利用電子傳感器測量測試的方法

1、    利用電子傳感器測量測試的方法利用電子傳感器測量測試的方法1. 溫度是什么 熱是一種分子運動。物體越熱,它的分子運動得越快,絕對零點的定義是,在這溫度下一切分子運動都停止了。可是,我們既然不能看到分子在運動,我們怎樣測量溫度呢?美國全國標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)NIST所用的基本標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)理想氣體定律,這定律表明,溫度升高時,氣體的壓力或者體積必須按比例增加,此數(shù)字表示,P×V=KT,其中P=壓力,V=體積,T=絕對溫度,而K是個常數(shù)。在固定的體積中把分子速度加倍會使每秒鐘的 利用電子傳感器測量測試的方法1. 溫度是什么  

2、  熱是一種分子運動。物體越熱,它的分子運動得越快,絕對零點的定義是,在這溫度下一切分子運動都停止了?？墒?我們既然不能看到分子在運動,我們怎樣測量溫度呢?美國全國標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)NIST所用的基本標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)理想氣體定律,這定律表明,溫度升高時,氣體的壓力或者體積必須按比例增加,此數(shù)字表示,P×V=KT,其中P=壓力,V=體積,T=絕對溫度,而K是個常數(shù)。在固定的體積中把分子速度加倍會使每秒鐘的分子碰撞次數(shù)加倍,或者使壓力加倍。在絕對零度下,理想氣體會縮小到零體積和壓力,圖1說明固定體積的氣體溫度計,理想氣體并不存在,不過氦接近理想氣體,利用汞壓力計用來測量氣體和蒸汽的壓力和可調(diào)

3、節(jié)的容器來測量充滿氦的玻璃球的氣體壓力。溫度改變時,就調(diào)節(jié)容器中的柱塞,使壓力計的左臂保持固定的高度,因而使氦保持固定的體積。右臂上方被抽成真空時,汞柱的溫度就顯示出氣體的壓力,因而也顯示出氦的溫度,原理很簡單,可是要精確地測量就困難了。溫度會影響玻璃球的體積,而連接管子和無玻璃球的溫度并不相同,而且汞柱較小的變化和汞表面的彎月也限制了測量的準(zhǔn)確度,比這些問題更重要的是,必須對氦與理想氣體定律的偏離程度作出修正。因此,利用氣體定律測量溫度的方法主要是國家的標(biāo)準(zhǔn)實驗,如NIST才使用。          &

4、#160;   2. 溫標(biāo)        因為凝固點是受到空氣壓力和污染的影響,三相點是可以更容易地重復(fù)獲得的。三相點是指材料是處于三相平衡,氣相、液相和固相,要使溫標(biāo)有實效,可以在規(guī)定的固定點之間插入傳感器。ITS-90規(guī)定幾個這樣的傳感器負責(zé)測量溫標(biāo)的各部分,溫標(biāo)的中間是在氫的三相點和它的凝固點之間,其間插入高級的電阻溫度計,稱為標(biāo)準(zhǔn)的全電阻溫度計SIRT、SPRT是用高純度的白金導(dǎo)線精心制造燒制,而且以最少的支承物裝配,因而不受拉緊。在三個或多個固定點把溫度計標(biāo)準(zhǔn)后,就可以在這些溫度之間使用這個溫度

5、計。溫度計的R-T方柱是非常復(fù)雜的。必須利用電腦來處理。圖3是封在Pvrex玻璃套中的SPRT。溫標(biāo)的最低端低至0.65K,是由氦氣法定律測溫法規(guī)定的,幾個重疊的范圍是由各自的復(fù)雜方柱和圖表規(guī)定的,在溫標(biāo)的高端,水銀的凝固點以上的溫度則利用輻射測溫法來規(guī)定,輻射測溫法根據(jù)的原理就在于,紅外或光輻射是隨著溫度的升高而增加的,舊式的IPTS也是利用白金合金制成的熱電偶去溫度規(guī)定溫標(biāo)的一部分,不過在1990年修訂時已經(jīng)被取消了。        3. 商用傳感器    下面,我們來看看和比較一下商用的溫

6、度傳感器：熱電偶、電阻溫度計、熱敏電阻以及硅IC傳感器。我們先開始迅速觀察一下,表1比較了它們的特性,而圖4是它們的工作范圍和準(zhǔn)確度。熱電偶只不過是兩根不同的金屬連在一起。連接之后,它就會產(chǎn)生電動勢,這電動勢隨著溫度的升高而近似線性增加。熱電偶的靈敏度,線性和溫度范圍是和所用的金屬有關(guān)。多年來,已經(jīng)有幾種熱電偶成為標(biāo)準(zhǔn),在美國,NIST公布了八種熱電偶,讓字母代碼來識別的毫伏溫度表。其中五種J、K、T、G和N是由堿金屬合金制成,有不同的溫度范圍和用途,靈敏度一般是每攝氏度幾十毫伏,其中三種R、S和B是用的金屬白金制成的,當(dāng)然這是常最昂貴的,是最穩(wěn)定和可以重復(fù)的熱電偶,最常用于高溫工作的,不過靈

7、敏度較低。有些廠商和經(jīng)銷商生產(chǎn)依照這些標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶導(dǎo)線和無指針。       此外,有些廠商生產(chǎn)適合高溫、低溫和其它特別用途的特別熱電偶。其中最常見的是鎢合金熱電偶,可以測量高達2015,即4260°F的溫度。電阻或溫度計會有細導(dǎo)線或者金屬薄膜制成的線圈。大多數(shù)金屬的電阻隨著溫度而變,不過白金或者鎳最常用來制造電阻或溫度計,通常,電阻式溫度計比熱電偶更為穩(wěn)定、準(zhǔn)確和靈敏,但只限于較低的溫度,白金制的電阻式溫度計是最穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的。并且適用于最高的溫度范圍,綜合的價格比較低,所以適合中等溫度的工藝用途,不過,最近制造的金屬薄膜

8、元件的工藝進展已經(jīng)抵消了鎳的廉價優(yōu)點,這種工藝類似金屬膜電阻的原理,有時人們也使用其它金屬,主要是銅和一種稱為Balco的合金,大多數(shù)讀者可能熟悉熱敏電阻,它們和和熱電阻無電阻式溫度計不同,它們是高度敏感,非常非線性,只適用于有限的溫度范圍,熱敏電阻也有正溫度系數(shù)的類型,不過最適合溫度的測量的是負溫度系數(shù)PTC的器件,它的電阻隨著溫度的升高而減少,大約每度減少3-5的電阻,熱敏電阻具有任何商用溫度傳感器的各種尺寸、外型、準(zhǔn)確度和價格。溫度傳感器IC是適合大多數(shù)實驗使用的最新和最容易的器件。它們是敏感和線性的,并且容易連接運算放大器和模數(shù)變換器,在缺點方面,這些IC并不像其它傳感器那樣標(biāo)準(zhǔn)化,經(jīng)

9、過精確地校準(zhǔn)的IC是比較昂貴的,它們適用的溫度范圍大約和涂上環(huán)氧樹脂的熱敏電阻相同。    4. 什么傳感器最好       5. IC傳感器    處于正向偏壓的硅二極管和基極一射極結(jié)點往往可用來測量溫度,在室溫下,正向偏壓的結(jié)點大的降壓0.7V,它是有大的-2mV的負溫度系數(shù)。確定的電壓和溫度系數(shù)是和結(jié)點的幾何尺寸、電流密度和其它因素有關(guān),精確的校準(zhǔn)需要在已知溫度下單獨測量每個二極管或者晶體管,PN結(jié)的基本方程是I=IO(eqvKT-1)其中q是電子的電量,K是物理常數(shù),

10、稱為玻爾茨曼常數(shù),T是絕對溫度開氏溫度是常數(shù),基本上等于反向偏壓的泄漏電流,在室溫下,KTq大約是26mV,在正常的正向偏壓條件下,-1這項是微小和無關(guān)重要的,可以忽略不計,所以I=IOeqvKT,于是I=IIo=V,溫度傳感器IC的工作原理是根據(jù)兩個基極-射極電壓之間的差值,這時結(jié)點的電流保持固定的比率I2I21,對這方程進行一點代數(shù)運算就可以得出電壓差 ,中的電路利用這個電壓差值產(chǎn)生的輸出電壓或電流是和溫度成正比的,表3列舉4個IC,AD590和AD592的表現(xiàn)相同,不過較新的AD592便宜,采用TO-92的封裝外殼,適用于教室的溫度范圍,超出這范圍,準(zhǔn)確度較嚴格。National的LM3

11、4LM35是三端器件,在0°F或0下輸出為零,LM135235335卻是類似于齊納二極管的器件,其輸出和絕對溫度成正比。我們來去看看AD592590、AD592和AD590是輸出為1AK,在0°C時是272.5A的兩端點穩(wěn)壓器。制造商在5代時把這校準(zhǔn),保證它在4代至3代之間的工作,不過要注意,提高電壓會增加功耗,并且引起輕微的測量誤差,圖5說明它們是簡單線路中的用途,可以得出從0或者0°F的數(shù)字計伏特的溫度讀數(shù)。    1AK的電流流過R1時,R1以1mV0°C,1.000K或者1mV0°F,1.8000K的靈敏度

12、把電流值分為電壓值,R1的兩端電壓是和絕地溫度成正比,電阻R2、R3和R4提供的補償?shù)扔赗1和0或者0°F時的電壓,這補償是利用數(shù)字伏特計來調(diào)節(jié)的,要獲得攝氏表的讀數(shù),必須把R3調(diào)到輸出是273.2mV,華氏表的讀數(shù)則應(yīng)把輸出調(diào)到459.7mV,如R1原來就是±0.01,或者利用數(shù)字歐姆表進行微調(diào),要達到IC規(guī)定的準(zhǔn)確度并不需溫度校準(zhǔn),如果想使用較低級的IC要輕松達到貝高的準(zhǔn)確度。          可以把R1換成可調(diào)節(jié)的電阻。讓這IC處于已知溫度下,把數(shù)字伏特計跨越在R1上。而且調(diào)節(jié)R1到lm

13、V度的正確讀數(shù),建議把IC放人封閉的護套中,而且把它放人均勻攪體的冰和水中,并達到平衡,微調(diào)R1,使它兩端電壓在0時為273.2mV,或者在320F的為491.4mV為止,依照上述辦法調(diào)節(jié)R3,AD593有兒級別的型號,從25時的±5, AD590J到±5,AD590M,AD592獲得保證的25,準(zhǔn)確度是從±2.5,AD592AN至±0.5,AD59ICN,AD590的封裝有T0-52,晶體管外殼或者扁平封裝,而AD592在出裝時采用T0-92型封裝,National的LM3435系列是更容易使用,這種三端IC輸出10mV0F,LM34或者10mV。要讀

14、出溫度只需一個數(shù)字伏特計和一個電池或者電壓源,從4V到30V之間的任何電壓,圖6把一個LM34或者LM35和一個高電壓頻率變換器LM351結(jié)合起來而產(chǎn)生和溫度成正比的頻率,圖示的元件數(shù)值產(chǎn)生的精度100的輸出,在100°F或100的輸出是10kHz,要把它校準(zhǔn),可以暫時拆下這個傳感器,提供精確的1000V輸入,并且調(diào)節(jié)R3全輸出為10.00V,不需調(diào)零,如果要改進容限較松的IC的準(zhǔn)確度,可以把IC放在接近等量高端的已知準(zhǔn)確度溫度,并且調(diào)節(jié)R3的在獲得正確的輸出。LM3435需要是負偏壓去追蹤零度以下的溫度,圖7說明其基本原理,這IC由止電源線供電,不過原把人約50A的偏流加在輸出上。

15、LM35適用的溫度范圍有-55至150,-40至110是LM35C,以及0至100的LM35D,而25時保證準(zhǔn)確度是±1和±0.5是LM35A,LM135的華氏型號也有類似的級數(shù)。其封裝有T0-46金屬型和T0-92塑料型,表3中最后一行IC是National的LM135235335的系列。        LM135的操作是一個類似于齊納二極管兩端點穩(wěn)壓器IC,類似于LM185的標(biāo)準(zhǔn),它有第三個接線端供用戶接上電,以便標(biāo)準(zhǔn),偏流或者齊納電流可以在400A至50mA之間的任何數(shù)值,它的輸出是l0mVK。在0時是273V,和絕對溫度成正比,不需用戶校準(zhǔn)的最嚴格25保證準(zhǔn)確度是±1(LM135A和LM235A),而最松的是±6。LM335,LM135的額定溫度范圍是-55至150的連續(xù)范圍內(nèi),LM235是-40至100,其封裝有T0-46型金屬和T0-92塑料型。   6. 熱敏電阻             &#