溫度傳感器原理與應(yīng)用

溫度傳感器原理與應(yīng)用第一頁(yè)，共31頁(yè)。目錄基本知識(shí)1溫度傳感器的原理溫度傳感器的應(yīng)用基本知識(shí)1溫度傳感器的原理溫度傳感器的應(yīng)用第二頁(yè)，共31頁(yè)。一、基礎(chǔ)知識(shí)溫度：反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。1.1溫度的基本知識(shí)國(guó)際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。第三頁(yè)，共31頁(yè)。一、基礎(chǔ)知識(shí)1.2溫度傳感器的分類

溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器第四頁(yè)，共31頁(yè)。二、溫度傳感器的原理2.1接觸式溫度傳感器

接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度。

特點(diǎn)：精度較高。這類傳感器結(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；但有較大的滯后現(xiàn)象，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，感溫元件材料的性質(zhì)決定測(cè)溫范圍等。

常用的有：熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。第五頁(yè)，共31頁(yè)。二、溫度傳感器的原理電阻式溫度傳感器工作原理：熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，實(shí)現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。有金屬（鉑、銅和鎳）熱電阻及半導(dǎo)體熱電阻（稱為熱敏電阻）。典型的熱阻式傳感器第六頁(yè)，共31頁(yè)。二、溫度傳感器的原理電阻式溫度傳感器熱電阻的結(jié)構(gòu):熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體由電阻絲、引出線、骨架等組成。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。第七頁(yè)，共31頁(yè)。熱電偶溫度傳感器二、溫度傳感器的原理熱電效應(yīng)：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，如果兩個(gè)接和點(diǎn)處的溫度不同，則在兩個(gè)導(dǎo)體間產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。熱端冷端B第八頁(yè)，共31頁(yè)。工作原理演示

熱電極A測(cè)量端工作端、熱端）

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

自由端（參考端、冷端）

熱電極B熱電動(dòng)勢(shì)AB第九頁(yè)，共31頁(yè)。

回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電動(dòng)勢(shì)。熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和同一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)所組成。熱電偶：由這兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)的傳感器。熱電偶的結(jié)構(gòu)第十頁(yè)，共31頁(yè)。

由于不同的金屬材料其自由電子的密度不同，在接觸面會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散形成的電動(dòng)勢(shì)。設(shè)導(dǎo)體A、B的自由電子密度為NA、NB，且有NA﹥NB。接觸電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體B則因獲得電子而帶負(fù)電導(dǎo)體A因失去電子而帶正電接觸面處形成電場(chǎng)第十一頁(yè)，共31頁(yè)。

該電場(chǎng)的存在阻礙了電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)電子擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，就在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)，其大小為：

T——接觸處的絕對(duì)溫度；

k——玻爾茲曼常數(shù)（k=1.38×10-23J/K）

e——電子電荷（e=1.6×10-19C）第十二頁(yè)，共31頁(yè)。同一導(dǎo)體中的溫差電動(dòng)勢(shì)對(duì)于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度不同，在兩端間會(huì)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。高溫端的自由電子具有較大的動(dòng)能而向低溫端擴(kuò)散。高溫端因失去電子而帶正電低溫端因獲得電子而帶負(fù)電中間形成電位差第十三頁(yè)，共31頁(yè)。

T、T0——高、低端的絕對(duì)溫度；

——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)。第十四頁(yè)，共31頁(yè)。

熱電偶回路中總的熱電勢(shì)應(yīng)是接觸電動(dòng)勢(shì)與溫差電動(dòng)勢(shì)之和：接觸電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)第十五頁(yè)，共31頁(yè)。

它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度二、溫度傳感器的原理2.2非接觸式溫度傳感器第十六頁(yè)，共31頁(yè)。二、溫度傳感器的原理優(yōu)點(diǎn)不從被測(cè)物體上吸收熱量不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗反應(yīng)快，壽命長(zhǎng)工作可靠，安全第十七頁(yè)，共31頁(yè)。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。二、溫度傳感器的原理第十八頁(yè)，共31頁(yè)。熱探測(cè)器的探測(cè)原理基于熱效應(yīng)，當(dāng)待測(cè)物體受到輻射便會(huì)引起溫度的升高從而影響待測(cè)物的性能變化，因而可以利用輻射來(lái)進(jìn)行待測(cè)物電量或非電量變化的檢測(cè)。二、溫度傳感器的原理第十九頁(yè)，共31頁(yè)。二、溫度傳感器的原理第二十頁(yè)，共31頁(yè)。斯蒂芬—玻爾茲曼定律

W=εσT

4

W—物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上等于物體的全波輻射出射度ε—物體表面的法向比輻射率σ—斯蒂芬—玻爾茲曼常數(shù)T—物體的絕對(duì)溫度(K)二、溫度傳感器的原理第二十一頁(yè)，共31頁(yè)。三、溫度傳感器的應(yīng)用12無(wú)線溫度傳感器3冷卻液溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器第二十二頁(yè)，共31頁(yè)。1.進(jìn)氣溫度傳感器在傳感器內(nèi)部加裝一個(gè)負(fù)溫度系統(tǒng)的半導(dǎo)體熱敏電阻，外部則用環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行密封。第二十三頁(yè)，共31頁(yè)。1.進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器也是雙線的傳感器，安裝在進(jìn)氣管上或空氣流量計(jì)內(nèi)。第二十四頁(yè)，共31頁(yè)。1.進(jìn)氣溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度，將進(jìn)氣溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸入給ECU做為噴油修正的信號(hào)。第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。2.熱電偶溫度傳感器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是可以通過(guò)分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴(kuò)展，從而檢測(cè)出漏鋼趨勢(shì)并進(jìn)行報(bào)警的設(shè)備。第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。2.熱電偶溫度傳感器第二十七頁(yè)，共31頁(yè)。2.熱電偶溫度傳感器當(dāng)選擇人工控制時(shí)，操作人員根據(jù)系統(tǒng)畫面及報(bào)警，手動(dòng)控制相應(yīng)系統(tǒng)；在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低相應(yīng)流的拉速并發(fā)出警報(bào)，相應(yīng)流自動(dòng)減速，以便使裂口愈口。提供的愈合時(shí)間是根據(jù)不同鋼種預(yù)先設(shè)定的。自發(fā)生報(bào)警恢復(fù)至正常狀態(tài)，不需人工操作。第二十八頁(yè)，共31頁(yè)。3.冷卻液溫度