 * * 5.4 热电偶的实训项目 【任务要求】 通过不同的实训项目，进一步加强学生对热电偶的认知，提高学生的实践能力和对热电偶电路的分析能力。 * 5.4.1 实训一 热电偶的温度特性实验 【实训目的】 1. 了解热电偶测温原理及方法； 2. 了解热电偶测温的应用。 【实训器材】 K型热电偶试验箱、温度源 【实训原理】 【实训内容及步骤】 * 5.4.2 实训二 热电偶的电路分析 ——热电偶温度计 【实训目的】 1. 会正确分析热电偶的电路； 2. 会设计简单的热电偶电路。 【实训器材】 多媒体、热电偶温度计 【实训内容及步骤】 * * 【思考】 1. 详细阐述图5-20所示热电偶电路的工作过程。 2. 说明电位器RW1在该电路中的作用。 * 5.5 热释电探测器 【任务要求】 通过对热释电探测器理论知识的学习，了解热释电探测器的基本结构、分类和特性参数，掌握其工作原理。 5.5.1 热释电探测器的认识 热释电探测器是一种新型的热探测器，它是指利用热释电材料的自发极化强度随温度而变化的热释电效应制成的一种热敏型红外探测器。 当晶体受到辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间出现感应电荷，利用感应电荷的变化可测量光辐射的能量。 1. 热释电探测器的基本结构 该TGS热释电探测器是把制好的TGS晶体连同衬底贴于普通三极管管座上，上下电极通过导电胶、铟球或细铜丝与管脚相连，加上窗口后构成完整的TGS热电探测器件。 热释电探测器对声频振动很敏感，入射辐射脉冲的热冲击会激发热释电晶体的机械振荡，而产生压电谐振。这意味着在热释电效应上叠加有压电效应，产生虚假信号，使探测器在高频段的应用受到限制。为防止压电谐振，常把热释电器件与前置放大器（常为场效应管）做在一个管壳内。 2. 热释电探测器的工作原理 热释电器件产生的热释电电流在负载电阻RL上的电压为： 可见，热释电器件的电压响应正比于热释电系数和温度的变化速率 ，而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。 3. 热释电探测器的应用 它和热电堆都可以作为参考（标准）探测器，应用于光源发射光谱特性和光子探测器光谱响应特性等测试系统。 应用于电子防盗报警、自动门和感应开关水龙头等。 在空间技术方面。 5.5.2 热释电探测器的特性参数 1. 电压灵敏度 2. 热释电器件的噪声 主要有电阻的热噪声、温度噪声和放大器噪声等。 3. 响应时间 热释电探测器的响应时间可以由电压灵敏度的公式求出。 在低频段的电压响应度与调制频率成正比，在高频段则与调制频率成反比。 * 5.6 热释电探测器的实训项目 【任务要求】 通过不同的实训项目，进一步加强学生对热释电探测器的认知，提高学生的实践能力和对热释电探测器电路的分析能力。 * 5.6.1 实训一 热释电探测器的原理测试 【实训目的】