利用電子傳感器測(cè)量測(cè)試的方法

1、    利用電子傳感器測(cè)量測(cè)試的方法利用電子傳感器測(cè)量測(cè)試的方法1. 溫度是什么 熱是一種分子運(yùn)動(dòng)。物體越熱,它的分子運(yùn)動(dòng)得越快,絕對(duì)零點(diǎn)的定義是,在這溫度下一切分子運(yùn)動(dòng)都停止了。可是,我們既然不能看到分子在運(yùn)動(dòng),我們?cè)鯓訙y(cè)量溫度呢?美國(guó)全國(guó)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(shí),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(duì)溫度,而K是個(gè)常數(shù)。在固定的體積中把分子速度加倍會(huì)使每秒鐘的 利用電子傳感器測(cè)量測(cè)試的方法1. 溫度是什么  

2、  熱是一種分子運(yùn)動(dòng)。物體越熱,它的分子運(yùn)動(dòng)得越快,絕對(duì)零點(diǎn)的定義是,在這溫度下一切分子運(yùn)動(dòng)都停止了。可是,我們既然不能看到分子在運(yùn)動(dòng),我們?cè)鯓訙y(cè)量溫度呢?美國(guó)全國(guó)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(shí),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(duì)溫度,而K是個(gè)常數(shù)。在固定的體積中把分子速度加倍會(huì)使每秒鐘的分子碰撞次數(shù)加倍,或者使壓力加倍。在絕對(duì)零度下,理想氣體會(huì)縮小到零體積和壓力,圖1說(shuō)明固定體積的氣體溫度計(jì),理想氣體并不存在,不過(guò)氦接近理想氣體,利用汞壓力計(jì)用來(lái)測(cè)量氣體和蒸汽的壓力和可調(diào)

3、節(jié)的容器來(lái)測(cè)量充滿氦的玻璃球的氣體壓力。溫度改變時(shí),就調(diào)節(jié)容器中的柱塞,使壓力計(jì)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(shí),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(jiǎn)單,可是要精確地測(cè)量就困難了。溫度會(huì)影響玻璃球的體積,而連接管子和無(wú)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(cè)量的準(zhǔn)確度,比這些問(wèn)題更重要的是,必須對(duì)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(cè)量溫度的方法主要是國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),如NIST才使用。          &

4、#160;   2. 溫標(biāo)        因?yàn)槟厅c(diǎn)是受到空氣壓力和污染的影響,三相點(diǎn)是可以更容易地重復(fù)獲得的。三相點(diǎn)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(shí)效,可以在規(guī)定的固定點(diǎn)之間插入傳感器。ITS-90規(guī)定幾個(gè)這樣的傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量溫標(biāo)的各部分,溫標(biāo)的中間是在氫的三相點(diǎn)和它的凝固點(diǎn)之間,其間插入高級(jí)的電阻溫度計(jì),稱為標(biāo)準(zhǔn)的全電阻溫度計(jì)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(gè)或多個(gè)固定點(diǎn)把溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后,就可以在這些溫度之間使用這個(gè)溫度

5、計(jì)。溫度計(jì)的R-T方柱是非常復(fù)雜的。必須利用電腦來(lái)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(cè)溫法規(guī)定的,幾個(gè)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(diǎn)以上的溫度則利用輻射測(cè)溫法來(lái)規(guī)定,輻射測(cè)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(guò)在1990年修訂時(shí)已經(jīng)被取消了。        3. 商用傳感器    下面,我們來(lái)看看和比較一下商用的溫

6、度傳感器：熱電偶、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻以及硅IC傳感器。我們先開(kāi)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(guò)是兩根不同的金屬連在一起。連接之后,它就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這電動(dòng)勢(shì)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(lái),已經(jīng)有幾種熱電偶成為標(biāo)準(zhǔn),在美國(guó),NIST公布了八種熱電偶,讓字母代碼來(lái)識(shí)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(guò)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(wú)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(jiàn)的是鎢合金熱電偶,可以測(cè)量高達(dá)2015,即4260°F的溫度。電阻或溫度計(jì)會(huì)有細(xì)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(guò)白金或者鎳最常用來(lái)制造電阻或溫度計(jì),通常,電阻式溫度計(jì)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(jì)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(jià)格比較低,所以適合中等溫度的工藝用途,不過(guò),最近制造的金屬薄膜

8、元件的工藝進(jìn)展已經(jīng)抵消了鎳的廉價(jià)優(yōu)點(diǎn),這種工藝類似金屬膜電阻的原理,有時(shí)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(wú)電阻式溫度計(jì)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(guò)最適合溫度的測(cè)量的是負(fù)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(jià)格。溫度傳感器IC是適合大多數(shù)實(shí)驗(yàn)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(yùn)算放大器和模數(shù)變換器,在缺點(diǎn)方面,這些IC并不像其它傳感器那樣標(biāo)準(zhǔn)化,經(jīng)

9、過(guò)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(shù)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(diǎn)往往可用來(lái)測(cè)量溫度,在室溫下,正向偏壓的結(jié)點(diǎn)大的降壓0.7V,它是有大的-2mV的負(fù)溫度系數(shù)。確定的電壓和溫度系數(shù)是和結(jié)點(diǎn)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(dú)測(cè)量每個(gè)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(duì)溫度開(kāi)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(xiàng)是微小和無(wú)關(guān)重要的,可以忽略不計(jì),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(gè)基極-射極電壓之間的差值,這時(shí)結(jié)點(diǎn)的電流保持固定的比率I2I21,對(duì)這方程進(jìn)行一點(diǎn)代數(shù)運(yùn)算就可以得出電壓差 ,中的電路利用這個(gè)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(gè)IC,AD590和AD592的表現(xiàn)相同,不過(guò)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(yán)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(duì)溫度成正比。我們來(lái)去看看AD592590、AD592和AD590是輸出為1AK,在0°C時(shí)是272.5A的兩端點(diǎn)穩(wěn)壓器。制造商在5代時(shí)把這校準(zhǔn),保證它在4代至3代之間的工作,不過(guò)要注意,提高電壓會(huì)增加功耗,并且引起輕微的測(cè)量誤差,圖5說(shuō)明它們是簡(jiǎn)單線路中的用途,可以得出從0或者0°F的數(shù)字計(jì)伏特的溫度讀數(shù)。    1AK的電流流過(guò)R1時(shí),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(bǔ)償?shù)扔赗1和0或者0°F時(shí)的電壓,這補(bǔ)償是利用數(shù)字伏特計(jì)來(lái)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(lái)就是±0.01,或者利用數(shù)字歐姆表進(jìn)行微調(diào),要達(dá)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(jí)的IC要輕松達(dá)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(jì)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(hù)套中,而且把它放人均勻攪體的冰和水中,并達(dá)到平衡,微調(diào)R1,使它兩端電壓在0時(shí)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(jí)別的型號(hào),從25時(shí)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(shí)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(gè)數(shù)字伏特計(jì)和一個(gè)電池或者電壓源,從4V到30V之間的任何電壓,圖6把一個(gè)LM34或者LM35和一個(gè)高電壓頻率變換器LM351結(jié)合起來(lái)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(shí)拆下這個(gè)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(jìn)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(fù)偏壓去追蹤零度以下的溫度,圖7說(shuō)明其基本原理,這IC由止電源線供電,不過(guò)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(shí)保證準(zhǔn)確度是±1和±0.5是LM35A,LM135的華氏型號(hào)也有類似的級(jí)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(gè)類似于齊納二極管兩端點(diǎn)穩(wěn)壓器IC,類似于LM185的標(biāo)準(zhǔn),它有第三個(gè)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(shí)是273V,和絕對(duì)溫度成正比,不需用戶校準(zhǔn)的最嚴(yán)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             &#