傳感器原理與檢測技術(shù)(第四章)

1、傳感器原理與檢測技術(shù)(第四章)第1頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 熱電式傳感技術(shù)是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的一種技術(shù)，它所利用的傳感元器是熱電式傳感器，其應用范圍最廣。如家電、醫(yī)療、國防、科研、航天航空技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，凡是需要調(diào)溫、控溫、測溫的地方都要用到它。這里主要介紹幾種常用熱電式傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、特性及應用。第2頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日第一節(jié) 熱敏電阻 它是用半導體材料制成的敏感元件，其特點是電阻隨溫度變化而顯著變化，它能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。可測溫度的范圍為-50350。熱敏電阻的體積小、壽命長、價格低(

2、人民幣1元錢左右)，它廣泛用于需要進行溫度控制的領(lǐng)域，如冰箱、空調(diào)、鍋爐、汽車、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各種檢測儀表。第3頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日1熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式 熱敏電阻由金屬（如鈷、錳、鎳等）的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫燒結(jié)后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀，其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。它主要由熱敏元件、引線和殼體組成。 1.玻璃殼2.熱敏電阻3.引線 熱敏電阻結(jié)構(gòu)形式 第4頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日2熱敏電阻的溫度特性 按電阻隨溫度變化的典型特性可分為：負電阻溫度系數(shù) (NTC)和正電阻溫度系數(shù) (PT

3、C)熱敏電阻及在某一特定溫度下電阻值將發(fā)生突變的臨界溫度電阻(CTR)。特性曲線見右圖。從圖中看，CTR型熱敏電阻作溫控開關(guān)十分理想，但在測溫中，主要采用NTC或PTC型熱敏電阻，且以使用NTC型熱敏電阻最多。 熱敏電阻的特性曲線 第5頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日3. 熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系 NTC型熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系可表示為： RT、R0分別為溫度T、T0(K)時的阻值；B為熱敏電阻的材料常數(shù)，一般B=2000K6000K，高溫使用時，B值將增大。 定義熱敏電阻的溫度系數(shù) 則: 可見溫度系數(shù)隨T降低迅速增大，它決定熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)的溫度靈敏度

4、。其測溫靈敏度比金屬絲高很多。但需進行線性化處理。 第6頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日4. 熱敏電阻輸出特性的線性化處理 熱敏電阻值隨溫度變化呈指數(shù)變化，當用它測溫時，應進行線性化處理。常用的處理方法有：線性化網(wǎng)絡和計算修正法及利用溫度頻率轉(zhuǎn)換電路改善非線性輸出。 第7頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日(1) 線性化網(wǎng)絡 它是用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡代替單個熱敏電阻，其等效電阻與溫度的線性關(guān)系將得到一定的改善。下圖是兩種最簡單的線性化方法。常用線性化網(wǎng)絡 第8頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，

5、星期日(2)計算修正法 由于大部分傳感器的輸出特性都存在非線性問題，因此，實際使用時都必須對這種現(xiàn)象進行線性化處理，其處理方法有硬件(電子線路)法和軟件(程序)法兩種。在帶有微處理器的測量系統(tǒng)中，可以用軟件對傳感器進行處理。當已知熱敏電阻的實際特性和要求的理想特性時，可采用線性插值等方法將特性分段并把分段點的值存放在微處理器系統(tǒng)的E2PROM中，微處理器將根據(jù)熱敏電阻的實際輸出值進行修正后給出正確的輸出值。第9頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日(3) 利用溫度頻率轉(zhuǎn)換電路改善非線性輸出 該電路實際上是利用RC電路充放電過程的指數(shù)函數(shù)和熱敏電阻的指數(shù)函數(shù)相比較的方法來改善

6、熱敏電阻的非線性輸出。 第10頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日5熱敏電阻的應用 熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件。1熱敏電阻用作檢測元件 它在溫度計、溫度差計、溫度補嘗、微小溫度檢測、溫度報警、溫度繼電器、濕度計、分子量測定、液位報警、液位檢測、流速計、流量計、氣體分析儀、氣體色譜儀、真空計、熱導分析、風速計、液面計等儀器儀表中用作檢測元件。 2熱敏電阻用作電路元件 它在偏置線圈的溫度補償、儀表溫度補償、熱電偶溫度補償、晶體管溫度補償、恒壓電路、延遲電路、保護電路、自動增益控制電路、RC振蕩電路、振幅穩(wěn)定電路等電路中用作電路元件。 第11頁，共58頁，2022年，5

7、月20日，16點30分，星期日第二節(jié) 熱電開關(guān)熱電開關(guān)是采用兩種不同特性的材料構(gòu)成的熱敏傳感器，該傳感器具有溫控開關(guān)特性，因此，又稱熱電開關(guān)或溫控開關(guān)。熱電開關(guān)常有雙金屬片和陶鐵磁體式兩種，它們廣泛應于電飯鍋、電熨斗、電爐、電熱水器的恒溫控制器中。 第12頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日一、雙金屬片式熱電開關(guān) 它的雙金屬片由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片軋制或鍛壓在一起形成。雙金屬片在常溫時是平直的，受熱后，膨脹系數(shù)大的金屬片伸長較多，而膨脹系數(shù)小的金屬片伸長較少，因此，雙金屬片向膨脹系數(shù)小的一面彎曲變形。溫度越高，彎曲越大，當溫度下降時，雙金屬片又逐漸回彈，直至常溫時又恢

8、復原平直狀態(tài)。根據(jù)雙金屬片的這一溫度特性，便可將其制成各種電器常用的溫度控制裝置。 第13頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日1雙金屬片的彎曲特性 雙金屬片的彎曲程度(偏位的大小)，可參照下列公式算出： D為偏位大??；K為雙金屬片的特性常數(shù)； (T2-T1)為溫度的變化；l為雙金屬片長度；h為雙金屬片厚度。雙金屬片減薄厚度和增加長度可提高靈敏度。第14頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日2雙金屬片的材料構(gòu)成 雙金屬片的材料構(gòu)成如下表所示。 第15頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日3雙金屬片熱電開關(guān)的類型 類型有常開式(兩個觸頭

9、的接點在沒達到規(guī)定溫度點時是斷開的)、常閉式(兩個觸頭的接點在沒有到達規(guī)定溫度點時是閉合的)、簡易式、蝶式等。但按其工作原理分只有“常開式”和“常閉式”兩種。 第16頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日4雙金屬片熱電開關(guān)自動控溫原理 它的自動控溫原理以常閉式電飯鍋的工作原理為例進行說明。由于觸點處于常閉狀態(tài)，因此當電飯鍋插上電源后指示燈便亮，此時，不管是否按下自動開關(guān)，電熱板的發(fā)熱器都已通電。在煮飯時，已按下自動開關(guān)，內(nèi)鍋溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲。當飯煮好后，兩觸點離開，切斷了電源。于是，內(nèi)鍋溫度開始下降，直至降到65左右時，雙金屬片回伸，使兩觸點閉合接通電源。此時，電

10、飯鍋即進入保溫狀態(tài)。即常閉式電飯鍋是通過兩個觸點“閉合斷開閉合”的方式達到自動保溫的目的。 常開式電飯鍋的工作原理與常閉式相反，即“斷開閉合斷開”的方式，達到自動保溫的目的。 第17頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日二、陶鐵磁體式熱電開關(guān) 陶鐵磁體式熱電開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理 它主要由硬磁、軟磁、動作彈簧、抵緊彈簧、拉桿、杠桿、銀觸點、操作按鍵等組成。 第18頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日1. 陶鐵磁電式開關(guān)的工作原理 硬磁由14%SrCO3和86%Fe2O3組成。軟磁由11%NiO、22%ZnO和67%Fe2O3組成。硬磁的居里點為450，遠高于電

11、飯鍋的工作溫度。因此該材料又叫永久磁鐵。 軟磁的居里點在130150之間，是一種感溫磁體，其配方和制作工藝要求嚴格。它和彈簧的作用力、拉桿的重力等配合選取，務必使內(nèi)鍋在飯熟 (1032)時，開關(guān)自動跳開，切斷電源。煮飯時，按下操作鍵，動作彈簧即被壓縮，使硬磁體上升吸住軟磁體，使開關(guān)的兩銀觸點接觸，接通電源。于是，發(fā)熱器的熱量便通過電熱板傳給了內(nèi)鍋。飯煮熟時，內(nèi)鍋底溫度為103左右，這時軟磁體正好達其居里點迅速失去磁性不能再被硬磁體吸住，被動作彈簧彈開，拉桿向下移動壓下杠桿，使兩觸點脫離切斷電源。于是，發(fā)熱器停止發(fā)熱，電熱板表面溫度不再升高。由于磁體的受熱面受抵緊彈簧上彈的壓力而緊密與內(nèi)鍋底部相

12、貼，因此，內(nèi)鍋底部的溫度可由該開關(guān)準確無誤地控制。 第19頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日2陶鐵磁體熱電開關(guān)性能特點 陶鐵磁體式熱電開關(guān)的動作靈活，不需要經(jīng)常調(diào)整機件，既經(jīng)久耐用，又安全可靠。所以，它比雙金屬片式熱電自動開關(guān)的控制性能好，已被廣泛地應用于自動電飯鍋中。 第20頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日三、熱電開關(guān)的應用 以自動保溫式電飯鍋為例。我們知道，2540腐敗細菌最易繁殖。在1025和4063范圍內(nèi)腐敗細菌繁殖較慢。在63以上和10以下腐敗細菌不會繁殖。煮好的米飯放在冰箱中保存不會被細菌腐蝕，但飯變冷后，即使重新加熱至食用溫度也不

13、可口。所以，帶自動保溫裝置的電飯鍋頗受用戶歡迎。第21頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 因此，電飯鍋的恒溫要求在6080。70左右的食物最符合人的要求。其恒溫溫度在產(chǎn)品出廠前已調(diào)整準確，不需用戶調(diào)整。其控制電路如下： 單按鍵電飯鍋電路 給電時電路通過K1的常閉觸點接通，電飯鍋的指示燈點亮。煮飯時，按下K2，電熱管通過K1、K2并聯(lián)接到電源上發(fā)熱，當溫度達到70時，K1自動跳開，但電路仍然接通。當飯熟水干后溫度上升到103 時，K2因軟磁失磁而斷開。當溫度下降到70時，雙金屬開關(guān)K1復位，從而開始保溫。 第22頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日帶

14、加熱功率調(diào)整的電飯鍋電路如下：工作原理：按下按鍵開關(guān)使T1接通，磁鋼控溫器吸合；此時T2斷開，大部分電流通過96.8的電熱元件開始加熱，煮飯指示燈經(jīng)1.2M電阻和1210保溫元件點亮。此時保溫指示燈被T1短接，煮飯的功率為： 飯熟時，T1斷開，T2閉合，煮飯指示燈熄滅，此時電熱元件的電流因串聯(lián)保溫指示燈和限流電阻的作用而很小，保溫元件的功率消耗為： 第23頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日第三節(jié) 鉑電阻 鉑電阻由鉑金屬絲（帶）繞制而成，它利用導體電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。鉑電阻具有電阻溫度系數(shù)穩(wěn)定、電阻率高、線性度好、測量范圍較寬(-200600)、在高溫和氧化性

15、介質(zhì)中的物理和化學性能很穩(wěn)定等特點。因此，它被廣泛用作工業(yè)測溫元件和作為溫度標準。按國際溫標IPTS-68規(guī)定，在-259.34630.74的溫度區(qū)間內(nèi)，以鉑電阻溫度計作為基準器。第24頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日一、鉑電阻與溫度的關(guān)系 在0630.74之間，鉑電阻與溫度的關(guān)系為： Rt為溫度在t時的電阻；R0為溫度在0時的電阻；t為任意溫度；A，B，C為分度系數(shù)，其中 A=3.94010-2 B=-5.8410-72 C=-4.2210-12 4在-1900之間，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：第25頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日二、鉑電阻的結(jié)

16、構(gòu) 工業(yè)用鉑電阻的結(jié)構(gòu)如下圖所示，一般由直徑0.030.07mm的純鉑絲在平板形支架上繞制，并用銀導線作引出線。 工業(yè)用鉑熱電阻的結(jié)構(gòu) 第26頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日三、鉑電阻的分度特性表 要確定電阻Rt與溫度t的關(guān)系，首先要確定R0的數(shù)值（即鉑絲的長度和截面積），R0不同時，Rt與t的關(guān)系不同。工業(yè)上將對應于R0=50和100的Rtt關(guān)系制成一個數(shù)據(jù)表，并稱之為熱電阻分度表，供使用者查閱。分度表見教材的表4.3和表4.4（P135） 第27頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日第四節(jié) 銅電阻 銅電阻成本低，在-50150的溫度區(qū)間內(nèi)電阻與

17、溫度呈線性關(guān)系，它主要用于測量精度要求不高、測溫范圍不大的場合，一般在熱電偶測溫電路中作溫度補償用。第28頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日一、銅電阻與溫度的關(guān)系 在-50150的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度呈線性關(guān)系，它可表示為：式中，Rt為溫度在t時的電阻值；R0為溫度在0時的電阻值；為銅電阻溫度系數(shù)，=4.2510-34.2810-3。第29頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日二、銅電阻的結(jié)構(gòu) 銅電阻的結(jié)構(gòu)如下圖所示。通常用直徑0.1mm的漆包線或絲包線在支架上進行雙線并繞，其后浸以酚醛樹脂制成一個銅電阻體，再用鍍銀銅線作引出線，穿過絕緣套管。銅

18、熱電阻的結(jié)構(gòu) 第30頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日三、銅電阻分度表及其缺點 我國將R0值在100和50的Rtt關(guān)系制成分度表作為標準，供使用者查閱。銅電阻的分度表見教材的表4.5(P136)。 銅電阻的缺點是電阻率較低，體積較大，熱慣性較大，在100以上易氧化，故只能用于低溫以及無侵蝕性的介質(zhì)中。 第31頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日第五節(jié) 熱電偶 熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的熱電式傳感器。它廣泛于測量-1802800范圍內(nèi)的溫度，根據(jù)需要還可以用來測量更高或更低的溫度。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、精度高、熱慣性小、可測局部溫度和便于遠距離傳

19、送與集中檢測、自動記錄等優(yōu)點。第32頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日一、熱電偶的基本結(jié)構(gòu) 兩種不同導體兩端緊密連接在一起，組成一個閉合回路。當兩接點溫度不等(TT0)時，回路中將產(chǎn)生電動勢形成熱電流。該現(xiàn)象稱為熱電效應?；芈分挟a(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。 通常將上述兩種不同導體的組合稱為熱電偶，稱A、B兩導體為熱電極；兩接點中一個為工作端或熱端(T)，測量時置于被測溫度場中；另一個叫自由端或冷端(T0)，一般要求該端點恒定在某一溫度。第33頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 二、熱電勢的組成 在熱電偶回路中，產(chǎn)生的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢（在同一

20、導體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢 ）兩部分組成。實驗與理論都已證明：熱電偶回路的總電勢主要由接觸電勢引起。因此，接觸電勢的成因，是研究熱電偶的一個重點。第34頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日三、接觸電勢的成因 當兩種不同導體A、B緊密連在一起時，由于其自由電子密度不同將在接觸處產(chǎn)生電子擴散。設(shè)導體A比導體B的自由電子密度大(NANB)，則單位時間由導體A擴散到B的電子數(shù)比導體B擴散到A的電子數(shù)多。這時導體A失去電子帶正電，導體B得到電子帶負電。于是接觸表面形成電場，A、B間形成電動勢。它將阻礙電子由導體A向B的進一步擴散，并最終使接觸處的電子擴散達到動態(tài)平衡。這

21、種現(xiàn)象形成的電動勢稱為接觸電勢。設(shè)導體A和B的兩個接觸點在溫度T和T0時形成的電位差分別為：和。根據(jù)物理學的推導有： 式中k為波茲曼常數(shù)；T，T0為兩個接觸點的絕對溫度；NA，NB分別為材料A、B的自由電子密度；e為電子電荷量。 第35頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日四、關(guān)于熱電偶的幾點結(jié)論 若導體A為正，B為負，則總電勢為： 由熱電偶的關(guān)理論可得到如下幾點結(jié)論：熱電偶電極材料相同，則無論兩接點溫度如何其總熱電勢為零。若熱電偶兩接點溫度相同，則其總電勢為零。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢只與材料和接點溫度有關(guān)，電極尺寸、形狀等無關(guān)。故熱電極材料相同的熱電偶可以互換。熱電偶A、B在

22、接點溫度為T1、T3時的熱電勢，等于此熱電偶在接點溫度為T1、T2與T2、T3兩個不同狀態(tài)下的熱電勢之和，即 當熱電極A、B選定后，熱電勢是兩接點溫度T和T0的函數(shù)差，即 當熱電極A、B選定后，熱電勢是兩接點溫度T和T0的函數(shù)差: 如果使冷端溫度T0保持不變，則: 從上式看出，若保持熱電偶自由端溫度T0不變，則測出總的熱電勢，就可求出工作端的溫度T。 第36頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 五、熱電偶中引入第三導體 材料A、B組成的熱電偶回路接入第三導體C，只要C兩端溫度相同，則該導體引入不會改變總電勢的大小。實際應用中，熱電偶回路需接入測量儀表，相當于在熱電偶回路中

23、必須接入第三導體 ，考慮2、3兩點溫度相同，則回路中的總電勢 ： 當回路中各接點溫度相同時，總電勢為零，即：即： 可見，熱電偶的熱電勢在引入的第三導體兩端溫度相等時，不會因此而受到影響。第37頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 六、熱電偶冷端溫度誤差 熱電偶測量的是一個熱源的溫度或兩個熱源的溫度差。為此，必須把冷端溫度保持恒定或采用其它方法進行處理。由于一般熱電偶的輸出電壓與溫度成非線性關(guān)系，因此，其特性不能用精確的數(shù)學關(guān)系描述，而是用特性分度表進行表征。一般手冊上提供的熱電偶特性分度表是在保持熱電偶冷端溫度T00或25的條件下給出熱電勢與熱端溫度的數(shù)值對照。因此，當使

24、用熱電偶測量溫度時，如果冷端溫度保持0或25，則只要正確測出熱電勢，就可通過分度表查出所測的溫度。 但實際測量中熱電偶的冷端溫度受環(huán)境或熱源溫度的影響，并不為0或25。為了使用特性分度表對熱電偶進行標定，實現(xiàn)對溫度的準確測量，必須對冷端溫度變化所引起的溫度誤差進行補償。第38頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 七、熱電偶冷端溫度的常用補償方法 10或25恒溫法2冷端恒溫法 3冷端補償器法 4補償導線法5采用不需要冷端補償?shù)臒犭娕?6補正系數(shù)修正法 第39頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 10或25恒溫法 將熱電偶的冷端保持在0或25器皿中，此法

25、適用于實驗室，它能完全消除冷端溫度誤差的影響。冷端0恒溫 第40頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 2冷端恒溫法 將熱電偶的冷端置于一個恒溫器內(nèi)，如恒定溫度為T0，則冷端誤差為 ： 由上式可見，雖不為零，但為一個定值。只要在回路中加入相應的修正電壓，或調(diào)整指示裝置的起始位置，即可達到完全補償?shù)哪康摹?第41頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 3冷端補償器法 工業(yè)上常采用冷端補償器法。它是一個四臂電橋，其中三個橋臂電阻的溫度系數(shù)為零，另一橋臂用銅電阻RCu(其值隨溫度變化)放置在熱電偶冷接點處，取T=20時電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)。此時

26、，若不考慮Rs和四臂電橋的負載影響，則：第42頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日這時總輸出為：當T0上升(如T0=Tn)時，RCu上升， Uab上升，由于而補償器選擇的RCu產(chǎn)生的 故U維持公式： 從上面的推導看出，冷端補償器產(chǎn)生的不平衡電壓正好補償了由于冷端溫度變化引起的熱電勢變化，因此，儀表可以正確測量溫度。 使用冷端補償器應注意：由于電橋是在20平衡，故此時應把溫度表示的機械零位調(diào)整到20處。不同型號規(guī)格冷端補償器應與一定的熱電偶配套。 第43頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 4補償導線法 當熱電偶冷端的溫度由于受熱端溫度影響，在很大范圍

27、內(nèi)變化時，則直接采用冷端溫度補償法將很困難。此時，應先采用補償導線(對于廉價熱電偶，可以采用延長熱電極的方法)將冷端遠移至溫度變化比較平緩的環(huán)境中，再采用上述的補償方法進行補償。第44頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 5采用不需要冷端補償?shù)臒犭娕?目前已經(jīng)知道，鎳鈷鎳鋁熱電偶在300以下，鎳鐵一鎳銅熱電偶在50以下，鉑銠30鉑銠6熱電偶在50以下的熱電勢都非常小。只要實際的冷端溫度在其范圍內(nèi)，使用這些熱電偶可以不考慮冷端誤差。第45頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 6補正系數(shù)修正法 工程上常采用補正系數(shù)法進行補償。設(shè)冷端溫度為tn，工作端測得

28、的溫度為t1，其實際溫度應為：k為補正系數(shù)，可從補正系數(shù)表中查得。例如，用鎳鉻考銅熱電偶測得某點的溫度為600，此時冷端溫度為30，通過查表得k值為0.78，則該點的實際溫度為： T=600+0.7830=623.4 在使用熱電偶作溫度傳感器并采用單片機作主控單元的測試系統(tǒng)中，這一修正過程可以自動完成。 第46頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日熱電偶補正系數(shù)表 第47頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 八、常用熱電偶的特性 熱電偶按結(jié)構(gòu)分普通型、鎧裝(又叫纜式，帶保護外套)和薄膜熱電偶等。后者用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極金屬蒸鍍到絕緣基板上，并形

29、成薄膜狀熱接點。在輻射檢測器中，常采用多個熱電偶組成熱電堆，構(gòu)成熱量型檢測器，實現(xiàn)將輻射熱轉(zhuǎn)換為相應的電信號。 熱電偶分K、J、E、T等四種類型，其測溫范圍(K型：-2001600、J型：-2001200、E型：-2001000、T型：-200400)和靈敏度不同，對應的冷端溫度補償也不同。 雖然許多金屬相互結(jié)合都會產(chǎn)生熱電效應，但能做成適合測量溫度的實用熱電偶為數(shù)不多。目前常用的熱電偶及其特性見下表。 第48頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日第49頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 九、熱電偶的測量電路 熱電偶輸出電壓小，通常每度只有幾微伏，需

30、使用低漂移集成運算放大器進行放大，相關(guān)元件也需認真選擇。下圖是一個K型熱電偶的測量電路。圖中濾波電容的漏電必須小，否則將產(chǎn)生很大的偏移電壓。 第50頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 第六節(jié) 溫敏二極管 隨著半導體技術(shù)和測溫技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在一定的電流模式下，PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有很好的線性關(guān)系。如砷化鎵和硅溫敏二極管在lK400K范圍的溫度表現(xiàn)為良好的線性。 第51頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日一、溫敏二極管的工作原理 根據(jù)PN結(jié)理論，對于理想二極管，只要正向電壓 UF大于幾個 KT/e，其正向電流 IF和正向電壓 UF與溫度T之間的關(guān)系可表示為：Eg0為材料在絕對溫度零時的禁帶寬度(eV)；B為與溫度無關(guān)但與結(jié)面積有關(guān)的常數(shù)；Tr為與遷移率有關(guān)的常數(shù)；k為波爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷；T為PN結(jié)的絕對溫度(K)。 從上式可知，當二極管的正向電流一定時，其正向電壓隨溫度的升高而降低，故溫敏二極管呈負溫度系數(shù)。 第52頁，共58頁，2022年，5月20日，16點30分，星期日 二、溫敏二極管的基本特性 對于不同的工作電流，溫敏二極管的UFT關(guān)系不同；但UF -T之間總是線性關(guān)系。如2DWM1型