其他傳感器PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1其他傳感器其他傳感器超聲波的基本性質(zhì)超聲波的基本性質(zhì)3. 3. 反射及折射反射及折射 超聲波在兩種介質(zhì)中傳播時(shí)，在它們的界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透射界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為折射波。4. 4. 超聲波的衰減超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為0 xxPPe（92） 20 xxII e （93） 式中： 、 距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)；x為聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)，單位為 （奈培/厘米）xPxI/Np cm5. 5. 聲阻抗聲阻抗 介質(zhì)有一定的聲

2、阻抗，聲阻抗等于該介質(zhì)密度與超聲速度的乘積。通過測(cè)量超聲波的輻射阻抗率，可測(cè)定媒介的密度、彈性模量、液體的粘度、液體的密度等。第1頁/共44頁超聲波傳感器超聲波傳感器 超聲波傳感器：產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置，又稱為超聲換能器、超聲探頭。分類：分類： 按其結(jié)構(gòu)可分為：直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。 按其原理又可分為：壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。實(shí)際使用中壓電式探頭最為常見。 壓電式探頭主要由壓電晶體、吸收塊(阻尼塊)、保護(hù)膜等組成，其結(jié)構(gòu)如圖9.2所示。壓電晶體多為圓形板，其厚度d與超聲波頻率 成反比f圖9.2 壓電式超聲波探頭示意圖第2頁/共44頁超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3、1.1.超聲波測(cè)量厚度超聲波測(cè)量厚度 超聲波測(cè)厚主要有脈沖回波法、共振法、干涉法等幾種。應(yīng)用較為廣泛的是脈沖回波法。 其原理框圖如圖9.3所示。超聲波探頭與被測(cè)物體表面接觸；主控制器控制發(fā)射電路發(fā)射一定頻率的重復(fù)脈沖信號(hào)，激發(fā)探頭發(fā)射超聲波脈沖進(jìn)入試件，到達(dá)底面后反射回來，并由同一探頭接收。接收到的脈沖信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入主控器的處理部分測(cè)量發(fā)射波與接收波的時(shí)間間隔，試件厚度：主控制器發(fā)射電路接收放大電路探頭試樣圖9.3 脈沖回波法測(cè)厚原理圖因?yàn)榘l(fā)射探頭與接收探頭共用一個(gè)，在測(cè)量時(shí)存在盲區(qū)問題因?yàn)榘l(fā)射探頭與接收探頭共用一個(gè)，在測(cè)量時(shí)存在盲區(qū)問題。第3頁/共44頁超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

4、2. 2. 超聲波測(cè)物位超聲波測(cè)物位(a) 單換能器液介式(b) 單換能器氣介式(c) 雙換能器氣介式(d) 雙換能器液介式hhShSh圖9.4 脈沖回波式測(cè)量物位的工作原理超聲波物位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。如果從發(fā)射超聲脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波均使用一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器完成。圖9.4給出了幾種超聲物位傳感器的原理示意圖。第4頁/共44頁超聲檢

5、測(cè)技術(shù)的應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用3. 3. 超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器超聲波傳感器2超聲波傳感器1管道D圖9.5 超聲波流量傳感器原理圖 超聲波在流體中傳播時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。 如果在管道的外部安裝兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，如圖9.5所示。如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為 ，逆流方向的傳播時(shí)間為 ，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為 ，流體流動(dòng)速度為 ，則：1t2tc1cossinDtc2cossinDtc由于c遠(yuǎn)大于v，所以：2ct cos2D

6、 sin（96） （97） （99） 第5頁/共44頁 9.2 9.2 微波式傳感器微波式傳感器微波的性質(zhì)與特點(diǎn)微波的性質(zhì)與特點(diǎn) 微波是波長(zhǎng)為1 mml m的電磁波，它具有電磁波的性質(zhì)又不同于普通無線電波和光波。微波相對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波具有下列特點(diǎn)：定向輻射的裝置容易制造；遇到各種障礙物易于反射；繞射能力較差；傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等影響很小；介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。這些特點(diǎn)構(gòu)成了微波檢測(cè)的基礎(chǔ)。第6頁/共44頁微波振蕩器與微波天線微波振蕩器與微波天線 微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長(zhǎng)很短，頻率很高(300 M300 G

7、Hz)，要求振蕩回路具有非常微小的電感與電容，故不能用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)整管、磁控管或某些固體元件。 由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)需要用波導(dǎo)管(波長(zhǎng)在10 cm以上可用同軸線)傳輸，并通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的有喇叭型天線、拋物面天線、介質(zhì)天線與隙縫天線等。 （a）（d）（c）（b）圖9.6 常用微波天線第7頁/共44頁微波傳感器及其應(yīng)用微波傳感器及其應(yīng)用1. 1. 微波傳感器微波傳感器 由發(fā)射天線發(fā)出的微波，遇到被測(cè)物時(shí)將被吸收或反射，使功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收通過被測(cè)物或由被測(cè)物反射回來的微

8、波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由測(cè)量電路測(cè)量和指示，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)過程。 微波傳感器可分為反射式與遮斷式。(1)(1)反射式傳感器反射式傳感器 這種傳感器通過檢測(cè)被測(cè)物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時(shí)間間隔來表示被測(cè)物的位置、厚度等參數(shù)。(2)(2)遮斷式傳感器遮斷式傳感器 這種傳感器通過檢測(cè)接收天線接收到的微波功率大小，來判斷發(fā)射天線與接收天線間有無被測(cè)物或被測(cè)物的位置與含水量等參數(shù)。第8頁/共44頁微波傳感器及其應(yīng)用微波傳感器及其應(yīng)用2. 2. 微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用(1)(1)微波液位計(jì)微波液位計(jì)Sd微波發(fā)射天線微波接收天線圖9.7 微波液位計(jì)接收天線接收到的功率2r2244ttrP

9、G GPsd（910） 式中 兩天線與被測(cè)液面間的垂直距離； 發(fā)射天線發(fā)射的功率； 發(fā)射天線的增益： 接收天線的增益。 當(dāng)發(fā)射功率、波長(zhǎng)、增益均恒定時(shí)，只要測(cè)得接收到的功率 ,就可獲得被測(cè)液面的高度 。 dtPtGrGrPd第9頁/共44頁微波傳感器及其應(yīng)用微波傳感器及其應(yīng)用2. 2. 微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用(2)(2)微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離 微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離是利用雷達(dá)能動(dòng)地將電波發(fā)射到對(duì)象物，并接受返回的反射波的能動(dòng)型傳感器。若對(duì)在距離發(fā)射天線為 的位置上以相對(duì)速度v運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)射微波，則由于多卜勒效應(yīng)，反射波的頻率 發(fā)生偏移，如下式所

10、示：rrf(911) 0rDfff 式中 是多卜勒頻率，并可表示為:Df02Df rfc(912) 當(dāng)物體靠近靶時(shí)，多卜勒頻率 為正；遠(yuǎn)離靶時(shí)， 為負(fù)。輸入接收機(jī)的反射波的電壓 可用下式表示：DfDfeu0ee0D4 f ruU sin 2fftc(913) 第10頁/共44頁微波傳感器及其應(yīng)用微波傳感器及其應(yīng)用2. 2. 微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用(2)(2)微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離（續(xù)）微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離（續(xù)）當(dāng)物體靠近靶時(shí)，多卜勒頻率 為正；遠(yuǎn)離靶時(shí)， 為負(fù)。輸入接收機(jī)的反射波的電壓 可用下式表示：DfDfeu0ee0D4f ruU sin 2fftc(913) 用接

11、收機(jī)將來自發(fā)射機(jī)的參照信號(hào) 與上述反射信號(hào)混合后，進(jìn)行超外差檢波，則可得到如下式那樣的具有兩頻率之差，即 的差拍頻率的多卜勒輸出信號(hào)為：0sin2eUf tDf0ddD4f ruU sin 2f tc (914) 因此，根據(jù)測(cè)量到的差拍信號(hào)頻率，可測(cè)定相對(duì)速度。 但是，用此方法不能測(cè)定距離。為此考慮發(fā)射頻率稍有不同的兩個(gè)電波 和 ，這兩個(gè)波的反射波的多卜勒頻率也稍有不同。若測(cè)定這兩個(gè)多卜勒輸出信號(hào)成分的相位差為 ，則可利用下式求出距離 ：1f2fr214crff(915) 除上述的應(yīng)用外，微波傳感器還有其他應(yīng)用，如：微波測(cè)厚儀、微波濕度傳感器、微波輻射計(jì)(溫度傳感器)、微波無損檢測(cè)等。第11頁

12、/共44頁9.3 9.3 核輻射與紅外傳感器核輻射與紅外傳感器 核輻射式傳感器是根據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)核輻射的吸收、反射、散射或核輻射對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而進(jìn)行工作的。核輻射式傳感器核輻射式傳感器1. 1. 核輻射式傳感器的物理基礎(chǔ)核輻射式傳感器的物理基礎(chǔ)（1 1）核輻射）核輻射 放射性同位素在衰變過程中放出一種特殊的帶有一定能量的粒子束或射線，這種現(xiàn)象稱為“核輻射”。其放出的粒子束或射線有以下幾種： 粒子：其質(zhì)量為4.002775個(gè)相對(duì)原子質(zhì)量并帶有2個(gè)正電荷。 粒子：它實(shí)際上是高速運(yùn)動(dòng)的電子，其質(zhì)量為0.000549個(gè)相對(duì)原子質(zhì)量，放射速度接近光速。 射線：它是一種電磁輻射。 射線的波長(zhǎng)較(

13、)，不帶電。 射線的穿透力很強(qiáng)，能穿透幾十厘米厚的固體物質(zhì)，在氣體中射程達(dá)數(shù)百米， 射線廣泛應(yīng)用于金屬探傷、大厚度測(cè)量等。 放射性的強(qiáng)弱稱為放射強(qiáng)度(或核輻射強(qiáng)度)，它通常以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的次數(shù)表示。放射性強(qiáng)度也是隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律而減少（2 2）核輻射與物質(zhì)問的相互作用）核輻射與物質(zhì)問的相互作用 核輻射與物質(zhì)問的相互作用主要是電離、吸收和反射。 三種射線中， 射線穿透力最強(qiáng)， 射線次之， 射線最弱， 射線的穿透厚度比 、 要大得多。8101010cm第12頁/共44頁核輻射式傳感器核輻射式傳感器2. 2. 核輻射傳感器的組成核輻射傳感器的組成 核輻射傳感器主要由輻射源和探測(cè)器組成。（1 1

14、）輻射源）輻射源 盡管放射性同位素種類很多，但能用于測(cè)量的只右20種壽右最常用的有 等 6013724190CoCsAmCr、及薄膜放射源鉛圖9.8 輻射源容器 輻射源的結(jié)構(gòu)應(yīng)使射線從測(cè)量方向射出，而其他方向則必須使輻射線的劑量盡可能小，以減少對(duì)人體的危害.（2 2）探測(cè)器）探測(cè)器 探測(cè)器就是核輻射的接收器，常用的有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器和蓋革計(jì)數(shù)管。+ - + - + - + -R圖9.9 電離室工作原理電離室：圖9.9為電離室工作原理圖，它是在空氣中設(shè)置一個(gè)平行板電容器，對(duì)其加上電壓，使兩極板間形成電場(chǎng)。當(dāng)有粒子或射線射向兩極板間空氣時(shí)，空氣分子被電離成正、負(fù)離子。帶電離子在電場(chǎng)作用下形成電離

15、電流，并在外加電阻R上形成壓降。測(cè)量此壓降值即可獲得核輻射的強(qiáng)度。電離室主要用于探測(cè) 粒子，它具有堅(jiān)固、穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流很小。探測(cè) 粒子和 射線的電離室互不通用。 、 、第13頁/共44頁核輻射式傳感器核輻射式傳感器2. 2. 核輻射傳感器的組成核輻射傳感器的組成（2 2）探測(cè)器（續(xù)）探測(cè)器（續(xù)）-+陰極陽極負(fù)載電阻圖9.10 氣體放電計(jì)數(shù)管示意圖 核輻射進(jìn)計(jì)數(shù)管后，管內(nèi)氣體產(chǎn)生電離。當(dāng)負(fù)離子在電場(chǎng)作用下加速向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于碰撞氣體分子產(chǎn)生次級(jí)電子，發(fā)生“雪崩”現(xiàn)象，使陽極放電、產(chǎn)生電流。圖9.11 閃爍計(jì)數(shù)器示意圖 閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器：圖9.11為閃爍計(jì)數(shù)器示意圖。

16、它由閃爍體和光電倍增管組成。當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍體時(shí)，使閃爍體的原子受激發(fā)光，光透過閃爍體射到光電倍增管的光敏陰極上打出光電子并在倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖，最后被電子儀器記錄下來。 第14頁/共44頁紅外傳感器1. 紅外輻射的基本知識(shí) 紅外輻射就是紅外光，其波長(zhǎng)從ll 000 m。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分，即近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。 紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中氣體分子、水蒸氣以及固體微粒、塵埃等物質(zhì)的吸收和散射作用，使輻射能在傳輸過程中逐漸衰減。空氣中對(duì)稱的雙原子分子不吸收

17、紅外輻射，因而不會(huì)造成紅外輻射在傳輸過程中衰減。紅外輻射通過大氣層時(shí)被分割成三個(gè)波段，即22.6 m、35 m、814 m，統(tǒng)稱“大氣窗口”。一般紅外儀器都工作在這三個(gè)窗口之內(nèi)。 紅外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。能全部吸收投射到它表面的紅外輻射的物體稱黑體；能全部反射的物體稱鏡體；能全部透過的物體稱為透明體；能部分反射、部分吸收的物體稱為灰體。嚴(yán)格地講，在自然界中，不存在黑體、鏡體與透明體 第15頁/共44頁紅外傳感器紅外傳感器2. 2. 紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器 按工作原理可分為“熱探測(cè)器”和“光子探測(cè)器”兩類。 （1 1）熱探測(cè)器）熱探測(cè)器 熱探測(cè)器在吸收紅外輻射能后溫度升高，引

18、起某種物理性質(zhì)的變化，這種變化與吸收的紅外輻射能成一定的關(guān)系。常用的物理現(xiàn)象有溫差熱電現(xiàn)象、金屬或半導(dǎo)體電阻阻值變化現(xiàn)象、熱釋電現(xiàn)象、氣體壓強(qiáng)變化現(xiàn)象、金屬熱膨脹現(xiàn)象、液體薄膜蒸發(fā)現(xiàn)象等。因此只要檢測(cè)出上述變化，即可確定被吸收的紅外輻射能大小，從而得到被測(cè)非電量值。 熱電探測(cè)器主要有熱敏電阻型、熱電偶型、高萊氣動(dòng)型和熱釋電型。 （2 2）光子探測(cè)器）光子探測(cè)器 光子探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過對(duì)電學(xué)性質(zhì)變化的測(cè)量，可以了解紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)所制成的紅外探測(cè)器，統(tǒng)稱光子探測(cè)器。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率

19、。但它一般需在低溫下工作，探測(cè)波段較窄。 按照光子探測(cè)器的工作原理，一般可分為內(nèi)光電探測(cè)器和外光電探測(cè)器兩種，前者又分為光電導(dǎo)探測(cè)器、光電伏特器和光磁電探測(cè)器三種。第16頁/共44頁核輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例核輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例 核輻射傳感器有多種用途，如測(cè)量檢測(cè)氣體和液體在管道中的流量、利用物質(zhì)對(duì)射線的吸收程度與物質(zhì)厚度有關(guān)的原理在線測(cè)厚、測(cè)量物位、成份分析等；利用紅外傳感器可以用于非接觸式的紅外測(cè)溫、氣體分析、無損探傷等。1. 1. 輻射式物位計(jì)輻射式物位計(jì) 可以應(yīng)用 射線檢測(cè)物位。測(cè)量物位的方法有很多，圖9.12給出了其中一些典型的應(yīng)用實(shí)例。 圖9.12(a)是定點(diǎn)測(cè)量的方法。這種

20、方法不能進(jìn)行物位的連續(xù)測(cè)量。0I(a) 0I(b) 0I(c) 0I(d) 圖9.12 輻射式物位計(jì)的測(cè)量原理圖 圖9.12(b)是將射線源和探測(cè)器分別安裝在容器的下部和上部，射線穿過容器中的被測(cè)介質(zhì)和介質(zhì)上方的氣體后到達(dá)探測(cè)器。顯然，探測(cè)器接收到的射線強(qiáng)弱與物位的高度有關(guān)。這種方法可對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，但是測(cè)量范圍比較窄(一般為300500mm)，測(cè)量準(zhǔn)確度較低。 為了克服圖9.12(b)存在的上述缺點(diǎn)，可采用線狀的射線源，如圖9.12(c)；或采用線狀的探測(cè)器，如圖9.12(d)。雖然對(duì)射線源或探測(cè)器的要求提高了，但這兩種方法既可以適應(yīng)寬量程的需要，又可以改善線性特性。第17頁/共44頁核

21、輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例核輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例2 2紅外氣體分析儀紅外氣體分析儀 紅外氣體分析儀是根據(jù)物質(zhì)的吸收特性來進(jìn)行工作的。例如 ，它對(duì)紅外光的透射光譜如圖9.13所示， 對(duì)波長(zhǎng)為2.7 m、4.33 m和14.5 m紅外光能強(qiáng)烈吸收，而且吸收譜線相當(dāng)寬。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，只有4.33 m吸收帶不受大氣中其他成分影響。因此可以利用這個(gè)吸收帶來判別大氣中 成分。2CO2CO2CO圖9.13 CO2氣體投射光譜圖第18頁/共44頁核輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例核輻射與紅外傳感器應(yīng)用舉例2 2紅外氣體分析儀（續(xù)）紅外氣體分析儀（續(xù)） 圖9.14是 紅外氣體分析儀示意圖。它由氣體(含 )的樣品室、參比

22、室(無 )、電機(jī)式調(diào)制、反射鏡系統(tǒng)、濾光片、紅外檢測(cè)器和選頻放大器組成。調(diào)制盤參比室微電機(jī)樣品室濾光片紅外檢測(cè)元件檢測(cè)電路指 示記 錄圖9.14 CO2紅外氣體分析儀示意圖2CO2CO2CO 測(cè)量時(shí)，使待測(cè)氣體連續(xù)流過樣品室，參比室里充滿沒有 的氣體或含有一定量的 的氣體。紅外光源發(fā)射的紅外光分成兩束經(jīng)反射鏡反射到樣品室和參比室。再經(jīng)反射鏡系統(tǒng)，將紅外光經(jīng)中心波長(zhǎng)為4.33 m的濾色片投射到紅外敏感元件上，敏感元件交替地接受通過樣品室和參比室的輻射。 若樣品室和參比室均無 氣體，只要兩束輻射完全相等，那么敏感元件所接收到的是一個(gè)通量恒定不變的輻射，交流選頻放大器輸出為零。 若進(jìn)入樣品室的氣體中

23、含有 氣體，對(duì)4.33 m的輻射就有吸收，那么兩種輻射的通量不等，則敏感元件所接收到的就是交變輻射，這時(shí)選頻放大器輸出不為零。經(jīng)過標(biāo)定后，就可從輸出信號(hào)的大小來推測(cè) 的含量。2CO2CO2CO2CO2CO第19頁/共44頁9.4 9.4 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器 熱電偶傳感器簡(jiǎn)稱熱電偶，是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器。其測(cè)溫范圍較寬，一般為-501600，最高的可達(dá)到3000，并有較高的測(cè)量精度。另外，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、熱慣性小、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。其產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，運(yùn)用十分方便。0T 1. 1. 基本原理基本原理 如圖9.15所示，兩種不同

24、導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路稱為熱電偶，導(dǎo)體A和B叫做熱電極。熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，置于溫度為T的被測(cè)對(duì)象中的結(jié)點(diǎn)稱為測(cè)量端。溫度為參考溫度 的另一結(jié)點(diǎn)稱為參比端。0TAABT0TI圖9.15 熱電效應(yīng)原理圖 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)A、B組合成閉合回路，如圖9.16所示。若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在。此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的，將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。A BEA BE

25、AEBEABT0T圖9.16 熱電勢(shì)第20頁/共44頁熱電偶傳感器熱電偶傳感器2. 2. 熱電偶冷端補(bǔ)償方法熱電偶冷端補(bǔ)償方法 由熱電偶的工作原理可知，當(dāng)使用熱電偶測(cè)溫時(shí)，冷端溫度必須恒定。我國(guó)在制分度表時(shí)通常是采用T=0時(shí)的條件。在實(shí)際使用中若冷端不能保持在0或冷端溫度隨環(huán)境變化，將引入測(cè)量誤差。這就必須對(duì)熱電偶的冷端(參比端)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 （1）熱電偶冷端補(bǔ)償方法。常見熱電偶的冷端(參比端)溫度補(bǔ)償方法有下列幾種。 冰浴法冰浴法 在實(shí)驗(yàn)條件下，把冷端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的保溫容器中，可使冷端 保持在0。現(xiàn)在已研制出一種能使溫度恒定在0的半導(dǎo)體制冷器件。 計(jì)

26、算修正法計(jì)算修正法 當(dāng)熱電偶冷端溫度 0時(shí)，可用下面公式對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行修正。0T0T00( ,0)( , )( ,0)ABABABETET TET (917) 式中 測(cè)量端溫度為T，冷端溫度0時(shí)經(jīng)修正后的熱電勢(shì)； 測(cè)量端溫度為T，冷端溫度 ( 0)時(shí)實(shí)際測(cè)量得到的熱電勢(shì)； 測(cè)量端溫度為 時(shí)的熱電勢(shì)，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)，它即為冷端溫度不為0時(shí)的熱電勢(shì)修正值。( ,0)ABET0( ,)ABET T0( ,0)ABET0T0T0T第21頁/共44頁 例例10.110.1 利用PtRhPt熱電偶(S型)測(cè)溫時(shí)，設(shè)測(cè)量得到 =20， =7.322 mV，求T。 0T0( ,)ABET T解解: :

27、查PtRhPt熱電偶S分度表，可得 =0.113 mV，根據(jù)式(10.7)有 = + =7.322 mV+0.113 mV=7.435 mV ，反查分度表，可得 T=808.3。(20,0)ABE( ,0)ABET0( ,)ABET T0(,0)ABET 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，如不需要很精確，或熱電偶冷端溫度較為穩(wěn)定，則可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到 (按溫度刻度的)，或者 (按毫伏刻度的)。0T0(,0)ABET補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 該方法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化。1E1R2R3R4RREabAB 圖9.19 補(bǔ)償電橋法第

28、22頁/共44頁熱電偶傳感器熱電偶傳感器3. 3. 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路0TT電位差計(jì)1R2R3R4RRE0TT動(dòng)圈表（ a）（ b）圖9.20 工業(yè)用熱電偶測(cè)溫電路（1 1）工業(yè)用熱電偶測(cè)溫電路）工業(yè)用熱電偶測(cè)溫電路一般與動(dòng)圈表或電子電位差計(jì)配套使用，測(cè)溫電路如圖9.20(a)、(b)所示。(a)為與動(dòng)圈表配套使用的電路，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償用的是補(bǔ)償電橋法，(b)為與自動(dòng)電子電位差計(jì)配套使用的電路。圖中 為熱電偶冷端處的溫度。（2 2）實(shí)驗(yàn)室用熱電偶測(cè)溫電路）實(shí)驗(yàn)室用熱電偶測(cè)溫電路在科學(xué)研究、計(jì)量檢定等場(chǎng)合，熱電偶冷端補(bǔ)償采用冰浴法，并與電位差計(jì)配套使用。通常的做法是用冰點(diǎn)槽將冷端恒

29、定在0，然后用UJ系列電位差計(jì)測(cè)量熱電勢(shì)。（3 3）利用熱電偶測(cè)量平均溫度時(shí)的連接電路）利用熱電偶測(cè)量平均溫度時(shí)的連接電路mV1E2E1R2RE1A2A1B2B2T1T1I2I+-圖9.21 熱電偶測(cè)量平均溫度并聯(lián)電路0T第23頁/共44頁熱電阻傳感器熱電阻傳感器 利用電阻隨溫度的變化而變化的物理現(xiàn)象制成的熱電式傳感器稱為熱電阻傳感器。1. 1. 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（1 1）熱電阻工作原理）熱電阻工作原理熱電阻就是利用物質(zhì)(一般為純金屬)的電阻隨溫度變化并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，制成溫度傳感器來進(jìn)行測(cè)溫的。一般結(jié)構(gòu)如圖9.22所示。（2 2）常用熱電阻材料）常用

30、熱電阻材料對(duì)熱電阻材料的要求。作為測(cè)量溫度的熱電阻材料，必須具有以下特點(diǎn)：較大的電阻率及較高的電阻溫度系數(shù)，以便有較高的靈敏度和測(cè)量精度；在使用范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；電阻與溫度關(guān)系特性好，一是電阻與溫度的函數(shù)呈單值函數(shù)(最好是呈線性關(guān)系)，二是對(duì)同一種材料來講，其復(fù)制性要好，以便批量生產(chǎn)。 骨架鉑絲引線L 圖9.22 熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖 常用熱電阻材料。應(yīng)用廣泛的是Pt與Cu。這兩種材料制成的熱電阻屬于標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，即有國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。第24頁/共44頁熱電阻傳感器熱電阻傳感器1. 1. 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（續(xù)）熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（續(xù)） Pt熱電阻。 Pt電阻的電阻值

31、和溫度關(guān)系在1900時(shí)，為2301(100)TRRATBTC TT(923) 在0630.74時(shí)，為20(1)TRRATBT(924) 式中 , 分別為0、T時(shí)的電阻 ;0RTR3A，B，C分度系數(shù)，其中 (1) (1) (1) 3A=3.96847 107B10=-5.841012C=-4.2232第25頁/共44頁熱電阻傳感器熱電阻傳感器1. 1. 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（續(xù)）熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（續(xù)）Cu熱電阻。Cu價(jià)格低廉，容易提純，在50150的溫度范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出輸入特性接近線性，但其測(cè)量精度不如Pt熱電阻高，測(cè)量范圍也比Pt熱電阻小。在的溫度范圍內(nèi)，Cu

32、電阻的阻值和溫度的關(guān)系可用下式表示230(1)TRRATBTCT(925) 式中，A、B、C為常數(shù)， (1)； (1) ； (1) 。由于Cu熱電阻在0100之間基本上是線性的，故在此溫度范圍內(nèi)也可用下式表示阻值和溫度的關(guān)系3A=4.28899 107B10=-2.133109C=1.233320(1)TRRT(926) 式中 34.33 10(1)。 Cu熱電阻的標(biāo)稱值有 及 兩種010R 0100R 第26頁/共44頁例例10.210.2 一支分度號(hào)為Cu100的熱電阻 ，在130時(shí)它的電阻是多少?要求精確計(jì)算和估算。估算時(shí)取 。TR0(1)TRRT解解 精確計(jì)算應(yīng)根據(jù)Cu電阻的阻值和溫度

33、的關(guān)系，計(jì)算如下 23037293(1)100(14.28899 101302.133 101301.233 10130 )155.667TRRATBTCT若近似計(jì)算可根據(jù) 30(1)100(1 4.33 10130)155.25TRRT第27頁/共44頁熱電阻傳感器熱電阻傳感器2. 2. 熱電阻的結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路熱電阻的結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路（1 1）熱電阻的結(jié)構(gòu)）熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)形式有如下幾種。 普通型熱電阻普通型熱電阻 工業(yè)上使用最為廣泛的熱電阻是普通型熱電阻，其外形結(jié)構(gòu)與普通型熱電偶的外形結(jié)構(gòu)基本相同(圖9.17)。 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻 與普通型熱電阻相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：熱慣性小，響

34、應(yīng)速度快，耐振、抗沖擊，堅(jiān)固性好，壽命長(zhǎng)。 薄膜熱電阻薄膜熱電阻 這類熱電阻的最大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非?？?。（2 2）熱電阻的測(cè)量電路）熱電阻的測(cè)量電路 在實(shí)際溫度測(cè)量中，由于熱電阻的阻值都是在幾歐到幾十歐范圍內(nèi)，因此，熱電阻的引線及連接導(dǎo)線的電阻對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果有很大影響，特別是熱電阻的引線常處于被測(cè)溫度的環(huán)境中，溫度波動(dòng)較大，其阻值隨溫度的變化難以估計(jì)和修正。例如：引線為直徑2毫米，長(zhǎng)20米時(shí)的銅線時(shí)，計(jì)算得引線的電阻為0.796,而鉑電阻每變化1時(shí)的電阻變化約為0.398左右，所以引線帶來了誤差很大。為減少導(dǎo)線電阻的影響，工業(yè)用熱電阻的引線有兩線制、三線制和四線制。下面介紹四線制接線法的測(cè)量電

35、路。放大AD轉(zhuǎn) 換圖9.23 熱電阻測(cè)溫的電路第28頁/共44頁熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，是利用半導(dǎo)體的熱電阻阻值與溫度呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系的原理制成溫度傳感器。1. 1. 熱敏電阻的特點(diǎn)熱敏電阻的特點(diǎn) 與熱電阻相比，熱敏電阻具有如下優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大(約為熱電阻的10倍)，靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，熱慣性小，可以用來測(cè)定點(diǎn)溫度及變化溫度；使用壽命長(zhǎng)；利用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，可以測(cè)量42100 K之間的溫度，是一種重要的低溫傳感器。其不足之處是互換性差，離散性嚴(yán)重。2. 2. 熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性熱敏電阻主要有三種類型，即正溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻及在

36、某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻應(yīng)用較為普遍，這類熱敏電阻大部分都是用Mn、Co、Ni、Fe的金屬氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工藝制備而成。按使用溫度大致分為低溫(60，300)、中溫(300600)及高溫(2600)三種類型，具有靈敏度高、熱慣性小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，深受使用者歡迎。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻與溫度的關(guān)系可由下式求得：設(shè) 、 為溫度T及 時(shí)的電阻值，則 或 。從表達(dá)式可以看出，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻與溫度的關(guān)系呈嚴(yán)重的非線性關(guān)系。 TR0TR0T00(1/1/)BTTTTRRe/B TTRA e第29頁/共44頁結(jié)型溫度傳感器結(jié)型溫

37、度傳感器 通常利用晶體管PN結(jié)的正向壓降與溫度呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系這一特性，將半導(dǎo)體器件用作溫度傳感器。與熱電偶、熱電阻傳感器相比，它的輸出特性線性好并具有很高的測(cè)量精度，在很多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。它的不足之處是測(cè)溫范圍較窄(一55150)，因而測(cè)量領(lǐng)域受到一定的限制。PN結(jié)溫度傳感器分為溫敏二極管、溫敏三極管、集成溫度傳感器三類。1. 1. 溫敏二極管溫敏二極管（1 1）工作原理）工作原理 根據(jù)PN結(jié)理論，對(duì)于理想二極管而言，當(dāng)正向壓降 大于幾個(gè)KTe時(shí)，其與溫度T之間滿足關(guān)系式FV10FgC KVVTe(927) - 40100- 20 08020 40 601201401606007008

38、00500400300T/FU /mVWM型PN結(jié)溫度傳感器 圖9.24 WM型溫敏二極管的UF-T特性（2 2）基本特性）基本特性 對(duì)溫敏二極管來說，基本特性主要指的是正向電壓 與溫度T之間的關(guān)系特性。對(duì)于不同的工作電流， 關(guān)系是不同的，但是 之間總保持線性關(guān)系。圖9.24所示為WM型溫敏二極管在正向電流， 時(shí)的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，在一50150范圍內(nèi)， 呈很好的線性關(guān)系。 FUFUTFUT100FIAFUT第30頁/共44頁結(jié)型溫度傳感器結(jié)型溫度傳感器2 2溫敏三極管溫敏三極管（1 1）工作原理）工作原理 若使三極管中的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并使集電極電流 恒定，則三極管基極與發(fā)射極之

39、間的電壓 和溫度T的關(guān)系可表示為CIbeU20begC KUUTe(928) mU /VIC=100A2004000.5T/K1.0IC=50AIC=10A圖9.25 溫敏三極管輸出特性式中， 為與結(jié)面積、載流子遷移率、集電極電流及工藝參數(shù)有關(guān)的常數(shù)。從上式可以看出，三極管基極與發(fā)射極之間的電壓 和溫度T之間呈線性關(guān)系。在集電極電流 恒定的情況下， 隨T的升高而降低，故呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)。（2 2）基本特性）基本特性 溫敏三極管的基本特性主要是指輸出特性，即不同 情況下，溫敏三極管的電壓 和溫度T之間的關(guān)系特性。溫敏三極管的輸出特性如圖9.25所示。2CbeUCIbeUCIbeU第31頁/共44頁

40、結(jié)型溫度傳感器結(jié)型溫度傳感器3 3集成溫度傳感器集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及輔助電路集成在同一芯片上制成的。這種傳感器自從20世紀(jì)80年代進(jìn)入市場(chǎng)以來，由于其有線性度好、靈敏度高、體積小、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。 集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓型和電流型兩種。其中，電壓型的靈敏度一般為l0 mV，電流型的靈敏度為1 K。A圖9.27 AD590應(yīng)用電路單點(diǎn)調(diào)整補(bǔ)償法+5V+-U0AD590950 O100 O U0=1mV/K圖9.26 AD590電流型集成溫度傳感器特性曲線I/mA12U/N3455125175圖9.26 AD590電流型集成溫度傳感器特性曲線第3

41、2頁/共44頁集成溫度傳感器AD590。 AD590是一種電流輸出型的集成溫度傳感器，測(cè)溫范圍為一50150。當(dāng)對(duì)其施加+4+30v激勵(lì)電壓時(shí)，其輸出電流是恒定的。其電流靈敏度為1 /K。若在測(cè)量電路中串入l k 高值輸出電阻，則其電壓靈敏度可達(dá)lmVK。在外接電阻中串接一個(gè)可變電阻，在25時(shí)調(diào)整可變電阻，使輸出電壓為298.2 mV即可進(jìn)行單點(diǎn)調(diào)整補(bǔ)償，應(yīng)用十分方便。如圖9.27所示。A圖9.28 雙點(diǎn)調(diào)整補(bǔ)償法 AD590有(I、J、K、L、M)幾擋，其溫度校正誤差大小不同 第33頁/共44頁單線智能溫度傳感器單線智能溫度傳感器 上述溫度傳感器為模擬傳感器，其輸出的電信號(hào)為模擬信號(hào)。目前微

42、處理器（單片機(jī)、微控制器等）在測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用很普遍，但它們所識(shí)別的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，當(dāng)它們與模擬溫度傳感器接口時(shí)，經(jīng)常采用的接口電路如圖9.29所示。圖9.29 溫度接口電路 在上圖中，溫度傳感器的信號(hào)輸出至調(diào)理電路，調(diào)理電路一般完成信號(hào)的放大、去零點(diǎn)等功能；調(diào)理電路輸出的信號(hào)送至AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過總線與微處理器（單片機(jī)、微控制器等）接口；總線分為并行總線（信號(hào)線多，每次可傳輸多位數(shù)據(jù)，速度快）和串行總線（信號(hào)線少，每次只傳輸一位數(shù)據(jù)，速度慢，接口電路簡(jiǎn)潔）。 DSl8B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DSl820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它將溫

43、度傳感器、調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器等部件集成于一體，和微處理器（單片機(jī)、微控制器等）接口采用單線總線接口（串行總線的一種），功能強(qiáng)、使用方便，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中，例如多路溫度測(cè)控儀、中央空調(diào)、大型冷庫、恒溫裝置等。第34頁/共44頁單線智能溫度傳感器單線智能溫度傳感器1. 1. 單線總線簡(jiǎn)介單線總線簡(jiǎn)介 如圖9.30所示，單線總線（1Wire Bus）采用單根信號(hào)線進(jìn)行信息的雙向總線,總線系統(tǒng)中一般有一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從機(jī)(每個(gè)從機(jī)有自己的地址)節(jié)點(diǎn)組成,各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過3根相連線，這3根線分別為：Vcc（電源）、GND（公共端）、S（信號(hào)線）。

44、數(shù)據(jù)傳送時(shí),只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)占用總線而其他節(jié)點(diǎn)處于釋放狀態(tài)。主節(jié)點(diǎn)可以對(duì)總線復(fù)位并向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令,其他節(jié)點(diǎn)接收到命令后作出對(duì)應(yīng)的回答。數(shù)據(jù)傳送是以位的單位進(jìn)行的,每一位包含3個(gè)部分:起始標(biāo)志(一定寬度的低電平)、數(shù)據(jù)/地址位、停止位,一幀數(shù)據(jù)可以傳送多位。圖9.30 單線總線插圖第35頁/共44頁單線智能溫度傳感器單線智能溫度傳感器2. DS18B202. DS18B20的性能特點(diǎn)的性能特點(diǎn) DS18B20是DSl820的改進(jìn)型，主要有以下特點(diǎn)： (1)采用DALLAS公司獨(dú)特的“單線(1-Wire)總線”技術(shù)，通過串行通信接口(IO)直接輸出被測(cè)溫度值(9位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，含符號(hào)位)，適配各種單

45、片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)。 (2)測(cè)溫范圍是一55+125，在一10+85范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過0.5。 (3)溫度分辨力可編程。而DSl8B20的數(shù)字溫度輸出可進(jìn)行912位的編程。 (4)內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM，產(chǎn)品序號(hào)占48位。出廠前就作為DSl8B20惟一的產(chǎn)品序號(hào)，存人其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片DSl8B20。 (5)用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限并寫入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中。利用報(bào)警搜索命令和尋址功能，可迅速識(shí)別出發(fā)生了溫度越限報(bào)警的器件。 (6)內(nèi)含寄生電源。該器件既可由單線總線供電，亦可選用外部+3.3+5V電源(允許電壓范圍是+3.0+

46、5.5V)，進(jìn)行溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)的工作電流約為lmA，待機(jī)電流僅為0.75uA，典型功耗為+3.3+5mW。 (7)具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性接反時(shí)，能保護(hù)DSl8B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無法正常工作。第36頁/共44頁單線智能溫度傳感器單線智能溫度傳感器3. DSl8B20的應(yīng)用的應(yīng)用圖9.31 DS18B20的引腳排列圖圖9.32 9.32 多片多片DS18B20DS18B20與與80C3180C31的接線的接線 第37頁/共44頁熱電式傳感器應(yīng)用舉例熱電式傳感器應(yīng)用舉例熱電式傳感器在實(shí)際中有很多應(yīng)用，這里僅舉幾例。1. 1. 測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娕紙D9.33 冷端溫度補(bǔ)

47、償電路原理圖 在鍋爐節(jié)能控制系統(tǒng)中，需對(duì)爐膛、蒸氣、水等的溫度進(jìn)行測(cè)定。可選用熱電偶，并利用AD590對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，在使用中，只需將熱電偶的冷端與集成溫度傳感器AD590置于同一環(huán)境中，不論環(huán)境溫度如何改變，均可在電路的輸出端得到正比于熱電偶工作端溫度的電壓值。圖9.33是這種冷端溫度補(bǔ)償電路的原理圖，圖中 ，三個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成數(shù)據(jù)放大器，以放大熱電偶的熱電勢(shì)E；運(yùn)放A5是一同相比例運(yùn)算電路，它把AD590正比于環(huán)境溫度的電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào) ；運(yùn)放A4是一反相輸入求和電路，該電路對(duì) 、 求和，抵消隨環(huán)境溫度變化的成分，使輸出電壓K正比于熱電偶工作端的溫度。123AAA、2OU1OU2

48、OU第38頁/共44頁熱電式傳感器應(yīng)用舉例熱電式傳感器應(yīng)用舉例圖9.34 元素分析儀氣體成分分析室示意圖Ax 1Rk 1Rk2RRRWRx2RS2. 2. 氣體成分分析氣體成分分析 圖9.34為元素分析儀氣體成分分析室示意圖。它主要由四個(gè)外殼用相同材料制成的分析室組成。分析室 和 為參考室，室內(nèi)充入潔凈的空氣，另外兩個(gè)分析室 和 內(nèi)充入被分析的混合氣體，四個(gè)分析室組成橋路。工作時(shí)先將惰性氣體通入分析室，使電橋達(dá)到平衡，而后使被測(cè)混合氣體進(jìn)入分析室，電橋失去平衡，其不平衡輸出是混合氣體成分的函數(shù)。1KR2KR1xR2xR 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與氣體成分的體積濃度有關(guān)，對(duì)于相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合氣體，

49、其導(dǎo)熱系數(shù)為各氣體導(dǎo)熱系數(shù)的平均值。設(shè)氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)為 、氣體的百分?jǐn)?shù)含量為 ，氮?dú)獾膶?dǎo)熱系數(shù)為 ，兩種混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)為 ，則得下式 1212(1)2 (929) 氫氣和氮?dú)獾膶?dǎo)熱系數(shù)已知，只要測(cè)出 就可獲得氫氣的百分?jǐn)?shù)含量 ，進(jìn)而獲得氮?dú)獾牡陌俜謹(jǐn)?shù)含量l 。第39頁/共44頁圖9.35 過熱保護(hù)繼電器DJR1R2E?RS2RS1RS3熱電式傳感器應(yīng)用舉例熱電式傳感器應(yīng)用舉例3.3.熱敏電阻式過熱保護(hù)繼電器熱敏電阻式過熱保護(hù)繼電器 圖9.35是一種應(yīng)用熱敏電阻組成的電機(jī)過熱保護(hù)線路。三只特性相同的RRC6型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 (阻值20時(shí)為10 k；100時(shí)為1 k；110時(shí)為0.6 k)

50、串聯(lián)在一起，固定在電機(jī)三線繞組附近。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度較低，熱敏電阻阻值較高，三極管不導(dǎo)通，繼電器J不吸合。當(dāng)電機(jī)過載或其中一相與地短路時(shí)，電機(jī)繞組溫度劇增，熱敏電阻阻值相應(yīng)減少，三極管導(dǎo)通，繼電器J吸合，電極電路被斷開，起到過熱保護(hù)作用。 123sssRRR、 4. AD590 4. AD590溫度傳感器在遠(yuǎn)距離檢測(cè)中的應(yīng)用溫度傳感器在遠(yuǎn)距離檢測(cè)中的應(yīng)用圖9.36 AD590溫度傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)溫示意圖AD590的典型應(yīng)用是用作遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)。圖9.36所示電路可測(cè)量距離300 m內(nèi)某點(diǎn)的溫度，由于使用了屏蔽的絞合電纜及在電纜兩端串、并聯(lián)了電阻(R=1 k)和電容(C=0.33 )。F第40頁/共44頁9.7 9.7 小結(jié)小結(jié) 振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。低于16 Hz的機(jī)械波，稱為次聲波；其頻率在16- 之間，能為人所聞的機(jī)械波，稱為聲波；高于2 Hz的機(jī)械