项目二热电式传感器(第3、4、5、6课时).ppt

项目二　温度及环境量的检测 概述 概述 温度是表征物体冷暖程度的物理量，体现了物体内部分子运动状态的特征。 温度是不能直接测量的。只能通过物体随温度变化的某些特征(如体积、长度、电阻等)来间接测量。 热电式传感器将温度变化转换为电量(电阻、电势等)，应用广泛。 概述 按测温方法不同，热电式传感器分为接触式和非接触式两种。 接触式测温是基于热平衡原理，如水银温度计、热敏电阻和热电偶等。 非接触式测温是基于热辐射原理，如辐射温度计、红外测温仪等。 概述 温标 温度标尺 建立温标必须具备三个条件： (1)固定的温度点（基准点） (2)测温仪器（确定测温质和测温量 ） (3)温标方程（内插公式） (1)经验温标 由特定的测温质和测温量所确定的温标 华氏温标 1714年德国人华伦海特(Fahrenheit)在沸点和冰点之间等分为180份，每份为华氏1度(10F) 。 摄氏温标 1742年瑞典人摄尔塞斯(Celsius)规定水的冰点沸点之间等分为100份，每份为1度(10C) 。 经验温标特点：是借助于一些物质的物理量与温度之间的关系，用实验方法得到的经验公式来确定温度值的标尺，因此有局限性和任意性。 (2)热力学温标 1948年物理学家开尔文(Kelvin)首先提出将温度数值与理想热机的效率相联系，根据热力学第二定律来定义温度数值，建立一个与测温质无关的温标———热力学温标。 确定的温度数值：热力学温度，绝对温度，用符号T表示，单位：开尔文，用K表示。 热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点是273.15K，沸点是373.15K。请注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相差0.01K。 (3)国际温标 1927年国际温标(ITS-27) 1927年第七届国际计量大会决定采用热力学温标做国际温标。称为1927年国际温标(ITS-27) 具有3个基本特点： ①尽可能接近热力学温标; ②复显精度高并能确保量值的统一； ③用以复现的标准温度计使用方便，性能稳定。 国际温标经过几次修改： 1948年国际温标(ITS－48)，1968年国际实用温标(IPTS－68)，1990年国际温标(ITS－90) (4)1990年国际温标(ITS－90) 根据第18届国际计量大会的决议， 自1990年1月1日起开始在全世界实行 我国：自1994年1月1日开始全面实施 90国际温标主要有三方面内容： ①温度单位 ②定义固定温度点 ③复现固定温度点的方法 ①温度单位 符号：T，单位为开尔文(K)，K的定义为水的三相点温度的1/273.16。 用与冰点273.15K的差值表示的热力学温度称为摄氏温度，符号为t，单位为度(0C)，即t=T-273.15，并有10C=1K。 摄氏度(0C)是由国际温标重新定义的，是以热力学温标为基础的。 90国际温标定义国际开尔文温度T90和国际摄氏度t90，其间关系如同T和t一样，即 t90=T90-273.15 ②定义固定温度点 90国际温标的定义固定温度点是利用一系列纯物质各相间可复现的平衡状态或蒸汽压所建立起来的特征温度点。 这些特征温度点的温度指定值是由国际上公认的最佳测量手段测定的。 ③复现固定温度点的方法 90国际温标把温度分为4个温区，各个温区的范围、使用的标准测温仪器分别为： 0.65～5.0K间为3He或4He蒸汽压温度计； 3.0～24.5561K间为3He或4He定容气体温度计； 13.8033K～961.780C间为铂电阻温度计； 961.780C以上为光学或光电高温计。 在水的冰点以上的温度使用摄氏度单位(0C)，在冰点以下的温度使用热力学温度单位(K)。 1.测温原理 原理:导体的ρ随温度T变化。 特点:灵敏度低,精度高,宜用于常温和低温测量。 对导体材料的要求:物理化学性能稳定、热容量小、温度系数大、输出线性好、便宜。 作为热电阻的材料要求： ⑴电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度； ⑵电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸； ⑶热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； ⑷在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能； ⑸电阻与温度的关系最好接近于线性； ⑹应有良好的可加工性，且价格便宜。 使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。 广泛用于测量 -200～+850℃，少数可测1000℃以上。 　　　　　　　　热电阻的结构 PTC、CTR虽不能作为大温度范围的温度传感器使用,但用于检测是否超过特定温度(电阻急变的温度)是方便的。 例如,PTC上流过电流就发热,若超过急变温度,电阻就变大,电流变小而不发热,所以装在恒温器