第3章 物理量傳感器

1、第3章 物理量傳感器物理量傳感器 1溫度傳感器溫度傳感器 2物位傳感器物位傳感器 3流量傳感器流量傳感器 4壓力傳感器壓力傳感器1 溫度傳感器 1.1 溫度檢測(cè)的方法 1.2 接觸式溫度檢測(cè)技術(shù) 1.3 非接觸式溫度檢測(cè)技術(shù) 1.1 溫度檢測(cè)的主要方法 （1）利用物質(zhì)熱膨脹與溫度關(guān)系測(cè)溫利用物質(zhì)熱膨脹與溫度關(guān)系測(cè)溫 用以測(cè)溫的選擇物體可以是固體、氣體或液體，其受熱用以測(cè)溫的選擇物體可以是固體、氣體或液體，其受熱后體積膨脹，在一定溫度范圍內(nèi)體積變化與溫度變化呈后體積膨脹，在一定溫度范圍內(nèi)體積變化與溫度變化呈連續(xù)、單值的關(guān)系，且復(fù)現(xiàn)性好。連續(xù)、單值的關(guān)系，且復(fù)現(xiàn)性好。 如雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)

2、和玻璃液體溫度計(jì)。如雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)和玻璃液體溫度計(jì)。 （2）利用熱效應(yīng)測(cè)溫利用熱效應(yīng)測(cè)溫 兩種不同的導(dǎo)體兩端短接形成閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)處于兩種不同的導(dǎo)體兩端短接形成閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)處于不同溫度時(shí)，回路中出現(xiàn)熱電勢(shì)。不同溫度時(shí)，回路中出現(xiàn)熱電勢(shì)。 利用這一原理制成生產(chǎn)中廣泛使用的利用這一原理制成生產(chǎn)中廣泛使用的熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)。 （3）利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度關(guān)系測(cè)溫利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度關(guān)系測(cè)溫 對(duì)于鉑、銅等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨對(duì)于鉑、銅等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度變化發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)溫度變化發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)R-t關(guān)系測(cè)量溫度。關(guān)系

3、測(cè)量溫度。 如如鉑電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)。 （4）利用熱輻射原理測(cè)溫利用熱輻射原理測(cè)溫 物體輻射能隨溫度而變化，利用這一性質(zhì)制成選擇物物體輻射能隨溫度而變化，利用這一性質(zhì)制成選擇物質(zhì)不與被測(cè)物質(zhì)相接觸而測(cè)溫的質(zhì)不與被測(cè)物質(zhì)相接觸而測(cè)溫的輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)。 如如單色輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)等。等。 在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，感受溫度變化的元件在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，感受溫度變化的元件稱為稱為感溫元件感溫元件； 將溫度轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電阻等）輸將溫度轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電阻等）輸出的儀表稱為出的儀表稱為溫度傳感器溫度傳感器。 習(xí)慣上，按測(cè)溫范圍不同，將

4、習(xí)慣上，按測(cè)溫范圍不同，將600以上的以上的測(cè)溫儀表稱為測(cè)溫儀表稱為高溫計(jì)高溫計(jì)；把測(cè)量；把測(cè)量600以下的以下的測(cè)溫儀表稱為測(cè)溫儀表稱為溫度計(jì)溫度計(jì)。 根據(jù)感溫元件與被測(cè)物質(zhì)是否接觸，將根據(jù)感溫元件與被測(cè)物質(zhì)是否接觸，將溫溫度檢測(cè)儀表分為度檢測(cè)儀表分為接觸式和非接觸式接觸式和非接觸式兩大類。兩大類。1.2 接觸式溫度檢測(cè)技術(shù) 接觸式測(cè)溫的方法接觸式測(cè)溫的方法就是使溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象就是使溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象相接觸，使其進(jìn)行充分的熱交換，當(dāng)熱交換平衡時(shí)，相接觸，使其進(jìn)行充分的熱交換，當(dāng)熱交換平衡時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的溫度相等；溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的溫度相等； 常用的接觸式測(cè)溫儀表

5、：常用的接觸式測(cè)溫儀表： 有將溫度轉(zhuǎn)化為非電量的有將溫度轉(zhuǎn)化為非電量的熱膨脹式熱膨脹式； 將溫度轉(zhuǎn)化為電量的將溫度轉(zhuǎn)化為電量的熱電偶、熱電阻和熱敏電阻熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。等。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低；好、價(jià)格低； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：有較大的滯后現(xiàn)象（測(cè)溫時(shí)由于要進(jìn)行充分有較大的滯后現(xiàn)象（測(cè)溫時(shí)由于要進(jìn)行充分的熱交換），不方便對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行溫度測(cè)量，被的熱交換），不方便對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行溫度測(cè)量，被測(cè)對(duì)象的溫場(chǎng)易受傳感器的影響，感溫元件材料的測(cè)對(duì)象的溫場(chǎng)易受傳感器的影響，感溫元件材料的性質(zhì)決定測(cè)溫范圍等。性質(zhì)決定測(cè)溫范圍等

6、。1.2.1 熱電阻 金屬（包括合金）導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體金屬（包括合金）導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體的的電阻值隨溫度變化而改變電阻值隨溫度變化而改變，通過(guò)對(duì)其阻值，通過(guò)對(duì)其阻值的測(cè)量可以推算出被測(cè)物體的溫度的測(cè)量可以推算出被測(cè)物體的溫度 熱電阻測(cè)溫范圍熱電阻測(cè)溫范圍：-200+850 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等。測(cè)量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等。 常用熱電阻 1）鉑熱電阻。）鉑熱電阻。 測(cè)溫范圍為-200+850 有Pt10（電阻值為10）和Pt100（電阻值為100）兩種。 Pt10熱電阻：主要用于650以上測(cè)溫區(qū)。 Pt100熱電阻：主要用于650以下測(cè)溫區(qū)。 優(yōu)點(diǎn)：精度高、線

7、性好、測(cè)溫范圍寬，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，但價(jià)格高。 2）銅熱電阻。）銅熱電阻。 使用測(cè)溫范圍為-40+140， 有Cu50（電阻值為10）和Cu100（電阻值為100）兩種。 銅熱電阻線性好，價(jià)格低，但電阻率低，因而體積大，熱響應(yīng)慢。 熱電阻感溫元件的結(jié)構(gòu) （a）裝配式熱電阻 （b）鎧裝式熱電阻（c）熱電阻外形（c）熱電阻外形 1.2.2 熱敏電阻 熱敏電阻：是其電阻值隨溫度變化而顯著熱敏電阻：是其電阻值隨溫度變化而顯著變化的半導(dǎo)體電阻。變化的半導(dǎo)體電阻。 它與金屬熱電阻相比，有它與金屬熱電阻相比，有 電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高（比一般金電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高（比一般金屬熱電阻大屬熱電阻大1010

8、0倍）；倍）； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度；電阻率高、熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；電阻率高、熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；阻值與溫度變化呈作線性關(guān)系；阻值與溫度變化呈作線性關(guān)系； 穩(wěn)定性和互換性較差等特點(diǎn)。穩(wěn)定性和互換性較差等特點(diǎn)。 熱敏電阻材料及特性 大部分半導(dǎo)體熱敏電阻中的各種氧化物是按一定比例混合的。 多數(shù)熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，即當(dāng)溫度升高時(shí)，其電阻值下降，同時(shí)靈敏度也下降。 目前熱敏電阻使用的上限溫度約為目前熱敏電阻使用的上限溫度約為300。熱敏電阻各種材料的使用溫度范圍熱敏電阻的種類使用溫度范圍基本原則NCT熱敏電阻超低溫1103 K100K低溫-1

9、300常溫50350中溫150750高溫500130013002000碳、鍺、硅在常用組成中添加銅、降低電阻錳、鎳、鈷、鐵等過(guò)渡族金屬氧化物的燒結(jié)體Al2O3+過(guò)渡族金屬氧化物的燒結(jié)體ZrO2+Y2O3復(fù)合燒結(jié)體原材料同上，但只能短時(shí)測(cè)量PTC熱敏電阻-50150以BaTiO3為主的燒結(jié)體CTR熱敏電阻0350BaO、P與B的酸性氧化物，硅的酸性氧化物，MgO、CuO、SrO、B、Pb、La等氧化物，由上述材料構(gòu)成的燒結(jié)體 熱敏電阻的外形及應(yīng)用領(lǐng)域 常用熱敏電阻的外形如圖 所示 （ a） （ b） （ c） （ d） （ e） 圖3-7 常用的熱敏電阻的外形（a）玻璃罩式； （b）墊圈式；（c

10、）圓片式；（d）棒狀； （e）片式 1.2.3 熱電偶 熱電偶的工作原理：由兩種不同的導(dǎo)體熱電偶的工作原理：由兩種不同的導(dǎo)體A和和B組成閉合回組成閉合回路構(gòu)成，如圖路構(gòu)成，如圖 所示。所示。 （ b ） 電 位 計(jì) 接 入 方 式 2 （ a）電 位 計(jì) 接 入 方 式 1 圖3-9 熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖 導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B稱為熱電極稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個(gè)端，通常把兩熱電極的一個(gè)端點(diǎn)固定焊接，用于對(duì)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行溫度測(cè)量，這點(diǎn)固定焊接，用于對(duì)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行溫度測(cè)量，這一接點(diǎn)稱為測(cè)量端或工作端，俗稱一接點(diǎn)稱為測(cè)量端或工作端，俗稱熱端熱端；兩熱電；兩熱電極另一接點(diǎn)處通常保持為某一恒定溫度或室溫，極

11、另一接點(diǎn)處通常保持為某一恒定溫度或室溫，被稱作基準(zhǔn)點(diǎn)或參考端，俗稱被稱作基準(zhǔn)點(diǎn)或參考端，俗稱冷端冷端。 若將熱電偶的兩端分別放在溫度不同的環(huán)境中若將熱電偶的兩端分別放在溫度不同的環(huán)境中（T0和和T），則在熱電偶回路中將產(chǎn)生電流，即可），則在熱電偶回路中將產(chǎn)生電流，即可實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。熱電偶回路中產(chǎn)生的電流所對(duì)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。熱電偶回路中產(chǎn)生的電流所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)。 這種由兩種不同導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)一這種由兩種不同導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)一般情況和兩端點(diǎn)溫度般情況和兩端點(diǎn)溫度T、T0都有關(guān)。若使都有關(guān)。若使T0為給定為給定的恒定溫度，如取為的恒定溫度，如

12、取為0，則熱電動(dòng)勢(shì)僅為，則熱電動(dòng)勢(shì)僅為T端溫端溫度度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。)(0)()()(),(0AB0ABTTfTfTeTTE 熱電偶的材料及特性參數(shù) 常見的熱電偶有鉑銠常見的熱電偶有鉑銠-鉑熱電偶、鎳鉻鉑熱電偶、鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）鎳硅）熱電偶和銅熱電偶和銅-康銅熱電偶。康銅熱電偶。 鉑銠鉑銠-鉑熱電偶用于較高溫度的測(cè)量，測(cè)量范圍為鉑熱電偶用于較高溫度的測(cè)量，測(cè)量范圍為01800時(shí)，誤差為時(shí)，誤差為15。 鎳鉻鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）熱電偶是貴重金屬熱電偶中最穩(wěn)定鎳硅）熱電偶是貴重金屬熱電偶中最穩(wěn)定的一種，用途很廣，可在的一種，用途很廣，可在01000（短時(shí)間

13、可在（短時(shí)間可在1300）下使用，誤差不大于）下使用，誤差不大于1，其線性度較好。，其線性度較好。 但這種熱電偶不易做的均勻，誤差比鉑銠但這種熱電偶不易做的均勻，誤差比鉑銠-鉑大。銅鉑大。銅-康銅熱康銅熱電偶用于較低的溫度（電偶用于較低的溫度（0400）具有較好的穩(wěn)定性，）具有較好的穩(wěn)定性，尤其是在尤其是在0100范圍內(nèi)，誤差小于范圍內(nèi)，誤差小于0.1。圖3-10 熱電偶的外形 1.2.4 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是集成溫度傳感器是利用晶體管利用晶體管PN結(jié)的正向壓降隨溫度升結(jié)的正向壓降隨溫度升高而降低的特性高而降低的特性，將晶體管的，將晶體管的PN結(jié)作為感溫元件，把敏結(jié)作為感溫元件，把

14、敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成，并把它們封裝感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成，并把它們封裝在同一殼體里的一種在同一殼體里的一種一體化溫度檢測(cè)元件一體化溫度檢測(cè)元件。 優(yōu)點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快、線性好、性能高、價(jià)格低、抗干優(yōu)點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快、線性好、性能高、價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)等。擾能力強(qiáng)等。 只能用來(lái)測(cè)只能用來(lái)測(cè)1500C以下的溫度，但在低溫測(cè)量領(lǐng)域仍得到以下的溫度，但在低溫測(cè)量領(lǐng)域仍得到了廣泛的應(yīng)用。了廣泛的應(yīng)用。 常用的集成溫度傳感器：常用的集成溫度傳感器： AD590、LM35和智能溫度控制器和智能溫度控制器DS18B20的應(yīng)用。的應(yīng)用。 AD590及其應(yīng)用 AD590是美國(guó)模

15、擬器件公司生產(chǎn)的單片電流型兩端集成溫度傳感器，其表征為一個(gè)輸出電流與溫度成比例的電流源。 測(cè)溫范圍寬：-55+150； 精度高：0.5（AD590M）； 線性度好：在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差小于0.3 功耗低：1.5mW+5V+25； 輸出阻抗高：710M，用絕緣良好的雙絞線連接，可以使器件在距電源25m處正常工作。 器件本身與外殼絕緣。 單電源工作、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，特別適于進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)量。 AD590的外形和基本測(cè)溫電路 AD590采用金屬殼3腳封裝。其中，1腳為電源正端V+，2腳為電流輸出端V-，3腳為管殼，一般不用。其外形和符號(hào)如圖3-23所示。（a）外形 （b）符號(hào) AD590外形

16、與符號(hào) AD590的應(yīng)用電路 AD590可串聯(lián)工作也可并聯(lián)工作。將幾個(gè)AD590單元串聯(lián)使用時(shí)，顯示的是幾個(gè)被測(cè)溫度中的最低溫度；而并聯(lián)可獲得幾個(gè)被測(cè)溫度的平均值。圖 AD590的基本應(yīng)用電路 圖 AD590的串并聯(lián)使用（a）串聯(lián)使用；（b）并聯(lián)使用 （1）LM35特性特性 工作電壓：直流工作電壓：直流430V； 工作電流：小于工作電流：小于133A； 輸出電壓：輸出電壓：+6V-1.0V； 輸出阻抗：輸出阻抗：1mA負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)0.1； 精度：精度：0.5精度（在精度（在+25時(shí)）；時(shí)）； 漏泄電流：小于漏泄電流：小于60A； 比例因數(shù)：線性比例因數(shù)：線性+10.0mV/； 非線性值：非線性

17、值：1/4； 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； 封裝：密封封裝：密封TO-46、塑料、塑料TO-92、貼片、貼片SO-8和和TO-220，如圖如圖3-28所示；所示； 使用溫度范圍：使用溫度范圍：-35+150額定范圍。額定范圍。 LM35及其應(yīng)用（a）TO-46 （b）TO-92 （c）SO-8 （d）TO-220圖 LM35的封裝形式 LM35的應(yīng)用 1）基本應(yīng)用電路。）基本應(yīng)用電路。單電源供電時(shí)，通過(guò)在輸出端Vout接一個(gè)電阻，在GND引腳對(duì)地之間串接兩個(gè)二極管，就可以得到全量程的溫度范圍，電路如圖 （a）所示。圖中，電阻為18k普通電阻，VD1、VD2為1N

18、4148，UO為與溫度相應(yīng)的輸出電壓。圖 采用LM35構(gòu)成的傳感器電路（a）單電源電路；（b）雙電源電路 DS18B20智能溫度傳感器 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 采用單總線專用技術(shù)，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路； 測(cè)溫范圍為-55+125，測(cè)量分辨率為0.0625； 內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM； 適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)； 用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限； 其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DS18B20的封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20有3引腳TO-92小體積封裝和SOIC封裝

19、形式，其管腳排列如圖 所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖 DS18B20的管腳與封裝 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由64位光刻ROM、溫度傳感器和溫度傳感器的存儲(chǔ)單元三部分組成。 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20與單片機(jī)的典型接口與單片機(jī)的典型接口 以MCS-51系列單片機(jī)為例，DS18B20與8031的典型連接如圖所示。圖中DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地。圖3-33（b）中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V5.5V電源供電。 由于DS18B20的一線工作協(xié)議流程

20、是：初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。所以單片機(jī)須編寫了三個(gè)子程序：初始化子程序，寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，讀數(shù)據(jù)子程序，即可完成溫度的測(cè)量。 圖3-33 DS18B20與8031的典型連接（a）寄生電源方式；（b）外接電源方式3 非接觸式溫度檢測(cè)技術(shù) 非接觸式測(cè)溫的方法非接觸式測(cè)溫的方法: :利用被測(cè)對(duì)象的熱輻射能量利用被測(cè)對(duì)象的熱輻射能量隨其溫度的變化而變化的原理，通過(guò)隨其溫度的變化而變化的原理，通過(guò)測(cè)量一定距測(cè)量一定距離處被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度離處被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定被測(cè)對(duì)象來(lái)確定被測(cè)對(duì)象的溫度。的溫度。 主要應(yīng)用于：冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶主要應(yīng)用于：冶金、鑄

21、造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的高溫檢測(cè)。瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的高溫檢測(cè)。 常見的傳感器有常見的傳感器有: :光學(xué)高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)、光纖光學(xué)高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)、光纖溫度傳感器、紅外溫度傳感器等。溫度傳感器、紅外溫度傳感器等。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :不存在測(cè)量滯后和溫度范圍的限制，可測(cè)高不存在測(cè)量滯后和溫度范圍的限制，可測(cè)高溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫度，不影響被測(cè)物體的溫度場(chǎng)；溫度，不影響被測(cè)物體的溫度場(chǎng)； 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :易受被測(cè)對(duì)象熱輻射率的影響，測(cè)量精度低，易受被測(cè)對(duì)象熱輻射率的影響，測(cè)量精度低，測(cè)量距離和中間

22、介質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果都有較大影響。測(cè)量距離和中間介質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果都有較大影響。方式接觸式非接觸式測(cè)量條件感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對(duì)象的溫度；被測(cè)溫度不超過(guò)感溫元件能承受的上限溫度；被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上測(cè)量范圍特別適合12000C以下，熱容量大，無(wú)腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，對(duì)高于13000C以上的溫度測(cè)量較困難原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫，但10000C以下測(cè)量誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)物體和熱容量小的物體溫度精度工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2、0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí)通常為1.0、1.5

23、、2.0級(jí)響應(yīng)速度慢，退出為幾十秒到幾分快，通常為23s其他特點(diǎn)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可靠，維護(hù)方便，價(jià)格低廉；儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，調(diào)整麻煩，價(jià)格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表面溫度（需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換）；不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制系統(tǒng)光學(xué)高溫計(jì)(optical pyrometer) 可用來(lái)測(cè)量8003200 的高溫 勒夏特列/勒夏特利埃：法國(guó)化學(xué)家 根據(jù)物體的輻射隨著溫度上升而變化制成的。直接將物體的顏色和比色表對(duì)照就可以判斷其溫度。 近代的高溫計(jì)用可調(diào)溫度的鎢絲做參照物。調(diào)節(jié)鎢絲的發(fā)光，使得其與被測(cè)

24、目標(biāo)光色融合的時(shí)候，兩者溫度就相同。但鎢絲在什么電流下發(fā)怎么的光，這需要事先標(biāo)定。所以精度依然不高。 現(xiàn)代的高溫計(jì)分析物體熱輻射的峰值來(lái)判斷其溫度，不需要參照物，精度進(jìn)一步提高。WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)圖3-34 WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)外形和原理圖1物鏡；2吸收玻璃；3燈泡；4紅色慮光片；5目鏡；6指示儀表；7滑線電阻；E電源；R1刻度調(diào)整電阻 產(chǎn)品說(shuō)明： 此光學(xué)高溫計(jì)能在環(huán)境溫度10-50,相對(duì)濕度不大於85%的情況下連續(xù)工作 物鏡與目標(biāo)之間的距離不小于700mm 標(biāo)尺長(zhǎng)度不小于90mm 凈重約1.8kg 這時(shí)在指示儀表這時(shí)在指示儀表6 6上指示出燈絲兩

25、端的電壓上指示出燈絲兩端的電壓值，利用電壓與溫度的關(guān)系曲線，將表盤值，利用電壓與溫度的關(guān)系曲線，將表盤直接刻度成溫度值。直接刻度成溫度值。 為了改善刻度的非線性，指針式指示儀表為了改善刻度的非線性，指針式指示儀表的磁鋼采用了不均勻磁場(chǎng)的方式。與指示的磁鋼采用了不均勻磁場(chǎng)的方式。與指示儀表串聯(lián)的電阻儀表串聯(lián)的電阻R R1 1在儀表標(biāo)定時(shí)配置、校在儀表標(biāo)定時(shí)配置、校準(zhǔn)，調(diào)節(jié)它的阻值可以改變儀表的誤差。準(zhǔn)，調(diào)節(jié)它的阻值可以改變儀表的誤差。 儀表電源采用儀表電源采用3V3V干電池，安裝于儀表下部干電池，安裝于儀表下部手柄內(nèi)。手柄內(nèi)。 輻射溫度計(jì) 輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理：即物體的總輻射強(qiáng)度與物體

26、溫度的四次方成正比的關(guān)系來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。 輻射溫度計(jì)：由輻射感溫器和顯示儀表兩部分組成，它可用來(lái)測(cè)量4002000的高溫，多為現(xiàn)場(chǎng)安裝式結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。 輻射高溫計(jì)測(cè)量的溫度稱為輻射溫度（TF），被測(cè)對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過(guò)修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。（a）熱電堆結(jié)構(gòu) （b）自動(dòng)補(bǔ)償器圖3-36 熱電堆結(jié)構(gòu)和補(bǔ)償光闌（a）：1云母基片；2受熱靶面；3熱電偶絲；4引出線（b）：1補(bǔ)償片；2雙金屬片國(guó)產(chǎn)WFT-202型輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖圖3-37 輻射感溫器結(jié)構(gòu)圖1物鏡；2外殼；3補(bǔ)償光闌；4座架；5熱電堆；6接線柱；7穿線套；8蓋；9目鏡；10校正片；

27、11小齒輪 紅外傳感器及溫度檢測(cè)紅外輻射：俗稱紅外線紅外輻射：俗稱紅外線 infrared ray 由由德國(guó)德國(guó)科學(xué)家科學(xué)家霍胥爾霍胥爾于于1800年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)凡是存在于自然界中的物體，都會(huì)輻射出紅外線，凡是存在于自然界中的物體，都會(huì)輻射出紅外線，只是其紅外線的波長(zhǎng)不同而已。只是其紅外線的波長(zhǎng)不同而已。如人體溫度為如人體溫度為3637，所輻射的紅外線波長(zhǎng)，所輻射的紅外線波長(zhǎng)為為910m（屬于遠(yuǎn)紅外線區(qū)），物體被加熱到（屬于遠(yuǎn)紅外線區(qū)），物體被加熱到400700時(shí)，其所輻射的紅外線波長(zhǎng)為時(shí)，其所輻射的紅外線波長(zhǎng)為35m（屬于中紅外線區(qū)）。（屬于中紅外線區(qū)）。利用被測(cè)物體輻射的紅外線實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的技術(shù)

28、就是利用被測(cè)物體輻射的紅外線實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的技術(shù)就是紅外檢測(cè)技術(shù)。紅外檢測(cè)技術(shù)。電磁波譜圖1091071051031011010110102103104 / m / cm / m宇宙射線射線X射線紫外線可見光紅外線微波無(wú)線電波極遠(yuǎn)紅外211815129630遠(yuǎn)紅外中紅外近紅外 / m 太陽(yáng)光譜上紅外線的波長(zhǎng)大于可見光線，波長(zhǎng)為0.751000m。 紅外線可分為三部分： 近紅外線，波長(zhǎng)為0.751.50m之間； 中紅外線，波長(zhǎng)為1.506.0m之間； 遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0l000m 之間。 醫(yī)用紅外線可分為兩類：醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠(yuǎn)紅外線。近紅外線與遠(yuǎn)紅外線。 近紅外線或稱短波紅外線，

29、波長(zhǎng)近紅外線或稱短波紅外線，波長(zhǎng)0.761.5微微米，穿入人體組織較深米，穿入人體組織較深,約約510毫米；毫米； 遠(yuǎn)紅外線或稱長(zhǎng)波紅外線，波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外線或稱長(zhǎng)波紅外線，波長(zhǎng)1.5400微米，微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。毫米。 紅外線的物理特性：1）有熱效應(yīng)2）穿透云霧的能力強(qiáng) 1）紅外線的物理本質(zhì)是熱輻射）紅外線的物理本質(zhì)是熱輻射 太陽(yáng)光譜中最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此紅外輻射成為熱輻射?，F(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。 實(shí)驗(yàn)表明：波長(zhǎng)為0.1m l000m 的電磁波被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)換變?yōu)闊崮堋?）穿透云霧的能力強(qiáng) 大氣窗

30、口（大氣窗口（atmospheric window） 指天體輻射中能穿透大氣的一些波段。 由于地球大氣中的各種粒子對(duì)輻射的吸收和反射，只有某些波段范圍內(nèi)的天體輻射才能到達(dá)地面。 紅外窗口 ： 22.6m,35m，814m 3)紅外輻射源 任何溫度高于任何溫度高于0K的物體，會(huì)向周圍空間輻射紅外的物體，會(huì)向周圍空間輻射紅外線，可視為線，可視為紅外輻射源紅外輻射源。 根據(jù)輻射源的幾何尺寸的大小及距探測(cè)器的遠(yuǎn)近，根據(jù)輻射源的幾何尺寸的大小及距探測(cè)器的遠(yuǎn)近，分為分為點(diǎn)源和面源點(diǎn)源和面源。 點(diǎn)源點(diǎn)源的輻射強(qiáng)度僅與源面積無(wú)關(guān)；的輻射強(qiáng)度僅與源面積無(wú)關(guān)； 面源面源的輻射強(qiáng)度與被照面在面源表面上的位置、的輻射

31、強(qiáng)度與被照面在面源表面上的位置、方向及面源的面積有關(guān)。方向及面源的面積有關(guān)。 4）紅外線的應(yīng)用 高溫殺菌，紅外線夜視儀，監(jiān)控設(shè)備，手機(jī)的紅外口，賓館的房門卡，汽車、電視機(jī)的遙控器、洗手池的紅外感應(yīng) 5紅外測(cè)溫傳感器 紅外測(cè)溫傳感器就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的傳感器。 （1）紅外測(cè)溫的特點(diǎn)）紅外測(cè)溫的特點(diǎn) 是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量； 紅外測(cè)溫反應(yīng)速度快。它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過(guò)程。反映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)； 紅外測(cè)溫靈敏度高。因?yàn)槲矬w的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量成倍的變化

32、 ； 紅外測(cè)溫準(zhǔn)確度較高。其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1以內(nèi)，甚至更??； 紅外測(cè)溫范圍廣泛。可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。（2）紅外測(cè)溫種類）紅外測(cè)溫種類 1）主動(dòng)式。主動(dòng)式。 主動(dòng)式紅外檢測(cè)是利用紅外輻射源對(duì)被測(cè)物照射。主動(dòng)式紅外檢測(cè)是利用紅外輻射源對(duì)被測(cè)物照射。 被測(cè)物對(duì)紅外光進(jìn)行吸收、反射和透射后，使紅被測(cè)物對(duì)紅外光進(jìn)行吸收、反射和透射后，使紅外光發(fā)生了變化，此變化與被測(cè)物的某些參數(shù)有外光發(fā)生了變化，此變化與被測(cè)物的某些參數(shù)有關(guān)，由此實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。關(guān)，由此實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。 2）被動(dòng)式。被動(dòng)式。 被動(dòng)式紅外檢測(cè)是被測(cè)物本身就是紅外輻射源，被動(dòng)式紅外檢測(cè)是被測(cè)物本身就是紅外輻射源，利用其輻射特性

33、檢測(cè)紅外輻射能實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量；利用其輻射特性檢測(cè)紅外輻射能實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量；或把物體各個(gè)點(diǎn)輻射能大小轉(zhuǎn)換成熱圖象；或利或把物體各個(gè)點(diǎn)輻射能大小轉(zhuǎn)換成熱圖象；或利用氣體輻射在紅外波段有固定的譜線完成氣體分用氣體輻射在紅外波段有固定的譜線完成氣體分析等。析等。（3）紅外輻射溫度計(jì)應(yīng)用 常見的紅外輻射溫度計(jì)的測(cè)溫范圍可以從-30到3000，可根據(jù)需要選擇不同的規(guī)格。（a）表面溫度測(cè)量示意圖 （b）內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖3-41 紅外輻射溫度計(jì)的外形結(jié)構(gòu)與原理框圖1便攜式紅外輻射溫度計(jì)；2紅色瞄準(zhǔn)激光束；3濾光片；4聚焦透鏡紅外輻射溫度計(jì)應(yīng)用實(shí)例 紅外線氣體分析儀：是根據(jù)氣體對(duì)紅外線具有選擇性的吸收的特性來(lái)對(duì)氣

34、體成分進(jìn)行分析的。 紅外熱成像 紅外無(wú)損探傷 紅外檢測(cè)在軍事上的應(yīng)用 紅外線商品導(dǎo)購(gòu) 紅外線節(jié)能控制器 紅外線防盜報(bào)警器 光纖傳感器及溫度檢測(cè) 光纖傳感器（FOS Fiber Optical Sensor）是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。 它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。 2 物位的測(cè)量 目錄 5.15.15.25.25.35.35.45.45.55.55.65.65.75.75.85.8概述2.1 物位測(cè)量的一般概念2.2物位測(cè)量的工藝特點(diǎn)和主要問(wèn)題重點(diǎn)：物位測(cè)量的基本概念。重點(diǎn)：液位測(cè)量的工藝特點(diǎn)。 難點(diǎn)：料位測(cè)量的工藝特

35、點(diǎn)。2.3 物位測(cè)量?jī)x表的分類物位檢測(cè)是對(duì)設(shè)備和容器中物料儲(chǔ)量多少的度量。物位檢測(cè)是對(duì)設(shè)備和容器中物料儲(chǔ)量多少的度量。物位檢物位檢測(cè)為保證生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行，如調(diào)節(jié)物料平衡、掌握物料消測(cè)為保證生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行，如調(diào)節(jié)物料平衡、掌握物料消耗數(shù)量、確定產(chǎn)品產(chǎn)量等提供可靠依據(jù)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)耗數(shù)量、確定產(chǎn)品產(chǎn)量等提供可靠依據(jù)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程監(jiān)測(cè)中物位檢測(cè)占有重要的地位。化過(guò)程監(jiān)測(cè)中物位檢測(cè)占有重要的地位。一、定義：一、定義：物位物位:儲(chǔ)物在容器中的積存高度。即液位、料位和界位的位置儲(chǔ)物在容器中的積存高度。即液位、料位和界位的位置 統(tǒng)稱為物位統(tǒng)稱為物位。檢測(cè)界面計(jì)不同液體的界面位置界位

36、料位計(jì)固體物料的堆積高度料位液位計(jì)表面高低液體介 質(zhì)液位 物位是液位、料位、界位的總稱。對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量、指示和控制物位是液位、料位、界位的總稱。對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量、指示和控制的儀表，稱物位檢測(cè)儀表。的儀表，稱物位檢測(cè)儀表。2.1物位測(cè)量的一般概念2.2物位測(cè)量的工藝特點(diǎn)和主要問(wèn)題 1.液位測(cè)量的工藝特點(diǎn)液位測(cè)量的工藝特點(diǎn) 液面是一個(gè)規(guī)則的表面，但當(dāng)物料流進(jìn)、流出時(shí)，液面是一個(gè)規(guī)則的表面，但當(dāng)物料流進(jìn)、流出時(shí)，會(huì)有波浪，或者在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)沸騰或起泡沫的會(huì)有波浪，或者在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。大型容器中常會(huì)出現(xiàn)液體各處溫度、密度和粘度等大型容器中常會(huì)出現(xiàn)液體各處溫度、密度和粘度等物理

37、量不均勻的現(xiàn)象。物理量不均勻的現(xiàn)象。容器中常會(huì)有高溫、高壓，或液體粘度很大，或含容器中常會(huì)有高溫、高壓，或液體粘度很大，或含有大量雜質(zhì)、懸浮物等。有大量雜質(zhì)、懸浮物等。2.料位測(cè)量的工藝特點(diǎn)料位測(cè)量的工藝特點(diǎn)物料自然堆積時(shí)，有堆積傾斜角，因此料面是不平的,難以確定料位高度。物料進(jìn)出時(shí)，又存在著滯留區(qū)（由于容器結(jié)構(gòu)而使不易流動(dòng)的死角處，叫做滯留區(qū)），影響到物位最低位置的測(cè)準(zhǔn)。儲(chǔ)倉(cāng)或料斗中，物料內(nèi)部可能存在大的孔隙，或粉料之中存在小的間隙，前者影響對(duì)物料儲(chǔ)量的計(jì)算，而后者則在振動(dòng)或壓力、濕度變化時(shí)物位也隨之變化。3.界位測(cè)量中最常見的問(wèn)題界位測(cè)量中最常見的問(wèn)題是界面位置不明顯，渾濁段的存在也影響測(cè)

38、準(zhǔn)。2.2物位測(cè)量的工藝特點(diǎn)和主要問(wèn)題2.3 物位測(cè)量?jī)x表的分類 物位測(cè)量?jī)x表的種類很多，而且還在不斷發(fā)展。按其工作原理可歸納為以下幾種： 直讀式直讀式物位測(cè)量?jī)x表、浮力式浮力式物位測(cè)量?jī)x表、 靜壓式靜壓式物位測(cè)量?jī)x表、電磁式電磁式物位測(cè)量?jī)x表、 電容式電容式物位測(cè)量?jī)x表、超聲波超聲波式物位測(cè)量?jī)x表 核輻射核輻射式物位測(cè)量?jī)x表等。 此外，還有聲學(xué)式、稱重式、重錘式、旋翼式等。 3 3 流量測(cè)量技術(shù)流量測(cè)量技術(shù)3.1 3.1 流量和流量計(jì)流量和流量計(jì)3.2 3.2 流量測(cè)量方法與流量?jī)x表的分類流量測(cè)量方法與流量?jī)x表的分類3.3 3.3 流量測(cè)量?jī)x表流量測(cè)量?jī)x表背景介紹背景介紹： 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)中，流量都是一個(gè)很重要的參數(shù)。例如，在石油化工生產(chǎn)