熱電式傳感器及其應(yīng)用PPT課件

1、溫度傳感器的種類及特點l 接觸式溫度傳感器l 非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點：傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。第1頁/共83頁1常用熱電阻 范圍：-260850；精度：0.001。改進后可連續(xù)工作2000h

2、，失效率小于1，使用期為10年。2管纜熱電阻 測溫范圍為-20500，最高上限為1000，精度為0.5級。（）接觸式溫度傳感器3陶瓷熱電阻 測量范圍為200+500，精度為0.3、0.15級。4超低溫熱電阻 兩種碳電阻，可分別測量268.8253-272.9272.99的溫度。5熱敏電阻器 適于在高靈敏度的微小溫度測量場合使用。經(jīng)濟性好、價格便宜。第2頁/共83頁l l輻射高溫計輻射高溫計 用來測量 1000以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計、比色高溫計、輻射高溫計和光電高溫計。2 2光譜高溫計光譜高溫計 前蘇聯(lián)研制的YCII型自動測溫通用光譜高溫計,其測量范圍為4006000,它是采用電子化自動跟

3、蹤系統(tǒng),保證有足夠準確的精度進行自動測量。 （二）非接觸式溫度傳感器3 3超聲波溫度傳感器超聲波溫度傳感器 特點是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強。目前國外有可測到5000 的產(chǎn)品。4 4激光溫度傳感器激光溫度傳感器 適用于遠程和特殊環(huán)境下的溫度測量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計可測很高的溫度，精度為1。美國麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計，最高溫度可達8000，專門用于核聚變研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器可測幾千開(K)的高溫。 第3頁/共83頁物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象 體積熱膨脹 電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì) 顏色P

4、N結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種種類類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料 液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計1.氣體溫度計 2. 玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計 4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計 6. 氣體壓力溫度計1 熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金第4頁/共83頁熱敏電阻式傳感器 幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨其本身溫度變化而變化，這一物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng) 利用熱電阻效應(yīng)制成的溫度敏感元件稱為熱敏電阻第5頁/共83頁3。幾種常見熱敏電阻和探頭的結(jié)構(gòu)外形 第6頁/共83頁

5、金屬熱敏電阻 大多數(shù)金屬的電阻率都與溫度成正比：)(1 00TTRRTT0時的電阻T0時的電阻系數(shù)T0時的電阻系數(shù)T時的電阻金屬的溫度系數(shù)為正單晶半導(dǎo)體為正陶瓷半導(dǎo)體的為負第7頁/共83頁鉑熱敏電阻 鉑電阻的阻值和溫度之間的關(guān)系接近線性： 06300C -20000C)1 (20BtAtRRt)100(1 (320ttCBtAtRRt第8頁/共83頁第9頁/共83頁半導(dǎo)體熱敏電阻 半導(dǎo)體熱敏電阻分為三種類型：第10頁/共83頁PTC 施主摻雜的鈦酸鋇（BaTiO3）陶瓷，通過適當?shù)墓に嚰庸に@得的半導(dǎo)體，都具有某個臨界溫度以上出現(xiàn)阻-溫集聚變化的PTC效應(yīng)。 個基本特性及應(yīng)用 電阻溫度特性 把

6、溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號取出來，從而進行溫度檢測、指示、控制、補償和火災(zāi)報警 原料：SrO、TiO2、PbO、Nb2O5、SiO2等 特性曲線：電阻值隨溫度變化而改變第11頁/共83頁 電壓電流特性 如圖所示，在轉(zhuǎn)折點B前的AB段，電流與電壓成正比，類似與普通電阻特性； 在轉(zhuǎn)折點B后的BC段，隨著功耗增大，溫度升高導(dǎo)轉(zhuǎn)折點時，阻值急劇上升，電流隨著電壓的上升而下降， 在轉(zhuǎn)折點附近。阻體所耗散的功率恒定。應(yīng)用：在電流最大值和功率恒定部分，作為恒溫發(fā)熱體，如卷發(fā)器，暖風機，限流器以及液面報警器等。第12頁/共83頁 電流時間特性 電流持續(xù)一定的時間ta，然后急劇減小Ia-Ib。 應(yīng)用：利用電流與時間延

7、遲特性具有最大初電流和急劇連續(xù)衰減部分，可用于啟動元件、消磁元件、過流保護、定時器等第13頁/共83頁NTC型 NTC陶瓷的晶相結(jié)構(gòu)都屬于尖晶石結(jié)構(gòu)， 化學(xué)通式AB2O4 導(dǎo)電機制：通過可變價的導(dǎo)價金屬離子之間的電子交換，屬P型半導(dǎo)體； 其載流子的濃度與晶格中各種缺陷濃度有關(guān)。)11(00TTBTeRR電阻溫度特性：電阻溫度系數(shù)：2TBRdTdRTTT第14頁/共83頁NTC熱敏電阻第15頁/共83頁半導(dǎo)體熱敏電阻的線性化 在精密溫度測量中,熱敏電阻非線性溫度特性影響測溫精度。 在一定溫度范圍內(nèi),有兩種方法線性化 用恒流源供電，熱敏電阻兩端電壓作溫度指示,則用一適當?shù)碾娮鑂p與熱敏電阻RT并聯(lián)

8、進行線性化,如下圖(a)所示。 以恒壓源供電,把熱敏電阻的電流作為溫度指示,在RT上串聯(lián)電導(dǎo)Gs進行線性化，如下圖(b)所示。 第16頁/共83頁 線性化 (a)并聯(lián)電阻 (b)串聯(lián)電導(dǎo) 第17頁/共83頁 在曲線的拐點附近，曲線近似為線性，因此把測量溫度范圍的中點Ti設(shè)在拐點處。 根據(jù)拐點處熱敏電阻RT的值，選擇并聯(lián)電阻Rp，Rp計算公式推導(dǎo)： 由于RT = R0 eB/T ,故 第18頁/共83頁 對上式求兩階導(dǎo)數(shù)并使之等于零得到： 即： 式中RTi為熱敏電阻在中點溫度Ti的阻值第19頁/共83頁 類似地,很容易求出所需串聯(lián)電阻的阻值Rs: 其中GTi為熱敏電阻在中點溫度Ti的電導(dǎo) 第20

9、頁/共83頁 線性化將使溫度系數(shù)減小。 并聯(lián)后的溫度系數(shù)為P ,通過對R式微分可得出： 與并聯(lián)前比較，溫度系數(shù)P減小了1/(1+RTi/RP)倍 在高精度測溫中,用數(shù)字技術(shù)進行線性化。 第21頁/共83頁5.熱敏電阻測溫電路 z R Rt t 為熱敏電阻，為熱敏電阻， z Rs Rs 用于電導(dǎo)用于電導(dǎo)- -溫度特性線性溫度特性線性化化 z W W1 1 50mV50mV電壓源調(diào)節(jié)電壓源調(diào)節(jié) z W W2 2 溫度溫度00時使輸出為零時使輸出為零 z 輸出電壓輸出電壓U U0 0與與RsRs和和R Rt t串聯(lián)的電串聯(lián)的電導(dǎo)成正比導(dǎo)成正比 第22頁/共83頁熱敏電阻在生物醫(yī)學(xué)測量中的應(yīng)用熱敏電阻

10、在生物醫(yī)學(xué)測量中的應(yīng)用 在生物醫(yī)學(xué)測量中,如口腔型，表面型和注射針型探頭等以半導(dǎo)體熱敏電阻為溫度敏感元件。 呼吸傳感器：用膠布固定在病人鼻孔出口處,進行呼吸率的連續(xù)檢查 第23頁/共83頁結(jié)型溫度傳感器 半導(dǎo)體物理知識知道,PN結(jié)的伏安特性與溫度有關(guān),利用PN結(jié)這一特性，可制成各種PN結(jié)型溫度傳感器。 典型的PN結(jié)型溫度傳感器：有二極管，三極管和集成電路溫度傳感器。 PN結(jié)型溫度傳感器最大優(yōu)點是輸出特性呈線性，測溫精度高。 第24頁/共83頁 二極管溫度特性： 與溫度無關(guān)的常數(shù); 與遷移率有關(guān)的常數(shù)(一般=1.53); Ego 絕對零度(OK)的材料禁帶寬度 lnT的變化相對T變化可忽略不計

11、只要IF恒定,二極管正向電壓VF是溫度T的線性函數(shù) 第25頁/共83頁結(jié)型溫度傳感器 二極管溫度傳感器第26頁/共83頁二極管溫度傳感器 理想二極管，伏安特性：kTQVSFFeIIz飽和電流可由下式求得：kTESgeTI0兩邊取對數(shù)，把 Is帶入，求得VF的表達式？第27頁/共83頁 二極管溫度傳感器電原理圖 IF為恒流源,一般10100A。調(diào)節(jié)R3和R2改變輸出靈敏度和零電位,以得到攝氏和華氏溫度顯示。 第28頁/共83頁2.2.三極管溫度傳感器三極管溫度傳感器 NPN型晶體三極管的基極-發(fā)射極電壓VBE和溫度T的關(guān)系為: VBE = Ego/q (KT/q)ln(T/IC) 式中: 為與溫

12、度無關(guān)的常數(shù),但與結(jié)面積和基區(qū)寬度有關(guān); Ego為OK下硅的禁帶寬度, 為常數(shù),其值一般在35之間。 如果集電極電流Ic為常數(shù),則VBE僅隨溫度單調(diào)和單值變化。 三極管溫度傳感器是負溫度系數(shù)溫度傳感器。 第29頁/共83頁三極管溫度傳感器基本電路三極管溫度傳感器基本電路 溫敏三極管為負反饋元件,電流Ic=Vcc/Rc，Ic恒定, VBE與T近似線性 ,改變導(dǎo)通電阻，得到輸出電壓第30頁/共83頁集成電路溫度傳感器集成電路溫度傳感器 集成電路溫度傳感器是將溫敏三極管(一般為差分對管)及其外圍電路集成在同一芯片上的集成化PN結(jié)溫度傳感器。 這種傳感器線性好,精度高,互換性好,使用方便,其工作溫度范

13、圍一般為-50+150。 集成電路溫度傳感器按輸出分為：電壓型和電流型,典型電壓型集成溫度傳感器有：PC616A/C,LM135,AN6701等,典型電流型集成溫度傳感器為AD690。 第31頁/共83頁 精密電壓輸出型集成溫度傳感器LM135 是一種兩端器件,其輸出電壓正比于溫度, 靈敏度：1OmV/K 電流：0.45mA 1Ok電位器 定標 第32頁/共83頁AD590AD590電流輸出型電流輸出型 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 I-V特性 最簡單的溫度計電路 電流隨溫度變化的恒流源,靈敏度為1A/K 精度達土0.5,線性誤差小于土0.5。第33頁/共83頁AD590用于電爐內(nèi)部恒溫控制

14、第34頁/共83頁熱輻射溫度傳感器 非接觸式溫度測量則是根據(jù)物體輻射溫度的測量原理實現(xiàn)的。 在生物醫(yī)學(xué)測量中應(yīng)用范圍非常廣泛。例如醫(yī)用紅外熱像儀, 它可用于人體多個部位(頭部、頸部、心血管、脊椎、四肢血管、乳腺、前列腺、胃腸道等) 和多種疾病(疼痛, 乳腺癌、肺肝癌、胰腺癌、血管瘤等腫瘤, 燒傷、放射線灼傷等) 的診斷。 醫(yī)用紅外熱像儀一般由：鏡頭、紅外探測器、信號處理單元和顯示部分組成 只要溫度高于絕對零度，物體都由一定波長的電磁波輻射，熱輻射溫度檢測就是基于這個原理實現(xiàn)溫度測量的。第35頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖正常人頭部遠紅外熱圖 正常的人體上部遠紅外熱像，鎖骨處及淋巴處代謝旺盛，出現(xiàn)

15、正常均勻的熱區(qū)，兩乳正常溫度微低第36頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖正常人體的腹部，兩側(cè)溫度分布基本對稱，臍部為正常的熱區(qū)，脂肪厚的地方溫度較低，兩乳為正常微冷區(qū) 正常人的腿部，雙腿基本對稱，雙足由于負重過久而血流不暢，導(dǎo)致低溫。 第37頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖在乳腺早期癌變尚未形成明顯的腫塊時，其局部組織即會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如局部血管增生、擴張、迂曲（熱圖顯示為血管倒粗或環(huán)狀和網(wǎng)狀血管），局部組織代謝旺盛，其溫度即可升高。箭頭處即為乳腺癌區(qū)。 第38頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖左乳確診乳腺癌，遠紅外熱像顯示，血管明顯增粗、代謝旺盛。整體溫度明顯高于右乳。乳窩處的熱區(qū)為正常的升溫。第39頁/

16、共83頁紅外熱圖紅外熱圖左側(cè)熱圖為一乳腺癌患者，內(nèi)部有明顯的腫塊，已經(jīng)壞死，右邊為X光圖片，互相印證，X光中的亮的部分為已經(jīng)壞死的腫瘤。 第40頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖靜脈曲張患者的腿部遠紅外熱像，血管明顯增溫、增粗，箭頭所指處尤為明顯。第41頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖脈管炎患者的腿部遠紅外熱像圖，患腿由于血管疾病而血流不暢，導(dǎo)致低溫。第42頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖靜脈炎是靜脈血管發(fā)炎，熱圖表現(xiàn)為局部熱區(qū)明顯擴大。脈管炎是中小動脈血管壁發(fā)炎引起的肢端發(fā)涼，壞疽，從熱圖反應(yīng)手足部及前下肢溫度偏低。第43頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖左膝關(guān)節(jié)軟組織炎。熱圖顯示左膝關(guān)節(jié)局部團狀增溫（箭頭所示

17、），溫差0.71.2不等。 第44頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖某些糖尿病患者會出現(xiàn)一種稱之為“糖尿病足”的并發(fā)癥。它的病理變化是糖尿病后期全身性血管狹窄，尤其以下肢血管狹窄為甚，血管明顯減少，致使局部組織缺血缺氧，最后發(fā)展為不可逆的組織壞死，不得不進行外科截肢手術(shù)。第45頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖雷諾氏病，雙手缺血，溫度較正常溫度低 23。手指與手背溫差梯度較大。手指平均溫度較手背平均低 23。 第46頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖雷諾氏病，雙手彌漫性高溫充血，手指的平均溫度較手背溫度高23度。手指與手背溫度呈異常的反相性熱圖像分布。第47頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖腱鞘炎，熱圖顯示：右手第五

18、掌骨病灶區(qū)溫度增高，范圍局限，溫差0.81.2。第48頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖腦血栓患者的遠紅外熱圖，該患者熱像檢查顯示： 左頸動脈的分支顳淺動脈、上頜動脈面動脈所分布區(qū)域（前額區(qū)、兩側(cè)區(qū)、面頰級口周）均呈低溫缺血狀，提示左頸動脈附壁血栓形成。第49頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖強直性脊柱炎（AS) 患者的脊背熱像圖，以后正中線的棘突為中心的自頸背至腰骶部的異常熱區(qū)，如同一條彩帶。第50頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖腰肌勞損，腰椎體兩旁韌帶呈條索狀增溫，病變范圍局限（箭頭所示），溫差在0.71.0。 第51頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖肝癌患者的腹部遠紅外熱像圖，肝部明顯代謝旺盛，溫度升高，此人

19、的右乳也有些增生跡象。 第52頁/共83頁紅外熱圖紅外熱圖頸椎病熱圖，能顯示出相應(yīng)骨贅壓迫椎動脈，即椎間盤變性變薄后椎動脈發(fā)生彎曲致局部血流量減少（呈低溫區(qū)）或骨贅刺激交感纖維或星狀神經(jīng)節(jié)，引起椎動脈收縮，呈局部供血不足，并致其所轄部位營養(yǎng)障礙。 第53頁/共83頁基本臨床應(yīng)用基本臨床應(yīng)用 靜脈攝影 結(jié)合常規(guī)的攝影技術(shù)紅外攝影方法可以顯示出靜脈曲張的特征性異常表現(xiàn)。它表現(xiàn)為在正常小腿上能見到比較細直的分枝，形成多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在靜脈曲張病例中，常見到蜿蜒彎曲的分枝增粗成靜脈小島，它在紅外照片中清楚地顯示出來，而用普通攝影或肉限是看不出來的。第54頁/共83頁基本臨床應(yīng)用基本臨床應(yīng)用 血液循環(huán)

20、的研究 利用紅外照片來記錄乳房和腹部淺表靜脈的圖形和大小變化，可以研究血液運行狀況。例如，初產(chǎn)婦和多產(chǎn)婦在妊娠時，紅外照片上的血流狀況是不一樣的。 由于血液中各種成分對紅外光的吸收作用不同，可作臨床疾病的更深入研究。 腎上腺索對正常人和高血壓病人有影響，這可從指甲的紅外照片上反映出來。 此外，紅外照片還可探索結(jié)核菌素和其它皮膚試驗的反應(yīng)。第55頁/共83頁基本臨床應(yīng)用基本臨床應(yīng)用 透照技術(shù) 采用黑白和彩色紅外透照技術(shù)檢查兒童頭顱疾病，不僅毫無痛苦，而且比腦室造影檢查安全。其中彩色紅外透照方法特別有價值。因為它可以同時把可見光和紅外光的透射部分記錄下來，而且在照片上顯示出重要的顏色差別。用這種方

21、法可以將腦積水與更為嚴重的腦內(nèi)積水加以監(jiān)別。第56頁/共83頁基本臨床應(yīng)用基本臨床應(yīng)用 肝病理學(xué) 紅外攝影對肝硬化的診斷有很大幫助，它可以把肝硬化與肝癌等區(qū)別出來。早期的肝硬化，沒有明顯的側(cè)支循環(huán)而晚期的肝病中有非常清晰的分枝靜脈圖像，成為肝硬化病癥的特征。 腫瘤的研究 應(yīng)用紅外攝影技術(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)腫瘤。生長在體表上或接近體表的早期惡性腫瘤，其周圍會有血管增多或異常條紋，它表示了腫瘤血液的供給有不同程度的增加。這可作為確定有否惡性瘤的輔助手段。第57頁/共83頁基本臨床應(yīng)用基本臨床應(yīng)用 乳腺癌 臨床上已證實，乳腺癌在紅外照片上顯示為供血增多，病變一側(cè)可清晰看到肉眼不能見到的靜脈充血。 皮膚病學(xué)

22、紅外攝影首先用于醫(yī)學(xué)方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表痂皮下面愈合過程和皮下靜脈情況。第58頁/共83頁紅外熱圖診斷方法紅外熱圖診斷方法 代謝旺盛、血液循環(huán)豐富的疾?。?炎癥、腫瘤等可出現(xiàn)較高溫的熱圖，惡性腫瘤轉(zhuǎn)移和可能發(fā)生轉(zhuǎn)移的新部位熱圖，異常的高溫區(qū)常高于臨界部0.7以上并可見多處點、團狀熱圖像， 勞損等可出現(xiàn)低于急性炎癥的熱圖； 代謝循環(huán)功能低下，局部缺血的熱圖如： 栓塞、微循環(huán)下降、積液、其局部血液循環(huán)破壞后則表現(xiàn)為明顯的低溫熱圖。第59頁/共83頁紅外熱圖分析紅外熱圖分析 統(tǒng)一的特定溫度條件下：20 對稱部位比較 全身綜合分析 生理解剖系統(tǒng)分析 結(jié)合主述、病史、查體、特殊檢查綜合判

23、定 自身相比較、與他人相比較第60頁/共83頁紅外熱圖診斷標準紅外熱圖診斷標準（室溫在（室溫在2020左右）左右） 炎癥：患部溫度比周圍正常組織增高0.50.7。 潰瘍：患部溫度比周圍正常組織增高0.71.0。 癌變：患部溫度比周圍正常組織增高1.0。 低溫區(qū)：病變區(qū)域與健側(cè)相比溫差 -0.2 高溫區(qū)：1.2 常溫區(qū)：雙鎖骨上、頭、下腰、后頸背部、手、雙液下、肘窩、雙髂腹股溝（人體表淺血管和散熱多的部位一般會出現(xiàn)較健側(cè)高的熱區(qū)） 血管影像：增粗、中斷、團狀（瘤）、扭曲（壓迫）、衛(wèi)星影像（惡性瘤） 區(qū)表現(xiàn)形式：片狀、條狀（強直性脊狀炎）、帶狀、次熱區(qū)、點狀、不規(guī)則。第61頁/共83頁紅外熱圖診斷

24、標準紅外熱圖診斷標準 正常熱圖（靠大量實踐:年輕、年老功能判定）：指人體組織雙側(cè)對比溫度基本相等，溫差小于0.2， 血管影像清晰、雙側(cè)對稱。 良性熱圖（低溫差熱圖）：指患病處與0.20.7之間，患側(cè)血管影像稍增粗, 但雙側(cè)對稱。 異常熱圖（多樣性）：指患病處與對側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，溫差范圍在0.8 1.2之間，患側(cè)血管影像明顯增粗，增多、但仍對稱。該熱圖疑惡變，囑病人隨診。 惡性熱圖（高溫差熱圖）：指患病處與對側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，其溫差大于1.2以上，血管影像增粗，中斷、成團、扭曲等，雙側(cè)明顯不對稱。第62頁/共83頁1熱輻射溫度檢測原理 只要溫度高于絕對零度，物體都有一定波長的電

25、磁輻射，或者說能量輻射，熱量輻射等。輻射溫度檢測就是基于這個原理實現(xiàn)非接觸式溫度測量。 2. 熱輻射探測器 熱輻射探測器有不同種類，采用晶體，陶瓷和半導(dǎo)體等材料作感應(yīng)元件。工作波長在0.1m20m的紅外光區(qū)域，也稱為紅外探測器。 第63頁/共83頁補充1： 熱釋電傳感器 某些晶體（例如硫酸三苷肽、鋯鈦酸鉛鑭、透明陶瓷和聚合物薄膜 ）在溫度變化時，發(fā)生電極化。 均勻加熱晶體的某些方向上會產(chǎn)生等量異號的電荷。 冷卻晶體時，電荷變化與加熱時相反。 這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)溫度變化，使晶體結(jié)構(gòu)在某些方向上，正負電荷重心不重合，產(chǎn)生了自發(fā)極化，自發(fā)極化矢量的方向由負電重心指向正電重心。第64頁/共83頁

26、熱釋電傳感器是一種熱輻射探測器，用于非接觸式溫度測量。 熱釋電傳感器是指某些晶體在溫度變化時會發(fā)生電極化。溫度升高則在晶體某些方向產(chǎn)生等量異號電荷。冷卻時電荷變化與加熱時相反。電荷的積累與溫度的變化相對應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng) 吸收紅外波段為10m。在端面上敷以電極,并接上負載電阻,有電流流過，在負載R兩端有交流電壓輸出。第65頁/共83頁 溫度為T的物體，單位面積所輻射的能量： 斬波器：對來自待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光 40)(TdPTW)()(4041TTkTW第66頁/共83頁熱輻射熱輻射 設(shè)溫度變化率為dT/dt,電極面積為A,束 縛電荷面密度等于Ps，Ps對時間的化率為dPs

27、/dt,則輸出電流I為: I正比于溫度變化速率 第67頁/共83頁 熱輻射探測器結(jié)構(gòu)和等效電路如圖: 輸入端是一個窗口，讓經(jīng)調(diào)制的熱輻射進入產(chǎn)生電荷， 經(jīng)過一個場效應(yīng)管收集電信號輸出，輸出端是場效應(yīng)管的漏極D,源極S和公共地端E第68頁/共83頁熱輻射測量儀的構(gòu)成原理熱輻射測量儀的構(gòu)成原理 由光學(xué)系統(tǒng)，斬波器，紅外探測器，放大器等組成測量系統(tǒng)， 測量系統(tǒng)獲取紅外信號。 為斬波器提供脈沖信號的脈沖發(fā)生器，工作脈沖頻率1.2Hz。 獲取斬波器表面溫度的基準溫度測量，采用熱敏傳感器測量溫度。第69頁/共83頁熱輻射測量儀采樣時序圖第70頁/共83頁 熱輻射探測器只能檢測溫度差，不能直接測量物體的溫度

28、，采用斬波器后，熱輻射探測器接收的信號就是被測物體與斬波器表面的溫度差， 每個周期T內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器采樣兩次，第一次為t1時間間隔，A/D轉(zhuǎn)換器采樣物體輻射信號。第二次為t4時間間隔，A/D轉(zhuǎn)換器采樣斬波器表面的溫度。 第71頁/共83頁 采樣各信號送計算機處理，計算機考慮不同物體具有不同輻射率，修正計算以便得到精確的結(jié)果。 輻射率,例如水為0.95,人體皮膚為0.98，石英玻璃為0.75,塑料為0.95等。 紅外輻射探測應(yīng)用于各類輻射計、光譜儀及紅外和熱成像方面。醫(yī)療儀器中用于非接觸測溫和熱像圖儀器方面。熱像圖法適用于診斷乳腺癌、皮膚癌、甲狀腺癌、末梢血管閉塞或狹窄等各種疾病。由于它實現(xiàn)非接

29、觸溫度測量和熱成像，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。第72頁/共83頁補充2 石英諧振器溫度傳感器 使用石英晶體的數(shù)字測溫系統(tǒng)，是利用某種特殊切割的石英諧振器，其諧振頻率與溫度的線性關(guān)系，把溫度轉(zhuǎn)換成頻率，以獲得數(shù)字輸出裝置。 利用一個溫度受控的基準振蕩器與檢測振蕩器混頻，差頻信號由濾波器濾除，在一定的時間間隔內(nèi)計數(shù)，可得到一個與溫度成正比的數(shù)字輸出。第73頁/共83頁補充3 熱電偶式傳感器 熱電偶傳感器的簡介 熱電偶傳感器的基本定則 若電偶傳感器的測量第74頁/共83頁1 金屬熱電偶傳感器 據(jù)此，賽貝克發(fā)現(xiàn)和證明了兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成的閉合回路，當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。這

30、種物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。兩種不同材料的導(dǎo)體所組成的回路稱為“熱電偶”，組成熱電偶的導(dǎo)體稱為“熱電極”，熱電偶所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。熱電偶的兩個結(jié)點中，置于溫度為T的被測對象中的結(jié)點稱之為測量端，又稱為工作端或熱端；而置于參考溫度為T0的另一結(jié)點稱之為參考端，又稱自由端或冷端。我們用毫伏表代替指南針，來演示賽貝克的實驗。當熱電偶兩個結(jié)點的溫差小的時候，即使它們均被加熱，毫伏數(shù)仍較??；兩個結(jié)點的溫差越大，電動勢就越大；當“熱端的溫度低于”冷端時，毫伏數(shù)為負值。1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如果

31、用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。第75頁/共83頁2、熱電偶溫度測量原理 回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢 熱電勢由兩部分組成: 接觸電勢 溫差電勢第76頁/共83頁 由于不同金屬間的電子濃度不同,造成的電子擴散:高濃度金屬向低濃度金屬擴散,直到兩者達到動態(tài)平衡為止.接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-( )lnAABBNkTETeNEAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點在溫度T 時形成的接觸電動勢；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。1）.兩種導(dǎo)體的接觸電勢第77頁/共83頁AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0時，銅的 =2V/。2）. 溫差電勢dTTTeTTAA0),(0溫差電勢原理圖第78頁/共83頁 由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路