9.生物医学传感-热电式知识讲稿.ppt

3:14 PM 1 第七章 热电式传感器 3:14 PM 2 工作原理---压电效应 压电材料(石英、压电陶瓷）特性 等效电路及测量电路 压电传感器的应用 SAW传感器的原理及应用 上次课内容回顾 3:14 PM 3 温度 3:14 PM 4 3:14 PM 5 热电式传感器 一　 热电偶传感器 (重点） 二 PN结温度传感器 三 热释电传感器 四　 热敏电阻传感器 3:14 PM 6 一、 热电偶传感器 1.热电效应（温差电现象或塞贝克效应） 3:14 PM 7 回路中所产生的电动势，叫热电势 热电势由两部分组成: 接触电势 温差电势 热电极 热端 （工作端） 冷端 （参比端） 热电极 3:14 PM 10 2) 温差电动势/汤姆逊效应 3:14 PM 11 A B 3) 总热电动势 3:14 PM 12 2、热电偶的基本定律 1).均质导体定律 2).中间导体定律 3:14 PM 13 3)中间温度定律 为应用补偿导线提供了理论依据 3:14 PM 14 4）参考（标准）电极定律 T0 T0 A B B C C T T T T0 A 3:14 PM 15 【例】热端为100℃、冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，求镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势。 3:14 PM 16 热电偶的结构形式有： 普通型热电偶 特殊热电偶 －铠装型热电偶 －薄膜热电偶等。  3、热电偶的结构与种类 3:14 PM 17 普通型热电偶结构 3:14 PM 18 3:14 PM 19 优点：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。 铠装型热电偶 3:14 PM 20 铠装型热电偶外形 法兰 薄壁金属 保护套管（铠体） 3:14 PM 21 薄膜热电偶 特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。 3:14 PM 22 3:14 PM 23 几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号 名称 测量温度范围 1000C 热电势/ mV B 铂铑30－铂铑6 50~1820 C 4.834 R 铂铑13—铂 -50~1768 C 10.506 S 铂铑10—铂 -50~1768 C 9.587 K 镍铬－镍铬 (铝) -270~1370 C 41.276 E 镍铬－铜镍 (康 铜) －270~800C ——? 3:14 PM 24 4、热电偶实用测量电路 1）测量单点温度 3:14 PM 25 2）测量两点之间的温差 回路内的总电动势为: 因为 3:14 PM 26 3）测量平均温度（并联） 缺点：当有一只热电偶烧断时，不易察觉。 3:14 PM 27 4）测量几点温度之和（串联） 3:14 PM 28 5、热电偶测温线路 3:14 PM 29 PN结伏安特性： 在高注入的条件下： 保持I恒定，则U与T成线性关系，这就是PN结的测温原理 二、 PN结型温度传感器 3:14 PM 30 输出特性呈线性，且测量精度高 其灵敏度: 3:14 PM 31 IF为恒流源,一般10~100μA。调节R3和R2改变输出灵敏度和零电位,以得到摄氏和华氏温度显示。 二极管温度传感器原理图 3:14 PM 32 3:14 PM 33 三、 热释电传感器 热释电效应 △PS=P ·△T P:热释电系数矢量 热释电传感器是一种热辐射探测器，可用于非接触式温度测量。 输出电流 ΔI 正比于温度变化速率 3:14 PM 34 热辐射探测器结构和等效电路如图: 输入端是一个窗口，让经调制的热辐射进入产生电荷，经过一个场效应管收集电信号输出，输出端是场效应管的漏极D,源极S和公共地端E 3:14 PM 35 红外热成像 生物医学测量中应用 3:14 PM 36 热电阻效应 热电阻 四、热电阻温度传感器 3:14 PM 37 1、金属热电阻 3:14 PM 38 材料要求：①材料的电阻温度系数α大，且为常数； ②材料的物理、化学性质稳定； ③电阻率较大，特性复现性好； 1）铂热电阻 2）铜热电阻 3）其它热电阻 —— 低温、超低温 3:14 PM 39 3:14 PM 40 3:14 PM 41 薄膜型及普通型铂热电阻 3:14 PM 42 小型铂热电阻 3:14 PM 43 3:14 PM 44 负温度系数（NTC） 正温度系数（PTC） NTC又可分为两大类： 第一类用于测量温度，它的电阻