机械工程测试技术 第3版 第5章 发电式传感器及其应用.ppt

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5.4热电偶传感器6.热电偶分类热电偶材料性能要求:物理化学性能稳定、电阻温度系数小、机械性能好、灵敏度高、复现性好、线性关系等热电偶分类按热电势的性能可分为:常用热电偶和特殊热电偶按其适应的温度范围不同可分为:高、中温热电偶和低温热电偶按其结构型式不同可分为:铠装式、插入式和裸线式热电偶一般热电偶的灵敏度随温度降低而明显下降,这是热电偶进行低温测量的主要困难。热电偶结构5.4热电偶传感器5.4热电偶传感器常用热电偶分类及其性能名称特点测温范围灵敏度铂铑-铂热电偶——中高温度计物理化学性能稳定,测量精度高,常用于精密温度测量和作为基准温度计使用300℃~1300℃室温下6uV/℃镍铬-镍硅热电偶——中高温度计化学性能很稳定,灵敏度高、成本低,价格低廉100℃~1000℃室温下41uV/℃镍铬-康铜热电偶——中低温温度计综合了镍铬-镍硅热电偶和铜-康铜热电偶的一些优点——灵敏度高、价格便宜液氮温区80K~500℃室温下70uV/℃铜-康铜热电偶——中低温温度计性能稳定,复现性好,而且价格便宜80K~室温室温下40uV/℃镍铬-金铁热电偶——中低温温度计稳定性好,热导率低,适合于低温测量1K~30K1K下10uV/℃5.4热电偶传感器归纳热电偶特点:弱信号:~mv非线性热惯性:接近于一阶惯性环节热电偶优点:结构简单、制作方便、价格低廉、测温范围宽(1K到3000K)测温精确度较高,高温特性好流体、固体及表面温度均可用它测量微型热电偶可用于快速及动态温度测量热电偶缺点:需要恒定的冷端温度1.原理:红外辐射(热电式或光电式:光-热-电)红外线辐射的峰值点随着物体温度的降低而转向波长较长的一边;绝对温度2000K以下(低温和常温)的光谱曲线峰值点对应的波长为红外线。因此,红外线测试技术得到广泛的应用。任何物体的温度高于绝对零度以上时,都会因自身的分子运动而向外辐射能量。物体温度愈高,则辐射到空间去的能量愈多。普朗克定律辐射强度与波长及温度之间的关系人体会发出红外波吗?5.5红外探测器红外线是其中之一,波长在0.76~100μm2.红外探测器分类:(1)热探测器——热电效应:热探测器吸收红外辐射后产生温升,伴随发生某些物理性能的变化。测量这些物理性能的变化就可以测量出它吸收的能量或功率。分为:热敏电阻、热电偶型、气动型、热释电型(2)光子探测器——光电效应:基于半导体材料的光电效应。利用入射光子直接与束缚电子相互作用。分为:光电、光电导及光生伏打等探测器。5.5红外探测器5.5红外探测器(1)热探测器:1)热电偶型:多对热电偶串连相接——热电堆辐射能→红外辐射透镜→热端材料:银─铋、锰─康铜;或镀膜和光刻技术制造薄膜热电堆(锑─铋)热电偶冷端置于环境温度下热端涂上黑层置于辐射中5.5红外探测器2)气动型——吸收红外辐射后,气室的气体温度升高、体积增大、柔镜凸起柔性镜移动→光栅图像-栅状光栏相对位移→改变光量→光电管该探测器光谱响应波段很宽:从可见光到微波(不局限于红外波)响应时间为15ms用于实验室内,作为其他红外器件的标定基准红外辐射透镜透红外窗口吸收薄膜气室柔镜可见光源光栅光栅图像反射镜反射镜光电管透镜5.5红外探测器铁电体绝缘电阻负载入射到结内的光子产生电子空穴对5.5红外探测器光子探测器5.5红外探测器3.红外探测器性能比较性能热电堆气动型热释电型光子探测器响应波段可见光到微波1~38μm2~14μm探测率1x1091x1010(3-10)1010(0.1-5)1010响应时间几十ms15ms10-2s10-5s工作温度300K70~300K应用测体温、食品温度其它红外器件标定基准光谱仪、测温仪、红外摄像测温仪、航空扫描仪、热像仪5.5红外探测器4.红外探测器的应用1)红外测温仪红外测温仪组成光学系统:收集辐射能量,聚焦在红外探测器的接收光敏面上红外探测器:红外辐射能→电信号信号处理系统温度指示器红外测温仪可测0~600℃范围内的物体表面温度,时间常数为4~10ms5.5红外探测器ST系列红外测温仪

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