第七章有源傳感器

1、10/12/20211harbin engineering university第七章第七章 有源傳感器有源傳感器 光電傳感器、熱電偶傳感器、壓電傳感器光電傳感器、熱電偶傳感器、壓電傳感器等。等。此類傳感器無(wú)需任何電源便能由被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生電此類傳感器無(wú)需任何電源便能由被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生電信號(hào)。為測(cè)量溫度、力、壓力和加速度提供另一信號(hào)。為測(cè)量溫度、力、壓力和加速度提供另一種可供選擇的方法。種可供選擇的方法。10/12/20212本章本章主要內(nèi)容主要內(nèi)容n光電傳感器光電傳感器n熱電偶傳感器熱電偶傳感器10/12/20213本章目的：本章目的：n掌握光電傳感器基本工作原理。掌握光電傳感器基本工作原理。n掌握

2、熱電偶傳感器基本工作原理。掌握熱電偶傳感器基本工作原理。本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：n光敏元件結(jié)構(gòu)及典型工作電路光敏元件結(jié)構(gòu)及典型工作電路n熱電偶基本定律和冷端溫度補(bǔ)償原理熱電偶基本定律和冷端溫度補(bǔ)償原理10/12/20214本章本章對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（任選一個(gè)）：創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（任選一個(gè)）：n光電報(bào)警電路設(shè)計(jì)與制作光電報(bào)警電路設(shè)計(jì)與制作n熱電偶設(shè)計(jì)與制作熱電偶設(shè)計(jì)與制作10/12/202157.1 7.1 光電傳感器光電傳感器（photoelectric sensor） 光電傳感器是各種光電檢光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和電信實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和電信號(hào)轉(zhuǎn)換號(hào)轉(zhuǎn)

3、換的關(guān)鍵元件，其物理的關(guān)鍵元件，其物理基礎(chǔ)是基礎(chǔ)是光電效應(yīng)光電效應(yīng)。 19051905年德國(guó)物理學(xué)家愛因年德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦用斯坦用光量子學(xué)說(shuō)光量子學(xué)說(shuō)解釋了光解釋了光電效應(yīng)，并為此而獲得電效應(yīng)，并為此而獲得19211921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 10/12/20216圖圖 光電傳感器的組成光電傳感器的組成x x1 1表示被測(cè)量能直接引起光量變化；表示被測(cè)量能直接引起光量變化；x x2 2表示被測(cè)量在光傳播過(guò)程中引起光量的變化。表示被測(cè)量在光傳播過(guò)程中引起光量的變化。10/12/202177.1.1 7.1.1 光源（光源（illuminant）一、光的特性一、光的特性 光是電

4、磁波譜中的一員。光是電磁波譜中的一員。光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性質(zhì)。等性質(zhì)。電磁波譜圖電磁波譜圖10/12/20218由光的粒子說(shuō)，光是以光速運(yùn)動(dòng)著的粒子（光子）由光的粒子說(shuō)，光是以光速運(yùn)動(dòng)著的粒子（光子）流，一種頻率流，一種頻率f f的光由能量相同的光子所組成，每個(gè)的光由能量相同的光子所組成，每個(gè)光子的能量為：光子的能量為：式中：式中：e e：每個(gè)光子的能量；：每個(gè)光子的能量；h h：普郎克常數(shù)，：普郎克常數(shù)，h=6.626h=6.62610103434 j js s；f f：光的頻率；：光的頻率； ：光的波長(zhǎng)。：光的波長(zhǎng)。1eh

5、fh結(jié)論：結(jié)論：光的頻率愈高（即波長(zhǎng)愈短），光的頻率愈高（即波長(zhǎng)愈短），光子的能量愈大。光子的能量愈大。 10/12/20219二、常用光源二、常用光源1 1白熾光源：白熾光源：電流流經(jīng)電流流經(jīng)導(dǎo)電物體導(dǎo)電物體，使之在高溫下輻，使之在高溫下輻射光能。包括白熾燈和鎢絲燈兩種。射光能。包括白熾燈和鎢絲燈兩種。2 2氣體放電光源：氣體放電光源：電流流經(jīng)電流流經(jīng)氣體或金屬蒸氣氣體或金屬蒸氣，使之，使之產(chǎn)生氣體放電而發(fā)光。有弧光放電和輝光放電兩產(chǎn)生氣體放電而發(fā)光。有弧光放電和輝光放電兩種。種。3 3發(fā)光二極管：發(fā)光二極管：一種一種電致發(fā)光的半導(dǎo)體器件電致發(fā)光的半導(dǎo)體器件，電場(chǎng)，電場(chǎng)作用下，使作用下，使固

6、體物質(zhì)發(fā)光固體物質(zhì)發(fā)光，電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。，電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋? 4激光：激光：是是高亮度光高亮度光，由各類氣體、固體或半導(dǎo)體，由各類氣體、固體或半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的頻率單純的光。激光器產(chǎn)生的頻率單純的光。激光是相干光源激光是相干光源，它具有單色性和方向性，能量高度集中。它具有單色性和方向性，能量高度集中。 10/12/202110發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)原理：發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)原理：-+電場(chǎng)電場(chǎng)10/12/20211111發(fā)光二極管的主要特點(diǎn)：發(fā)光二極管的主要特點(diǎn)：(1)(1)發(fā)光亮度與正向電流之間的關(guān)系如圖所示。發(fā)光亮度與正向電流之間的關(guān)系如圖所示。工作工作電流低于電流低于25ma25ma時(shí)，兩者

7、基本為線性關(guān)系時(shí)，兩者基本為線性關(guān)系; ;圖 發(fā)光二極管的發(fā)光特性 10/12/20211212(2)(2)響應(yīng)速度極快響應(yīng)速度極快，時(shí)間常數(shù)約為，時(shí)間常數(shù)約為l0l0-6-6至至1010-9-9s s; ;(3)(3)正向電壓很低正向電壓很低，約，約2v2v左右左右; ;(4(4) )小巧輕便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)小巧輕便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)和和單色性單色性好好; ;(5)(5)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：發(fā)光效率低，發(fā)光效率低，發(fā)出短波光發(fā)出短波光( (如藍(lán)紫色如藍(lán)紫色) )的材的材料極少料極少。10/12/20211313目前常用的幾種發(fā)光二極管：目前常用的幾種發(fā)光二極管：1 1）. .磷化鎵磷化鎵 (gap(g

8、ap) )發(fā)光二極管發(fā)光二極管發(fā)光中心波長(zhǎng)為發(fā)光中心波長(zhǎng)為0.69m0.69m，帶寬為，帶寬為0.1m0.1m。2 2）. .砷化鎵砷化鎵 (gaas(gaas) )發(fā)光二極管發(fā)光二極管 中心波長(zhǎng)為中心波長(zhǎng)為0.94m0.94m，帶寬為，帶寬為0.04m0.04m。3 3）. .磷砷化鎵磷砷化鎵 (gaas1-x_px)(gaas1-x_px)發(fā)光二極管發(fā)光二極管其發(fā)光光譜可出其發(fā)光光譜可出0.565m0.565m變化到變化到0.9lm0.9lm。10/12/20211414ledled光譜曲線光譜曲線10/12/2021151.1.對(duì)光譜特性的要求：對(duì)光譜特性的要求：光源發(fā)出的光應(yīng)在光電元件

9、接光源發(fā)出的光應(yīng)在光電元件接收靈敏度最高的頻率范圍內(nèi)。收靈敏度最高的頻率范圍內(nèi)。 2.2.對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的要求：對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的要求：強(qiáng)度太高造成飽和與非線性；強(qiáng)度太高造成飽和與非線性；太弱則會(huì)處于死區(qū)。太弱則會(huì)處于死區(qū)。3.3.對(duì)穩(wěn)定性的要求：對(duì)穩(wěn)定性的要求：一般要求時(shí)，可采用穩(wěn)壓電源供一般要求時(shí)，可采用穩(wěn)壓電源供電；當(dāng)要求較高時(shí)，可采用穩(wěn)流電源供電；當(dāng)有更高電；當(dāng)要求較高時(shí)，可采用穩(wěn)流電源供電；當(dāng)有更高要求時(shí)，可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的要求時(shí)，可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的輸出。輸出。4.4.其它方面：其它方面：任何發(fā)出光輻射（任何發(fā)出光輻射（紫外光、可見光和紅紫外光、可見光和

10、紅外光外光）的物體都可以叫作光輻射源。把發(fā)出）的物體都可以叫作光輻射源。把發(fā)出可見光可見光為為主的物體主的物體叫作光源叫作光源，而把發(fā)以，而把發(fā)以非可見光非可見光為主的物體叫為主的物體叫做做輻射源輻射源。三、對(duì)常用光源的基本要求三、對(duì)常用光源的基本要求10/12/2021167.1.2 7.1.2 光電效應(yīng)及光電元件光電效應(yīng)及光電元件（photoemission and elements ） 用光照射某一物體，可以看作物體受到一用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為連串能量為hfhf 的光子的轟擊，組成物體的材的光子的轟擊，組成物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象。料吸收光

11、子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象。 10/12/202117通常把光電效應(yīng)分為三類：通常把光電效應(yīng)分為三類： 1 1）電子逸出物體表面電子逸出物體表面外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)，相應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。相應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。 2 2）使）使物體的電阻率改變物體的電阻率改變光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)（屬于內(nèi)光電效應(yīng)）（屬于內(nèi)光電效應(yīng)），相應(yīng)的光電元件有光敏，相應(yīng)的光電元件有光敏電阻、反相偏置工作的光敏二極管、光敏三極電阻、反相偏置工作的光敏二極管、光敏三極管及光敏晶閘管等。管及光敏晶閘管等。 3 3）物體）物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)光生伏光生伏特效應(yīng)（屬于內(nèi)光電效

12、應(yīng)）特效應(yīng)（屬于內(nèi)光電效應(yīng)），相應(yīng)的光電元件，相應(yīng)的光電元件有光電池等。有光電池等。10/12/202118二二 光電元件光電元件1.1.光電管（光電管（phototube ）- -基于外光電效應(yīng)基于外光電效應(yīng) 光電管電路符光電管電路符號(hào)號(hào)10/12/202119光電管應(yīng)用：光電管應(yīng)用： 光電管在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，街道的光電管在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，街道的路燈自動(dòng)控制開關(guān)就是其應(yīng)用之一。路燈自動(dòng)控制開關(guān)就是其應(yīng)用之一。 圖中圖中a a為光電管，為光電管，b b為電磁繼電器，為電磁繼電器，c c為照明電路，為照明電路，d d為路燈。為路燈。 10/12/202120photoco

13、nductive resistance 暗電流（越小越好）暗電流（越小越好） 半導(dǎo)體受到光半導(dǎo)體受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生光生照時(shí)會(huì)產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)，使導(dǎo)電性能增強(qiáng)，使導(dǎo)電性能增強(qiáng)，光線愈強(qiáng)，阻值光線愈強(qiáng)，阻值愈低。愈低。 10/12/202121u光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性光電流光電流：1.1.光敏電阻在光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱不受光照射時(shí)的阻值稱“暗電阻暗電阻”，或稱暗阻，此時(shí)或稱暗阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱流過(guò)的電流稱“暗電流暗電流”；2.2.光敏電阻在光敏電阻在受光照射時(shí)的阻值稱受光照射時(shí)的阻值稱“亮電阻亮電阻”或或稱亮阻稱亮阻，此時(shí)的，此時(shí)的電流稱電

14、流稱“亮電流亮電流”。3.3.亮電流與暗電流之差亮電流與暗電流之差即為即為“光電流光電流”。希望希望暗阻愈大愈好暗阻愈大愈好，而，而亮阻越小越好亮阻越小越好，即光電流盡，即光電流盡可能大，靈敏度就高?？赡艽?，靈敏度就高。光敏電阻暗阻值光敏電阻暗阻值兆歐級(jí)兆歐級(jí)，亮阻值在，亮阻值在幾千歐姆以下幾千歐姆以下。思考：如何在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量暗阻和亮阻。思考：如何在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量暗阻和亮阻。10/12/202122伏安特性：伏安特性： 在光敏電阻的在光敏電阻的兩端所加電壓和電流的關(guān)系曲線兩端所加電壓和電流的關(guān)系曲線，稱，稱為光敏電阻的伏安特性，為光敏電阻的伏安特性， n加的電壓越高，光電流愈大，且沒有飽和現(xiàn)象加的

15、電壓越高，光電流愈大，且沒有飽和現(xiàn)象n在給定的電壓下，光電流的數(shù)值將隨光照的增強(qiáng)而增加。在給定的電壓下，光電流的數(shù)值將隨光照的增強(qiáng)而增加。勒克斯（勒克斯（lxlx）：）：光照度單位。表示光照度單位。表示距離光源距離光源1 1米處，米處，1 1平方米面積接受平方米面積接受1lm1lm光通量時(shí)的照度。光通量時(shí)的照度。白熾燈白熾燈：1515（流明（流明/ /瓦）瓦）白色白色ledled：80-20080-200日光燈日光燈：5050節(jié)能燈節(jié)能燈：60-80 60-80 流明（流明（lmlm）：）：光通量單位光通量單位, ,是描述單是描述單位時(shí)間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺響應(yīng)強(qiáng)位時(shí)間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺響應(yīng)強(qiáng)弱

16、的能力。弱的能力。10/12/202123光譜特性光譜特性 很重要很重要光敏電阻對(duì)于光敏電阻對(duì)于不同波長(zhǎng)的入射光與其相對(duì)靈敏度關(guān)不同波長(zhǎng)的入射光與其相對(duì)靈敏度關(guān)系曲線系曲線。n 硫化鎘的峰值在可硫化鎘的峰值在可見光區(qū)域見光區(qū)域n 硫化鉛的峰值在紅硫化鉛的峰值在紅外線區(qū)域外線區(qū)域n 在選用光敏電阻時(shí)在選用光敏電阻時(shí)應(yīng)當(dāng)把元件和光源應(yīng)當(dāng)把元件和光源結(jié)合起來(lái)考慮結(jié)合起來(lái)考慮 10/12/202124光譜溫度特性光譜溫度特性 光敏電阻光敏電阻隨著溫度的升高，暗阻和靈敏度都下降隨著溫度的升高，暗阻和靈敏度都下降。影響它的光譜特性曲線。影響它的光譜特性曲線。n 相對(duì)靈敏度峰值隨溫相對(duì)靈敏度峰值隨溫度上升向

17、短波方向移度上升向短波方向移動(dòng)動(dòng)n 為提高元件的靈敏度，為提高元件的靈敏度，或?yàn)槟芙邮苓h(yuǎn)紅外光或?yàn)槟芙邮苓h(yuǎn)紅外光而采取降溫措施而采取降溫措施10/12/202125u光敏電阻應(yīng)用電路光敏電阻應(yīng)用電路 a a）u u與光照變化趨勢(shì)相同的電路與光照變化趨勢(shì)相同的電路 b b）u u與光照變化趨勢(shì)相反的電路與光照變化趨勢(shì)相反的電路 光敏電阻電路光敏電阻電路符號(hào)符號(hào)10/12/202126u光敏電阻光敏電阻 cds cds 系列系列是種薄膜的是種薄膜的電子元器件，阻值隨著光源強(qiáng)度電子元器件，阻值隨著光源強(qiáng)度而變化。而變化。u包含包含 5 mm5 mm， 12 mm12 mm， and 20 and 2

18、0 mm mm 三種規(guī)格三種規(guī)格。u特點(diǎn)：環(huán)氧樹脂或金屬密封封特點(diǎn)：環(huán)氧樹脂或金屬密封封裝裝；光譜特性好，可靠性好；靈；光譜特性好，可靠性好；靈敏度高，體積小。敏度高，體積小。 u應(yīng)應(yīng) 用：用：照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光；照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光；工業(yè)控制，光電控制；光控開工業(yè)控制，光電控制；光控開關(guān)，電子玩具。關(guān)，電子玩具。u實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)用cdscds（硫化鎘）系列光敏電阻（硫化鎘）系列光敏電阻10/12/2021273.3.光敏二極管（光敏二極管（photoconductive diode）：光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)u光敏二極管使用時(shí)要光敏二極管使用時(shí)要反向接入電路中反向接入電路中，即正極接，即正極接電源負(fù)極，負(fù)極

19、接電源正極。電源負(fù)極，負(fù)極接電源正極。u不受光不受光照射時(shí)，光敏二極管處于照射時(shí)，光敏二極管處于截止截止?fàn)顟B(tài)；狀態(tài)；受光受光照射時(shí)，光敏二極管處于照射時(shí)，光敏二極管處于導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。 10/12/202128u光敏二極管應(yīng)用電路光敏二極管應(yīng)用電路 用光敏二極管設(shè)計(jì)的用光敏二極管設(shè)計(jì)的一種適合一種適合ttlttl電平輸出電平輸出的的光電開關(guān)電路光電開關(guān)電路。 光敏二極管電光敏二極管電路符號(hào)路符號(hào)10/12/2021294.4.光敏三極管光敏三極管（photoconductive triode ）：）：光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光敏三極管是一個(gè)光敏三極管是一個(gè)bcbc結(jié)為光敏二極管結(jié)為光敏二極管

20、的三極管。的三極管。 光照下，光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，光照下，光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，該電流信號(hào)被晶體三極管放大。該電流信號(hào)被晶體三極管放大。 當(dāng)晶體管增益為當(dāng)晶體管增益為時(shí)，光敏三極管的光電流要比時(shí)，光敏三極管的光電流要比相應(yīng)的光敏二極管相應(yīng)的光敏二極管大大倍倍。 不受光不受光照射時(shí)，光敏三極管輸出照射時(shí)，光敏三極管輸出高電平高電平；受光照受光照射時(shí)，光敏三極管輸出射時(shí)，光敏三極管輸出低電平低電平。 10/12/202130u光敏三極管應(yīng)用電路光敏三極管應(yīng)用電路光控繼電器光控繼電器: :自己思考自己思考! !光敏三極管電路符號(hào)光敏三極管電路符號(hào)10/12/2021315.

21、5.光電池（光電池（photovoltaic cell ）：光生伏特效應(yīng)）：光生伏特效應(yīng)在一塊在一塊n n型硅片型硅片上用擴(kuò)上用擴(kuò)散的辦法摻入一些散的辦法摻入一些p p型型雜質(zhì)雜質(zhì)而形成一個(gè)而形成一個(gè)大面積大面積的的pnpn結(jié)結(jié)。u光電池與外電路的連接方式光電池與外電路的連接方式 a)開路電壓輸出 b)短路電流輸出10/12/202132光電池的光電特性：光電池的光電特性： 一個(gè)典型的一個(gè)典型的硅光電池的光電特性硅光電池的光電特性1 1開路電壓曲線開路電壓曲線 2 2短路電流曲線短路電流曲線開路電壓為開路電壓為 對(duì)數(shù)特性對(duì)數(shù)特性短路電流為短路電流為 線性特性線性特性10/12/2021331.

22、1.也稱也稱硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池，為有源器件。，為有源器件。2.2.p p層極薄層極薄能使光線穿透到能使光線穿透到pnpn結(jié)上。結(jié)上。3.3.硅光電池使用輕便、簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣體污染或硅光電池使用輕便、簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣體污染或熱污染，特別適用于熱污染，特別適用于宇宙飛行器作儀表電源宇宙飛行器作儀表電源。4.4.轉(zhuǎn)換效率較低轉(zhuǎn)換效率較低，適宜在，適宜在可見光波段可見光波段工作。工作。 u硅光電池硅光電池10/12/202134u光電池應(yīng)用電路光電池應(yīng)用電路- -報(bào)警電路報(bào)警電路npnnpnpnppnp光電池電光電池電路符號(hào)路符號(hào)10/12/2021357.1.3 7.1.3 光電傳感器光電傳

23、感器 (photoelectric sensor) 采用采用光電元件光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。作為檢測(cè)元件的傳感器。 首先把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后借助光電首先把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后借助光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 由由光源、光學(xué)通路和光電元件光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。三部分組成。 光電傳感器的光電傳感器的物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)？ 光電效應(yīng)的分類？光電效應(yīng)的分類？- -重點(diǎn)！重點(diǎn)！ 常用的常用的光電元件光電元件？- -重點(diǎn)！重點(diǎn)！10/12/202136依被測(cè)物、光源、光電元件三者之間的關(guān)系，可以依被測(cè)物、光源、光電元件三者之間的關(guān)系，可以將模擬式光電傳

24、感器分為下述幾種類型將模擬式光電傳感器分為下述幾種類型 輻射式輻射式( (radiation ) )：光源本身是被測(cè)物光源本身是被測(cè)物，被測(cè)物發(fā)出，被測(cè)物發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)。源的某些物理參數(shù)。1.1.模擬式模擬式(analog)(analog)一一 光電傳感器類型光電傳感器類型按輸出量性質(zhì)可分為兩大類：按輸出量性質(zhì)可分為兩大類：模擬式模擬式和和開關(guān)式開關(guān)式。 10/12/202137 透射式透射式( (transmission ) )：恒光源發(fā)射的光通量穿過(guò)被恒光源發(fā)射的光通量穿過(guò)被測(cè)物測(cè)物，一部分由被測(cè)

25、物吸收，剩余部分投射到光電，一部分由被測(cè)物吸收，剩余部分投射到光電元件上，吸收量決定于被測(cè)物的某些參數(shù)。元件上，吸收量決定于被測(cè)物的某些參數(shù)。10/12/202138反射式反射式( (reflect ion) )：恒光源發(fā)出的光通量恒光源發(fā)出的光通量投射到被測(cè)物投射到被測(cè)物上，然后上，然后從被測(cè)物表面反射到光電元件上從被測(cè)物表面反射到光電元件上，光電元件，光電元件的輸出反映了被測(cè)物的某些參數(shù)。的輸出反映了被測(cè)物的某些參數(shù)。10/12/202139投射式投射式(projektion ) ：恒光源發(fā)出的光通量恒光源發(fā)出的光通量在到達(dá)光電在到達(dá)光電元件的途中遇到被測(cè)物，元件的途中遇到被測(cè)物，照射到光

26、電元件上的光通量照射到光電元件上的光通量被遮蔽掉一部分被遮蔽掉一部分，光電元件的輸出反映了被測(cè)物的尺，光電元件的輸出反映了被測(cè)物的尺寸。寸。利用光電元件受光照或無(wú)光照時(shí)利用光電元件受光照或無(wú)光照時(shí)“有有”“”“無(wú)無(wú)”電信號(hào)輸出的特性將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化電信號(hào)輸出的特性將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號(hào)。光電元件靈敏度要求高，線性的開關(guān)信號(hào)。光電元件靈敏度要求高，線性要求不高。要求不高。2.2.開關(guān)式開關(guān)式(shift)(shift)10/12/202140 循跡要求：循跡要求：二二 光電傳感器應(yīng)用光電傳感器應(yīng)用白色表面黑色表面10/12/202141 傳感器基本組成：傳感器基本組成： 紅外發(fā)光

27、二極管紅外發(fā)光二極管+ +光敏三極管光敏三極管1 1）紅外發(fā)光二極管：）紅外發(fā)光二極管：選擇紅外輻射效率高的材料選擇紅外輻射效率高的材料gaasgaas（砷化鎵）（砷化鎵）半導(dǎo)體制成。半導(dǎo)體制成。發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm940nm左右。左右。外形與普通外形與普通5mm5mm發(fā)光二極發(fā)光二極管相同，顏色不同管相同，顏色不同, ,有有透明、透明、黑色和深藍(lán)色黑色和深藍(lán)色三種。三種。最大輻射強(qiáng)度最大輻射強(qiáng)度在光軸的正前在光軸的正前方，隨輻射方向與光軸夾角方，隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。的增加而減小。10/12/2021422 2）光敏三極管（紅外接收管）：）光敏三極管（紅

28、外接收管）： 使用時(shí)紅外接收管需加使用時(shí)紅外接收管需加反向偏壓反向偏壓。 電阻為上拉電阻。電阻為上拉電阻。 不受光不受光照射時(shí)，輸出照射時(shí)，輸出高高電平電平；受光照受光照射時(shí)，輸射時(shí)，輸出出低電平低電平。 當(dāng)當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，時(shí)，輸出電平的電壓大小也輸出電平的電壓大小也會(huì)發(fā)生變化。會(huì)發(fā)生變化。10/12/202143 單管紅外發(fā)送、接收基本電路：?jiǎn)喂芗t外發(fā)送、接收基本電路：注意：注意：由于紅外發(fā)光管的發(fā)射功率較小，紅外接收由于紅外發(fā)光管的發(fā)射功率較小，紅外接收管收到的信號(hào)較弱，所以管收到的信號(hào)較弱，所以接收端就要增加高增益接收端就要增加高增益放大電路放大電路?，F(xiàn)在大都采用成

29、品的?，F(xiàn)在大都采用成品的一體化接收頭一體化接收頭。 10/12/202144器件結(jié)構(gòu)：器件結(jié)構(gòu)：三只引腳：電源正三只引腳：電源正vddvdd、電源負(fù)、電源負(fù)(gnd)(gnd)和數(shù)和數(shù)據(jù)輸出據(jù)輸出(out)(out)。主要參數(shù)：主要參數(shù)： 工作電壓：工作電壓：4.84.85.3v5.3v 工作電流：工作電流：1.71.72.7ma2.7ma 接收頻率：接收頻率：38khz38khz 峰值波長(zhǎng)：峰值波長(zhǎng)：980nm980nm 靜態(tài)輸出：高電平靜態(tài)輸出：高電平 輸出低電平：輸出低電平：0.4v0.4v 輸出高電平：接近工作電壓輸出高電平：接近工作電壓一體化紅外接收頭：一體化紅外接收頭：紅外線一體化

30、接收頭紅外線一體化接收頭: :集紅外集紅外接收接收、放大放大、濾波濾波和和解解調(diào)、輸出調(diào)、輸出等功能為一體的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。等功能為一體的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。10/12/202145hs0038hs0038型：型：直立側(cè)面收光型，接收頻率直立側(cè)面收光型，接收頻率38khz38khz。hs0038 hs0038 信號(hào)電平信號(hào)電平- -數(shù)字輸出數(shù)字輸出： 當(dāng)當(dāng)接收到接收到38khz38khz 紅外光時(shí)：紅外光時(shí)：outout低電平輸出；低電平輸出； 當(dāng)當(dāng)接收不到接收不到38khz38khz 紅外光時(shí)：紅外光時(shí)：outout高電平輸出。高電平輸出。10/12/20214610/12/2021

31、47 一般紅外遙控原理：一般紅外遙控原理：紅外遙控電路由紅外遙控電路由發(fā)送電路發(fā)送電路和和接收電路接收電路兩個(gè)組成部分：兩個(gè)組成部分：1 1）發(fā)送端：）發(fā)送端： 將待發(fā)送的二進(jìn)制編碼信號(hào)（將待發(fā)送的二進(jìn)制編碼信號(hào)（調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)），作用），作用于于晶振晶振或或振蕩器振蕩器產(chǎn)生的產(chǎn)生的38khz38khz的高頻信號(hào)（的高頻信號(hào)（載波信載波信號(hào)號(hào)）上，進(jìn)行）上，進(jìn)行調(diào)制調(diào)制。 經(jīng)調(diào)制后，經(jīng)調(diào)制后，輸出輸出一系列頻率為一系列頻率為38khz38khz的的脈沖串信號(hào)。脈沖串信號(hào)。 脈沖串信號(hào)作用在紅外發(fā)射管上脈沖串信號(hào)作用在紅外發(fā)射管上發(fā)射紅外信號(hào)發(fā)射紅外信號(hào)。10/12/202148載波信號(hào)：載波

32、信號(hào)：頻率為頻率為38khz38khz的脈沖信號(hào)的脈沖信號(hào)10/12/202149由于所有物體只要由于所有物體只要溫度高于零攝氏度，都會(huì)向外溫度高于零攝氏度，都會(huì)向外發(fā)送紅外線發(fā)送紅外線，且太陽(yáng)光和日光燈中最強(qiáng)，所以紅，且太陽(yáng)光和日光燈中最強(qiáng)，所以紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光很容易受到外界干擾。外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光很容易受到外界干擾。10/12/2021502 2）接收端：）接收端： 采用一體化紅外接收件，采用一體化紅外接收件，僅接收僅接收38khz38khz的紅的紅外信號(hào)外信號(hào)； 然后對(duì)此紅外信號(hào)進(jìn)行然后對(duì)此紅外信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、濾波放大、檢波、濾波，輸出遙控編碼脈沖。輸出遙控編碼脈沖。

33、3 3）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖：）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖：10/12/202151 小車循跡中紅外發(fā)送、接收原理：小車循跡中紅外發(fā)送、接收原理：由由發(fā)送發(fā)送和和接收接收兩部分組成：兩部分組成：1 1）發(fā)送端：發(fā)送端： 單片機(jī)定時(shí)器單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生頻率為產(chǎn)生頻率為38khz38khz的高頻信號(hào)的高頻信號(hào)，加在紅外發(fā)光二極管上，發(fā)送加在紅外發(fā)光二極管上，發(fā)送控制信號(hào)控制信號(hào)使使紅外發(fā)光二極管紅外發(fā)光二極管以以38khz38khz的發(fā)射頻率的發(fā)射頻率發(fā)射紅發(fā)射紅外信號(hào)。外信號(hào)。2 2）接收端：接收端： 采用采用一體化接收器件，一體化接收器件，完成對(duì)紅外信號(hào)接完成對(duì)紅外信號(hào)接收、放大、檢波整形，并解調(diào)出低頻脈沖收、放

34、大、檢波整形，并解調(diào)出低頻脈沖信號(hào)。信號(hào)。思考：為什么這里沒有調(diào)制？思考：為什么這里沒有調(diào)制？10/12/2021523 3）實(shí)際電路：實(shí)際電路：10/12/202153 基于光電傳感器的小車循跡過(guò)程分析基于光電傳感器的小車循跡過(guò)程分析紅外發(fā)光管以紅外發(fā)光管以38khz38khz頻率頻率發(fā)射出紅外線。發(fā)射出紅外線。當(dāng)反射面（地面）是當(dāng)反射面（地面）是白顏色時(shí)白顏色時(shí)，紅外光被反射，紅外光被反射，接收管接收到接收管接收到38khz38khz紅外線，紅外線，輸出低電平輸出低電平。當(dāng)反射面（軌跡）是當(dāng)反射面（軌跡）是黑色時(shí)黑色時(shí)，光線被吸收，接收，光線被吸收，接收管接收不到紅外信號(hào)，管接收不到紅外信

35、號(hào)，輸出高電平輸出高電平。10/12/202154 避障要求：避障要求：10/12/202155模擬輸出的光電傳感器避障原理模擬輸出的光電傳感器避障原理10/12/202156數(shù)字輸出的光電傳感器避障原理數(shù)字輸出的光電傳感器避障原理注意：注意：調(diào)制的一體化接收頭，輸出的是調(diào)制的一體化接收頭，輸出的是數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)計(jì)，通過(guò)檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)計(jì)算距離的方法行不通。算距離的方法行不通。但是我們能知道：但是我們能知道：如果保持紅外傳感器和障礙如果保持紅外傳感器和障礙物之間的物之間的距離（距離（待測(cè)距離待測(cè)距離）不變，則：）不變，則： 當(dāng)當(dāng)改變發(fā)射管發(fā)出的改變發(fā)

36、射管發(fā)出的紅外信號(hào)的強(qiáng)度紅外信號(hào)的強(qiáng)度 能能控制接收頭接收的控制接收頭接收的紅外信號(hào)的強(qiáng)度紅外信號(hào)的強(qiáng)度 會(huì)導(dǎo)致會(huì)導(dǎo)致當(dāng)發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)強(qiáng)度為當(dāng)發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)強(qiáng)度為某某個(gè)特定值個(gè)特定值時(shí)時(shí)，接收管接收管剛好剛好接收不到紅外信號(hào)。接收不到紅外信號(hào)。10/12/202157如何改變發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)的強(qiáng)度？如何改變發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)的強(qiáng)度？最簡(jiǎn)單的方法：最簡(jiǎn)單的方法：調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)可調(diào)電阻rp1rp1的阻值就可的阻值就可以改變輸出信號(hào)的幅度。以改變輸出信號(hào)的幅度。10/12/202158小車避障距離的確定！小車避障距離的確定！1 1）確定小車避障的）確定小車避障的最遠(yuǎn)距離，如最遠(yuǎn)距

37、離，如10cm10cm；2 2）將傳感器和障礙物之間距離調(diào)整為）將傳感器和障礙物之間距離調(diào)整為10cm10cm；3 3）調(diào)節(jié)發(fā)光管強(qiáng)度調(diào)整）調(diào)節(jié)發(fā)光管強(qiáng)度調(diào)整電阻電阻rp1rp1，使得接收管，使得接收管剛好能剛好能接收到此紅外信號(hào)；接收到此紅外信號(hào)；4 4）當(dāng)避障距離）當(dāng)避障距離小于小于10cm10cm時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)更高，時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)更高，所以接收管所以接收管始終能始終能接收到紅外信號(hào)，接收到紅外信號(hào)，輸出輸出高電平高電平；5 5）當(dāng)避障距離）當(dāng)避障距離大于大于10cm10cm時(shí)時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)變?nèi)酰盘?hào)強(qiáng)度會(huì)變?nèi)?，所以接收管所以接收管接收不到接收不到紅外信號(hào)，紅外信號(hào)，輸出變?yōu)檩敵鲎優(yōu)榈碗娖?/p>

38、低電平。10/12/202159本部分內(nèi)容結(jié)束了！本部分內(nèi)容結(jié)束了！重點(diǎn)：重點(diǎn)：n光電效應(yīng)種類及相應(yīng)的光電元件。光電效應(yīng)種類及相應(yīng)的光電元件。n典型光電元件的應(yīng)用電路分析。典型光電元件的應(yīng)用電路分析。n光電傳感器用于小車循跡和避障的基本原理。光電傳感器用于小車循跡和避障的基本原理。10/12/202160n 屬于屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器：其輸出可直接驅(qū)傳感器：其輸出可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；動(dòng)動(dòng)圈式儀表；n 測(cè)溫范圍廣測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)：下限可達(dá)-270-270 c c ，上限可，上限可達(dá)達(dá)18001800 c c以上；以上；n 各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員國(guó)際計(jì)量

39、委員會(huì)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。7.2 7.2 熱電偶傳感器熱電偶傳感器thermocouple sensor10/12/202161先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 7.2.1 7.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 10/12/202162 熱電效應(yīng)：熱電效應(yīng)：兩種兩種不同的金屬材料不同的金屬材料組成一個(gè)組成一個(gè)閉閉合電路合電路，如果兩個(gè)，如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同接點(diǎn)的溫度不同，則在回，則在回路中有電勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫。路中有電勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫。 產(chǎn)生的電勢(shì)叫產(chǎn)生

40、的電勢(shì)叫熱電勢(shì)熱電勢(shì)，表示為：，表示為： 。 構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為：構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為：熱電偶。熱電偶。 熱電極熱電極a a測(cè)量端（工測(cè)量端（工作端、熱端作端、熱端） 自由端（參自由端（參考端、冷端）考端、冷端） 0( ,)abet t10/12/202163 產(chǎn)生的產(chǎn)生的熱電勢(shì)熱電勢(shì)由兩部分組成：由兩部分組成：接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)和和溫溫差電勢(shì)差電勢(shì)。 10/12/202164000( ,)( )()lntaabababbtnket tetetdten)0()()()(),(00cftftftftteoab00( ,)( ,)abbaet tet t和10/12/202165結(jié)論：結(jié)論：1) 1) 熱電勢(shì)

41、大小熱電勢(shì)大小只與構(gòu)成只與構(gòu)成熱電偶的材料熱電偶的材料(n(na a,n,nb b) )和和兩端兩端的溫度的溫度(t,t(t,t0 0) )有關(guān)有關(guān)；2) 2) 若兩個(gè)熱電極若兩個(gè)熱電極材料相同材料相同，回路不，回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)；3) 3) 材料選定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端點(diǎn)的材料選定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端點(diǎn)的溫度有關(guān)；溫度有關(guān)；4 4）當(dāng)參考端溫度選定后（一般?。┊?dāng)參考端溫度選定后（一般取0 0攝氏度），攝氏度），熱電勢(shì)熱電勢(shì)的大小的大小只只與測(cè)量端的溫度有關(guān)與測(cè)量端的溫度有關(guān)；5 5）可以通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小，測(cè)量被測(cè)溫度。）可以通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小，測(cè)量被測(cè)溫

42、度。6 6）因?yàn)闇囟扰c熱電勢(shì)之間的關(guān)系）因?yàn)闇囟扰c熱電勢(shì)之間的關(guān)系不是線性關(guān)系不是線性關(guān)系，所，所以熱電偶測(cè)溫一般以熱電偶測(cè)溫一般采用分度表采用分度表。10/12/202166 在熱電偶中，當(dāng)接入在熱電偶中，當(dāng)接入第三種第三種導(dǎo)體導(dǎo)體時(shí)，只要被接入的中間導(dǎo)體時(shí)，只要被接入的中間導(dǎo)體所形成的所形成的兩個(gè)新接點(diǎn)溫度相同兩個(gè)新接點(diǎn)溫度相同，則對(duì)回路熱電勢(shì)沒有影響。則對(duì)回路熱電勢(shì)沒有影響。結(jié)論：結(jié)論：利用這個(gè)定律可以將第三導(dǎo)體換成利用這個(gè)定律可以將第三導(dǎo)體換成連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線和和毫伏表毫伏表，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)溫度一致，就可以完，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)溫度一致，就可以完成熱電勢(shì)的測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。成熱

43、電勢(shì)的測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。10/12/202167應(yīng)用：是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)溫的理論基礎(chǔ)應(yīng)用：是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)溫的理論基礎(chǔ) 00( ,)( ,)(,) abb anabna bnet t tet tet t 在熱電偶測(cè)溫時(shí)，當(dāng)接入得連接導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表在熱電偶測(cè)溫時(shí)，當(dāng)接入得連接導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表距離距離熱電偶較遠(yuǎn)熱電偶較遠(yuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)接點(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)接點(diǎn)溫度tntn和和t t0 0。 回路總的熱電勢(shì)等于回路總的熱電勢(shì)等于熱電偶的熱電勢(shì)熱電偶的熱電勢(shì)與與連接導(dǎo)線的熱連接導(dǎo)線的熱電勢(shì)電勢(shì)的代數(shù)和。的代數(shù)和。10/12/202168應(yīng)用：制定熱電偶分度表的理論根據(jù)。應(yīng)用：制定熱電偶

44、分度表的理論根據(jù)。00( ,)( ,)(,) abb anabna bnet t tet tet t當(dāng)導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體a a與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線aa、導(dǎo)體、導(dǎo)體b b與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線bb的的熱電特性相同熱電特性相同時(shí)，則：時(shí)，則： 00( ,)( ,)(,)abbanabnabnet t tet tet ttntn：被稱為中間溫度，此時(shí)稱為中間溫度定律。：被稱為中間溫度，此時(shí)稱為中間溫度定律。10/12/202169 由一種均勻?qū)w組成的閉合回路，不論其導(dǎo)由一種均勻?qū)w組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中都不會(huì)產(chǎn)生熱電體是否存在溫度梯度，回路中都不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)；反之如果有熱電勢(shì)，則

45、此材料一定是非均勢(shì)；反之如果有熱電勢(shì)，則此材料一定是非均勻的。勻的。應(yīng)用：可以檢查熱電偶材料的均勻性。應(yīng)用：可以檢查熱電偶材料的均勻性。10/12/202170一一 熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)1.1.普通裝配型熱電偶的外形普通裝配型熱電偶的外形7.2.3 7.2.3 熱電偶的結(jié)構(gòu)及材料熱電偶的結(jié)構(gòu)及材料不銹鋼保護(hù)管；不銹鋼保護(hù)管；管徑：管徑：2020、1616、1212、8 8、6mm6mm；長(zhǎng)度一般從長(zhǎng)度一般從75mm-3m75mm-3m；時(shí)間常數(shù)約為時(shí)間常數(shù)約為1.5-4min1.5-4min。 10/12/2021712.2.鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形管徑：管徑：2mm2mm到到8m

46、m 8mm ；長(zhǎng)度：長(zhǎng)度：0.05m0.05m到百米；到百米；時(shí)間常數(shù)約為時(shí)間常數(shù)約為0.01s0.01s10/12/2021723.3.表面熱電偶表面熱電偶時(shí)間常數(shù)約為時(shí)間常數(shù)約為10ms10ms10/12/202173二二 熱電偶的材料熱電偶的材料1.1.熱電偶傳感器對(duì)材料要求：熱電偶傳感器對(duì)材料要求： 在同樣溫度下產(chǎn)生的在同樣溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大熱電勢(shì)要大，且熱電勢(shì)與溫，且熱電勢(shì)與溫度間應(yīng)成度間應(yīng)成線性（或近似線性）關(guān)系線性（或近似線性）關(guān)系； 耐高溫和抗輻射性能好，在較寬的溫度范圍內(nèi)，耐高溫和抗輻射性能好，在較寬的溫度范圍內(nèi)，化學(xué)及物理性能穩(wěn)定化學(xué)及物理性能穩(wěn)定； 電導(dǎo)率高電導(dǎo)率高，

47、電阻溫度系數(shù)小電阻溫度系數(shù)小，比熱?。?，比熱小； 價(jià)格便宜。價(jià)格便宜。10/12/202174八種八種國(guó)際通用熱電偶：國(guó)際通用熱電偶：b:b:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、r:r:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 、s:s:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 、 k:k:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 、n:n:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 、e:e:鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳、 j:j:鐵鐵銅鎳銅鎳 、t:t:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造用于制造鉑鉑熱電偶熱電偶的各種的各種鉑熱電偶絲鉑熱電偶絲10/12/2021752.2.幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì) 分度分度號(hào)號(hào) 名稱名稱 測(cè)量溫度范圍測(cè)量溫度范圍 100010

48、00 c c熱電勢(shì)熱電勢(shì)/ mv/ mvb b鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 650501820 1820 c c4.8344.834r r鉑銠鉑銠1313鉑鉑-50-501768 1768 c c10.50610.506s s鉑銠鉑銠1010鉑鉑-50-501768 1768 c c9.5879.587k k鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻 ( (鋁鋁) ) -270-2701370 1370 c c41.27641.276e e鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 ( (康康 銅銅) )270270800 800 c c抗氧化性能強(qiáng)、精度等級(jí)最高?？寡趸阅軓?qiáng)、精度等級(jí)最高。 與與s s分度號(hào)相比：熱電動(dòng)勢(shì)大分度號(hào)相比：熱電動(dòng)勢(shì)

49、大15%15%左右，其它性能幾乎完全相同。左右，其它性能幾乎完全相同。 熱電動(dòng)勢(shì)極小，故在測(cè)量時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)極小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。 抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用最廣泛。氣氛中連續(xù)使用，使用最廣泛。 熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高。熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高。 10/12/202176熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法! !我國(guó)從我國(guó)從19911991年開始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的年開始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“19901990年國(guó)際溫標(biāo)年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱its-90its-

50、90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之制定相應(yīng)分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：束條件是：自由端（冷端）溫度必須為自由端（冷端）溫度必須為0 0 c c。10/12/202177k k熱電偶的分度表熱電偶的分度表 比較查出的比較查出的3 3個(gè)個(gè)熱電勢(shì)，可以熱電勢(shì)，可以看出熱電勢(shì)是看出熱電勢(shì)是否否線性線性？10/12/2021787.2.4 7.2.4 熱電偶冷端的延長(zhǎng)熱電偶冷端的延長(zhǎng) 作用：可作用：可延長(zhǎng)熱電偶的冷端延長(zhǎng)

51、熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；節(jié)，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。型號(hào)型號(hào)配用熱電偶配用熱電偶正正- -負(fù)負(fù)導(dǎo)線外皮顏色導(dǎo)線外皮顏色 正正- -負(fù)負(fù)scsc鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑紅紅- -綠綠kckc鎳鉻鎳鉻 - - 鎳硅鎳硅紅紅- -藍(lán)藍(lán)wcwc5/265/26鎢錸鎢錸5 5- -鎢錸鎢錸2626 紅紅- -橙橙 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線在在0 0100100 c c范圍內(nèi)的熱電勢(shì)與配套的熱范圍內(nèi)的熱電勢(shì)與配套的熱電偶的熱電勢(shì)電偶的熱電勢(shì)相等相等，所以，所以不影響不影響測(cè)量精度。測(cè)量精度。10/12/202179補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)型型號(hào)號(hào)配

52、用熱電偶配用熱電偶正正- -負(fù)負(fù)型型號(hào)號(hào)導(dǎo)線外皮顏色導(dǎo)線外皮顏色 正正- -負(fù)負(fù)100100 c c時(shí)的時(shí)的熱電勢(shì)熱電勢(shì)/ mv/ mvrcrcr r（鉑銠（鉑銠1313鉑）鉑）rcrc紅紅- -綠綠 0.647 0.647nc nc n n（鎳鉻硅鎳鉻硅鎳鎳硅硅）nc nc 紅紅- -黃黃2.7442.744exexe e（鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳）exex紅紅- -棕棕6.3196.319jxjxj j（鐵鐵銅鎳銅鎳）jxjx紅紅- -紫紫5.2645.264txtxt t（銅銅銅鎳銅鎳 ）txtx紅紅- -白白4.2794.27910/12/202180補(bǔ)償導(dǎo)線外形補(bǔ)償導(dǎo)線外形 ab屏蔽層屏蔽層

53、保護(hù)層保護(hù)層10/12/2021811.1.冷端溫度補(bǔ)償?shù)谋匾岳涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)谋匾詎 用熱電偶的分度表查用熱電偶的分度表查毫伏毫伏- -溫度溫度時(shí)，時(shí)，必須必須滿足滿足t t0 0=0=0 c c的條件的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t t0 0不但不但不是不是0 0 c c，而且也不恒定，因此，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差將產(chǎn)生誤差。n 一般情況下，冷端溫度均高于一般情況下，冷端溫度均高于0 0 c c，熱電熱電勢(shì)總是偏小勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償消除或補(bǔ)償熱電偶熱電偶的的冷端損失冷端損失 。10/12/2021822.2.冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ɡ涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒?冷端恒溫法：冷端恒溫法： 將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在溫容器中，使冷端的溫度保持在0 0 c c不變。不變。 此法也稱此法也稱冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t t0 0不等于不等于0 0 c c而而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于用于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中。中。 10/12/202183冰浴法冰浴法在冰瓶中，冰水混合物的溫