传感器原理温度传感器解读.ppt

2.5 辐射式温度传感器 与接触式测温相比较： 1. 传感器和被测对象不接触，不会破坏被测对象的温 度场，故可测量运动物体的温度并可进行遥测。 2. 由于传感器或热辐射探测器不必达到与被测对象同 样的温度，故仪表的测温上限不受传感器材料熔点的限 制，从理论上说仪表无测温上限。 3. 在检测过程中传感器不必和被测对象达到热平衡， 故检测速度快，响应时间短，适于快速测温。 2.5.1 辐射测温的物理基础 辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度变化 的原理制成的。 2.5 辐射式温度传感器 1 、热辐射 : 物体受热，激励了原子中带电粒子， 使一部分热能以电磁波的形式向空间传播，它 不需要任何物质作媒介（即在真空条件下也能 传播），将热能传递给对方，这种能量的传播 方式称为热辐射（简称辐射），传播的能量叫 辐射能。辐射能量的大小与波长、温度有关。 2 、黑体 : 所谓黑体是指能对落在它上面的辐射 能量全部吸收的物体。在某个给定温度下，对 应不同波长的黑体辐射能量是不相同的，在不 同温度下对应全波长（ λ ： 0 ～ ∞ ）范围总的辐 射能量也是不相同的。 2.5 辐射式温度传感器 3 、辐射基本定律 （ 1 ）普朗克定律 : 普朗克定律揭示了在各种不同温度下黑 体辐射能量按波长分布的规律，其关系式 （ 2 ）斯忒藩 - 波耳兹曼定律 : 斯忒藩 -- 波耳兹曼定律确定了 黑体的全辐射与温度的关系如上。 此式表明，黑体的全辐射能是和它的绝对温度的四 次方成正比，所以这一定律又称为四次方定律。 把灰体全辐射能 E 与同一温度下黑体全辐射能 E0 相比较， 得到物体的另一个特征量 ε 1 ) , ( 2 5 1 0 ? ? T C e C T E ? ? ? 4 0 T E ? ? 2.5 辐射式温度传感器 ? 2.5.2 辐射测温方法 1. 亮度法 : 是指被测对象投射到检测元件上的是被限制在某 一特定波长的光谱辐射能量，而能量的大小与被测对象温 度之间的关系是普朗克公式所描述的一种辐射测温方法， 即比较被测物体与参考源在同一波长下的光谱亮度，并使 二者的亮度相等，从而确定被测物体的温度， 典型测温传 感器是光学高温计。 2.5 辐射式温度传感器 2. 全辐射法 : 全辐射法是指被测对象投射到检测元件上的 是对应全波长范围的辐射能量，而能量的大小与被测对 象温度之间的关系是由斯忒藩 — 波耳兹曼所描述的一种辐 射测温方法， 典型测温传感器是辐射温度计 （热电堆）。 2.5 辐射式温度传感器 3. 比色法 : 被测对象的两个不同波长的光谱辐射能量投 射到一个检测元件上，或同时投射到两个检测元件上， 根据它们的比值与被测对象温度之间的关系实现辐射 测温的方法，比值与温度之间的关系由两个不同波长 下普朗克公式之比表示， 典型测温传感器是比色温度 计。 2.6 石英晶体测温传感器 ? 石英晶体谐振器的等效电路 ? 温度与频率的关系 3 0 2 0 0 0 0 ) ( ) ( ) ( T T C T T B T T A f f f T ? ? ? ? ? ? ? 2.6 石英晶体测温传感器 ? 石英晶体数字温度计的原理框图如图 晶 体 探 头 晶 体 基 准 振 荡器 振荡器 混频器 低 通 滤 波 器 数字显示 计数器 计数间隔 f － f 0 f ± f 0 f 2.7 光纤传感器 ? 2.7.1 光纤传感原理 1 、光纤结构 : 光纤为玻璃光纤，其结构如图所 示，它由导光的纤芯及其周围的包层组成， 包层的外面常有塑料或橡胶等保护套。包层 折射率 n 1 略小于纤芯折射率 n 2 ，它们的相对折 射率差 Δ ? 通常 Δ 为 0.005 ～ 0.14 这样的构造可以保证入 射到光纤内的光波集中在芯子内传播。 1 2 1 n n ? ? ? 2.7 光纤传感器 2 、工作原理 : 光纤工作的基础是光的全反射 。 ? 当端面入射的光满足全反射条件时 ? 即使用时应使入射光处于 2 θ c 的光锥角内，光纤才能理想 地导光。否则，这些光线便