傳感器與機(jī)器視覺 課件 第1、2章 認(rèn)識(shí)傳感器、溫度檢測傳感器

傳感器與機(jī)器人視覺第一章認(rèn)識(shí)傳感器1.1傳感器的外形和作用 1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差 1.4傳感器的特性指標(biāo) 1.5選擇合適的傳感器 目

錄1.1傳感器的外形和作用

1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差 1.4傳感器的特性指標(biāo) 1.5選擇合適的傳感器 目

錄1.無傳感不智能在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)對系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序越高，對傳感器的依賴性也越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)：大型發(fā)電機(jī)組約有3000臺(tái)傳感器及其配套檢測儀表；大型石油工廠約有6000臺(tái)傳感器及其配套檢測儀表；鋼鐵廠約有20000臺(tái)傳感器及其配套檢測儀表；電站約有5000臺(tái)傳感器及其配套檢測儀表；一架飛機(jī)約有3600只傳感器及其配套檢測儀表；一輛汽車約有30-100只傳感器及其配套檢測儀表。傳感器檢測內(nèi)容檢測器件應(yīng)用視覺平面位置距離形狀缺陷ITV攝像機(jī)，位置傳感器測距器線圖像傳感器面圖像傳感器位置決定、控制移動(dòng)控制物體識(shí)別、判別檢查、異常檢測

觸覺接觸把握力荷重分布壓力多壓力力矩滑動(dòng)限制開關(guān)應(yīng)變計(jì)、半導(dǎo)體感壓元件簧變位測量器導(dǎo)電橡膠、感壓高分子材料應(yīng)變片、半導(dǎo)體感壓元件壓阻元件、馬達(dá)電流計(jì)光學(xué)旋轉(zhuǎn)檢測器動(dòng)作順序控制把握力控制張力控制、指壓控制姿勢、形狀判別裝配力控制協(xié)調(diào)控制滑動(dòng)判定、力控制接近覺接近間隔傾斜光電開關(guān)、LED、激光光電晶體管、光電二極管電磁線圈、超聲波傳感器動(dòng)作順序控制障礙物躲避軌跡移動(dòng)控制、探索聽覺聲音超聲波麥克風(fēng)超聲波傳感器語音控制（人機(jī)接口）移動(dòng)控制嗅覺氣體成分氣體傳感器、射線傳感器化學(xué)成分探測味覺味道離子敏感器、PH計(jì)化學(xué)成分探測機(jī)器人身上的傳感器2.傳感器外形：千差萬別3.傳感器作用人類通過感官從外界獲取刺激或信息，再將信息輸入大腦進(jìn)行分析判斷，由大腦指揮肢體作出相應(yīng)的動(dòng)作。傳感器在機(jī)器系統(tǒng)或自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用就相當(dāng)于感官在人體系統(tǒng)中的作用，發(fā)揮著信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換和控制信息的采集。比如空調(diào)中的溫度傳感器的作用就是接收外界溫度信息，并將其傳送給空調(diào)的主控中心，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的目的。傳感器Transducer：Sensor：感受外界信息，并能按照一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換為可用的輸出信號(hào)的器件或裝置。定義4.傳感器定義感知外界信息將外界信息轉(zhuǎn)換為可用的信號(hào)1.1傳感器的外形和作用 1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差 1.4傳感器的特性指標(biāo) 1.5選擇合適的傳感器 目

錄1.傳感器結(jié)構(gòu)(1)敏感元件：敏感元件是傳感器中能直接感受被測量的部分，即直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理或化學(xué)量。例如應(yīng)變式壓力傳感器中的彈性敏感元件就是敏感元件，它將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)，且壓力信號(hào)與位移信號(hào)之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。(2)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件是傳感器中將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號(hào)部分。例如，應(yīng)變式壓力傳感器中的電阻應(yīng)變片就是轉(zhuǎn)換元件，它將敏感元件輸出的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào)。(3)測量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路將電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測量的電壓、電流、頻率等電量信號(hào)。例如，應(yīng)變片式壓力傳感器中的測量電橋就是轉(zhuǎn)換電路，它將轉(zhuǎn)換元件輸出的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。關(guān)于傳感器的結(jié)構(gòu)有幾個(gè)說明：(1)并不是所有的傳感器必須同時(shí)包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。比如：熱電偶溫度傳感器，因?yàn)槊舾性苯虞敵龅氖请娏?，它就同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件；又比如壓電式傳感器，因?yàn)檗D(zhuǎn)換元件能直接感受被測量而輸出與之成一定關(guān)系的電量，傳感器就沒有敏感元件。(2)并不是所有的傳感器都能明顯分出敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量轉(zhuǎn)換電路，傳感器的三部分也可能是三者合一，隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的各部分可以集成在同一芯片上。例如半導(dǎo)體溫度傳感器，它們一般都是將感受的被測量直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，沒有中間環(huán)節(jié)，外表上看就是一塊小芯片，如圖1-3（g）所示。(3)并不是所有的傳感器只包含出敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量轉(zhuǎn)換電路這三部分。比如微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS，Micro-electroMechanicalSystems）是當(dāng)今高科技發(fā)展的熱點(diǎn)之一。MEMS系統(tǒng)主要包括微型傳感器、執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路三部分。MEMS系統(tǒng)的主要特征之一就是它的微型化結(jié)構(gòu)尺寸，典型尺寸僅幾毫米甚至更小，但它并不是傳統(tǒng)傳感器按比例縮小的產(chǎn)物，功能更加地強(qiáng)大。2.傳感器分類按工作原理分電阻式、電容式、電感式、壓電式、熱電式、光電式………按被測量分溫度傳感器（第2章）壓力傳感器（第3章）速度傳感器（第4章）位移傳感器（第5章）視覺傳感器（第6章）………………3.傳感器命名及代號(hào)國標(biāo)命名：（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7666-2005）命名法則：主題詞+四級修飾語被測量。

轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字。特征描述：傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征等，一般可后續(xù)以“型”字。

主要技術(shù)指標(biāo)(量程、精確度、靈敏度等)。如：100-160dB電容式聲壓傳感器即“傳感器”主題詞第一級修飾語——被測量第二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理第三級修飾語——特征描述第四級修飾語——技術(shù)指標(biāo)范圍（量程、精確度、靈敏度）單位

傳感器壓力壓阻式[單晶]硅0~2.5MPa力應(yīng)變式[柱式]結(jié)構(gòu)0~100kN重量（稱重）應(yīng)變式[懸臂梁式]結(jié)構(gòu)0~10kN力矩應(yīng)變式[靜扭式]結(jié)構(gòu)0~500N·m速度磁電式--600cm/s加速度電容式[單晶]硅±5g振動(dòng)磁電式--5~1000Hz流量電磁式插入式[結(jié)構(gòu)]0.5~10m2/h位移電渦流式非接觸式[結(jié)構(gòu)]25mm液位壓阻式投入式[結(jié)構(gòu)]0-100m厚度超聲波式--1.5~99.99mm角度伺服式--±1~±90（度）°密度諧振式--0.3~3.0g/mL溫度光纖式--800~2500℃（紅外）光光纖式--20mA磁場強(qiáng)度霍爾式砷化鎵0~2T電流霍爾式砷化鎵或銻化銦0~1200A電壓電感式--0~1000V噪聲----40~120dB氣體電化學(xué)--0~25%VOL濕度電容式高分子薄膜-10-90%RH結(jié)露----94~100%RHpH--參比電極型-2~+16（pH）注意：（）內(nèi)的為可替換詞，即同義詞傳感器命名構(gòu)成傳感器代號(hào)（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7666-2005）

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自定義d.序號(hào)：字母數(shù)字國標(biāo)提供c.轉(zhuǎn)換原理：拼音首字母國標(biāo)提供b.被測量：國際通用標(biāo)志或拼音首字母固定a.主稱：C（傳感器拼音首字母）（共四部分）如：CY-YZ-ST1100：

傳感器壓力-壓阻-ST1100(序號(hào))CZS-HE-SPRKE10000:傳感器轉(zhuǎn)速-霍爾-SPRKE10000(序號(hào))習(xí)慣命名：工作原理用途如：電容式壓力傳感器

長光柵位移傳感器歐姆龍數(shù)字壓力傳感器E8F2企業(yè)命名：歐姆龍傳感器命名規(guī)則：光電開關(guān)是以E3開頭

接近開關(guān)是以E2開頭

溫控器是以E5開頭

旋轉(zhuǎn)編碼器以E6開頭壓力傳感器以E8打頭

微型光電是以EE開頭………1.1傳感器的外形和作用 1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差

1.4傳感器的特性指標(biāo) 1.5選擇合適的傳感器 目

錄1.測量誤差的表達(dá)形式真值L：被測物理量客觀存在的實(shí)際值（truevalue)，通常取多次測量的平均值；絕對誤差（absoluteerror）：測量值與真值之間的差值。實(shí)際相對誤差（relativeerror）:測量值的絕對誤差與其實(shí)際真值的百分比。示值（標(biāo)稱）相對誤差：測量值的絕對誤差與測量值的百分比。例如：某指針式電壓表的準(zhǔn)確度為2.5級，用它來測量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的引用相對誤差為儀表：精度等級與測量量程選擇1.5V干電池的電壓測量：10V量程、

2.5V量程測量？問示值相對誤差哪一個(gè)大？(已知儀表精度為1.5)儀表：測量量程選擇△x=10X1.5%=0.15V△x=2.5X1.5%=0.0375V儀表：測量量程選擇10V量程2.5V量程測量△x=6

℃儀表：精度等級確定例題：某溫度計(jì)的量程范圍為0-500℃，校驗(yàn)時(shí)要求該溫度計(jì)的最大絕對誤差為6

℃，試確定該溫度計(jì)的精度等級。Am=500℃

溫度計(jì)精度等級為1.52.測量誤差來源及分類誤差來源：系統(tǒng)誤差：固定不變或按一定規(guī)律變化的誤差，如稱偏輕、測量角度誤差；隨機(jī)誤差：大小隨機(jī)變化的誤差，如溫度變化引起的誤差；粗大誤差：測量結(jié)果明顯偏離其實(shí)際值的誤差；緩變誤差：數(shù)值隨時(shí)間緩慢變化的誤差，如儀表老化引起的誤差；1、如何發(fā)現(xiàn)誤差并盡量相除呢？2、隨機(jī)誤差可以消除嗎？1.1傳感器的外形和作用 1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差 1.4傳感器的特性指標(biāo)

1.5選擇合適的傳感器 目

錄1.傳感器的靜態(tài)特性傳感器基本特性：

傳感器的輸入、輸出關(guān)系特性；

可用數(shù)字函數(shù)、坐標(biāo)曲線、圖表等表示；包含靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性；靜態(tài)特性：

表征檢測系統(tǒng)在被測參量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出－輸入關(guān)系。

衡量檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)是指測量范圍、精度等級、靈敏度、線性度、遲滯性、重復(fù)性、分辨力、可靠性等。測量范圍

按規(guī)定精度對被測變量進(jìn)行測量的允許范圍。測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限，簡稱下限和上限。量程=|測量上限-測量下限|量程相等，測量范圍一定相等嗎？滿量程輸出==量程？精密度：隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志，精密度高，意味著隨機(jī)誤差小。準(zhǔn)確度：輸出值與真值的偏離程度，準(zhǔn)確度高則系統(tǒng)誤差小。精確度：精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和，常用儀表的基本誤差表示。精確度

精度等級為1.0的儀表精確度一定高于精度等級為1.5的儀表？穩(wěn)定性4.傳感器的基本特性穩(wěn)定度：

規(guī)定工作條件范圍和時(shí)間內(nèi)，傳感器性能保持不變的能力。影響系數(shù)：

外界環(huán)境變化引起傳感器輸出值變化的量。穩(wěn)定度的單位是什么？靈敏度輸入增量△x與由它引起的輸出增量△y之間的函數(shù)關(guān)系。即靈敏度S等于傳感器輸出增量與被測增量之比，它是傳感器在穩(wěn)態(tài)輸出輸入特性曲線上各點(diǎn)的斜率。Δxxyx10切點(diǎn)傳感器特性曲線Δy靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為100mV，則其靈敏度應(yīng)表示為100mV/mm。

靈敏度越高越好嗎？

靈敏度高，即靈敏閾值小（分辨率?。５`敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢。靈敏度域只要小于允許測量絕對誤差的三分之一即可。

靈敏度理想靜態(tài)特性曲線是一條直線，但是實(shí)際測的輸入輸出曲線往往不是直線。線性度反映測量系統(tǒng)實(shí)際輸出、輸入關(guān)系曲線與據(jù)此擬合的理想直線y(x)=a0+a1x的偏離程度。通常用最大非線性引用誤差來表示：線性范圍：傳感器在線性工作時(shí)的可測量范圍。非線性誤差越小越好線性度傳感器或檢測系統(tǒng)的正向(輸入量增大)和反向(輸入量減少)時(shí)輸出特性的不一致程度。即對應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器或檢測系統(tǒng)在正、反行程時(shí)的輸出信號(hào)的數(shù)值不相等的程度。遲滯遲滯越小，越不需要考慮被測量的變化方向。規(guī)定工作條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)具有正常工作性能的能力。可靠度：達(dá)到規(guī)定性能的概率。平均無故障工作時(shí)間：相鄰兩次故障期間正常工作時(shí)間的平均值。平均修復(fù)時(shí)間：排除故障所花費(fèi)時(shí)間的平均值。失效率或故障率：連續(xù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率?？煽啃詫?shí)例請解讀各特性參數(shù)時(shí)間常數(shù)上升時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間最大超調(diào)量震蕩次數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)特性：動(dòng)態(tài)測量時(shí)，輸出量與隨時(shí)間變化的輸入量之間的關(guān)系。2.傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的標(biāo)定是利用精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對傳感器進(jìn)行定度的過程，從而確定傳感器的輸出量和輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系。傳感器的標(biāo)定分靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定。3.傳感器的標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定步驟：(1)將傳感器的測量范圍分成若干個(gè)等間距的點(diǎn)。(2)根據(jù)傳感器測量范圍分點(diǎn)情況，由小到大等間距遞增方式輸入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量，并記錄與各輸入值相對應(yīng)的輸出值。(3)將輸入值從大到小一點(diǎn)點(diǎn)地遞減，同時(shí)記錄與各輸入值相對應(yīng)的輸出值。(4)按照(2)和(3)步驟，對傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)循環(huán)多次測試，將得到的輸出/輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或繪制成曲線。(5)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的整理，根據(jù)處理結(jié)果就可以計(jì)算出傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)了。靜態(tài)標(biāo)定是為了確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如精度、靈敏度、穩(wěn)定度等3.傳感器的標(biāo)定1.動(dòng)態(tài)標(biāo)定

通常采用正弦變化和階躍變化的輸入信號(hào)。采用階躍輸入信號(hào)研究傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常用上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)量等參數(shù)來描述；采用正弦輸入信號(hào)研究傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常采用幅頻特性和相頻特性來描述。2.校準(zhǔn)傳感器的校準(zhǔn)是指通過定期檢測傳感器的基本性能參數(shù)，確定其是否可以繼續(xù)使用。若能繼續(xù)使用，則應(yīng)對其有變化的主要性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，以確保傳感器的測量精度。傳感器的校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容基本相同。3.傳感器的標(biāo)定1.1傳感器的外形和作用 1.2傳感器的結(jié)構(gòu)、分類和命名1.3傳感器的測量誤差 1.4傳感器的特性指標(biāo) 1.5選擇合適的傳感器

目

錄1.傳感器選用原則依據(jù)：滿足指標(biāo)參數(shù)要求的情況下，成本低廉、工作可靠且容易維修，性價(jià)比高。測量目的測量環(huán)境測量對象具體考慮因素：測量條件與目的測試的目的被測量的選擇測量范圍過載發(fā)生的概率輸入信號(hào)的頻帶測量的精度要求測量時(shí)間…傳感器性能傳感器使用條件精度穩(wěn)定度響應(yīng)速度輸出型號(hào)類型工作壽命定標(biāo)周期…安裝方式安裝環(huán)境與后續(xù)電路或設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與連接方式信號(hào)傳輸距離日后維護(hù)維修便捷性…【例4】現(xiàn)有0.5級的量程為0~300℃和1.0級的量程為0~100℃的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測量80℃的溫度，試問選用哪一個(gè)溫度計(jì)好?為什么?傳感器手冊：想一想：要求測溫范圍為-40~300℃

，絕對誤差不超過2℃，請選擇合適類型的傳感器。2.傳感器特性參數(shù)表2.傳感器特性參數(shù)表2.傳感器特性參數(shù)表本章知識(shí)總結(jié)繼續(xù)加油吧！傳感器與機(jī)器視覺第二章溫度檢測傳感器2.0概述 2.1熱電偶溫度傳感器 2.2熱電阻溫度傳感器 2.3集成溫度傳感器 2.4紅外溫度傳感器

目

錄2.0概述 2.1熱電偶溫度傳感器 2.2熱電阻溫度傳感器 2.3集成溫度傳感器 2.4紅外溫度傳感器目

錄1、溫度測量基本概念2、溫標(biāo)

溫度數(shù)值的表示方法稱為溫標(biāo)。目前國際上規(guī)定的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）等。溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。1.溫度定義及溫標(biāo)華氏溫標(biāo)：冰的熔點(diǎn)為32F，水的沸點(diǎn)為212F。中間為180等分，每1等分為1華氏。符號(hào)為，單位F。3、幾種溫標(biāo)的對比攝氏溫標(biāo)：冰的熔點(diǎn)定為0℃，水的沸點(diǎn)100℃；在0℃與100℃之間分100等分，每1等分為1攝氏；符號(hào)為t，單位為℃。熱力學(xué)溫標(biāo)：又稱開氏溫標(biāo)，規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對零度。冰的熔點(diǎn)為273.15K，水的沸點(diǎn)為373.15K。中間為100等分，每1等分為1開氏。符號(hào)是T，單位是開爾文（K）。3、幾種溫標(biāo)的對比溫標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換攝氏轉(zhuǎn)華氏：攝氏轉(zhuǎn)開氏：溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式水銀、煤油-50~600℃簡單、方便、便宜，但受玻璃管限制雙金屬片-80~600℃結(jié)構(gòu)簡單，牢靠，精度低，多為開關(guān)型液體壓力-30~600℃耐振、牢靠、價(jià)格低，但精度低，滯后嚴(yán)重氣體壓力-20~350℃水銀溫度計(jì)雙金屬溫控開關(guān)壓力溫度計(jì)2.常見溫度傳感器溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式熱敏電阻-50~350℃體積小、靈敏度高、線性度差金屬熱電阻-200~500℃（鉑）-50~150℃（銅）價(jià)格稍貴、非常線性熱敏電阻鉑熱電阻溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式鉑銠-鉑（R）0~1600℃測量范圍大，精度高，但需要冷端補(bǔ)償鎳鉻-鎳硅（K）-200~1200℃熱電偶溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式電流型AD590電流型-50~150℃精度高、使用范圍窄，通常與微處理器相連電壓型數(shù)字型電壓型AN6701S數(shù)字型DS18B20溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式紅外測溫儀紅外溫度傳感器紅外式-50~3200℃

非接觸式、能測高溫、不會(huì)干擾溫度源全輻射式800~3500℃光亮式700~3200℃比色式900~17000℃溫度檢測熱平衡熱輻射接觸式非接觸式膨脹式電阻式電偶式集成式輻射式紅外式-50~3200℃全輻射式800~3500℃水銀、煤油-50~600℃雙金屬片-80~600℃液體壓力-30~600℃氣體壓力-20~350℃熱敏電阻-50~350℃金屬熱電阻-200~500℃（鉑）-50~150℃（銅）鉑銠-鉑（R）0~1600℃鎳鉻-鎳硅（K）-200~1200℃電流型50~150℃電壓型數(shù)字型高溫低溫低溫中溫低溫2.0概述 2.1熱電偶溫度傳感器 2.2熱電阻溫度傳感器 2.3集成溫度傳感器 2.4紅外溫度傳感器目

錄1.熱電偶的結(jié)構(gòu)、種類根據(jù)其用途和安裝裝置不同，它具有多種結(jié)構(gòu)形式，典型的熱電偶結(jié)構(gòu)有：普通裝配式熱電偶鎧裝熱電偶防爆型熱電偶薄膜熱電偶

普通工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)1.熱電偶的結(jié)構(gòu)、種類1.熱電偶的結(jié)構(gòu)、種類探頭式S型熱電偶

結(jié)構(gòu)補(bǔ)償導(dǎo)線引線端子熱端冷端套管1.熱電偶的結(jié)構(gòu)、種類常見熱電偶種類：1.熱電偶的結(jié)構(gòu)、種類常見熱電偶種類：熱電偶名稱分度號(hào)測溫范圍℃特點(diǎn)鎳鉻-鎳硅K-270~1370長期使用溫度可達(dá)1000℃；抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜，是目前使用量最大的廉金屬熱電偶；但高溫穩(wěn)定性不夠。鉑銠10－鉑S-50~1768長期使用溫度可達(dá)1300℃；在所有熱電偶中準(zhǔn)確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高溫度；但價(jià)格較貴，機(jī)械強(qiáng)度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。鎳鉻－銅鎳E-270~800在常用的熱電偶中，其熱電勢最大，即靈敏度最高；應(yīng)用范圍不及K型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用。宜用于濕度較高的環(huán)境。鎳鉻硅－鎳硅N-270~1370在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時(shí)，材料較硬難于加工鉑銠30-鉑銠6B0~1800俗稱雙鉑銠熱電偶，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測溫溫區(qū)大。但熱電動(dòng)勢小，價(jià)格貴，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降。適用于氧化性或惰性氣體中，也可短暫用于真空。不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。銅-銅鎳T-270~400常用熱電偶中最便宜的，但常用溫度一般不超過300℃，尤其適用于低溫測量。鉑銠13-鉑R-50~1768與S型相比，其電動(dòng)勢大15%左右，其他性能基本相同結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)，說明回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢，并有電流在回路中流動(dòng)。電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)接點(diǎn)的溫差有關(guān)。1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

AB熱電極2.熱電偶的原理和定律熱端（熱接點(diǎn)）T冷端（冷接點(diǎn)）T0熱電勢：EAB(T,T0)1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

2.熱電偶的原理和定律接觸電動(dòng)勢

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

2.熱電偶的原理和定律AT0TB同一導(dǎo)體兩端的溫度不同時(shí)，由于熱敏效應(yīng)，熱端電子較多擴(kuò)散到冷端，在導(dǎo)體的兩端必然會(huì)形成一個(gè)電位差，這個(gè)電位差稱為溫差電動(dòng)勢。溫差電動(dòng)勢1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

溫差電勢接觸電勢逆時(shí)針方向：熱電動(dòng)勢組成EAB(t,t0)1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

2.熱電偶的原理和定律①熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極，否則無論導(dǎo)體截面如何、溫度分布如何，回路中的總熱電動(dòng)勢恒為零。②若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管采用了兩種不同的金屬，回路總電動(dòng)勢恒為零。③熱電偶回路總熱電動(dòng)勢的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無關(guān)。熱電偶的幾個(gè)結(jié)論：1、熱電效應(yīng)（溫差電現(xiàn)象）

2.熱電偶的原理和定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體和原導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢不變。2.熱電偶的原理和定律2、中間導(dǎo)體定律

熱電偶在兩接點(diǎn)溫度T、T0時(shí)的熱電動(dòng)勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)的熱電動(dòng)勢的代數(shù)和，即

EAB(T，T0)=EAB(T，Tn)+EAB(Tn，T0)當(dāng)T0=0，Tn=T0時(shí)，上式可寫成：EAB(T，0)=EAB(T，T0)+EAB(T0，0)當(dāng)冷端溫度t0恒定時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢只與熱端的溫度有關(guān)。3、中間溫度定律

2.熱電偶的原理和定律

如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢已知，那么由A、B導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢也就已知。4、標(biāo)準(zhǔn)電極定律

2.熱電偶的原理和定律1.熱電偶測量電路測量某點(diǎn)溫度的基本電路3.熱電偶的使用

將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其接線應(yīng)使兩熱電勢反向串聯(lián)ET=E1-E2測量兩點(diǎn)之間的溫度差1.熱電偶測量電路3.熱電偶的使用

用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶依次將正負(fù)相連，A′、B′是與被測量熱電偶熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線。

輸出電勢大，可感應(yīng)較小的信號(hào)。只要一個(gè)熱電偶斷路，總的熱電勢消失，或熱電偶短路，將會(huì)引起儀表值的下降。ET=E1+E2+E3回路總的熱電勢為：

測量溫度之和3.熱電偶的使用

用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶(工作在線性段)并聯(lián)在一起，在每一個(gè)熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻R，且儀表輸入阻抗很大ET=(E1+E2+E3)/3測量設(shè)備中的平均溫度

回路中總的熱電勢等于熱電偶輸出電勢之和的平均值3.熱電偶的使用3.熱電偶的使用2.查分度表熱電偶分度表是以冷端溫度為0℃時(shí)做出的3.熱電偶溫度補(bǔ)償由熱電偶的工作原理可知，只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí)，熱電動(dòng)勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。由于熱電偶分度表是以冷端溫度為0℃時(shí)做出的，因此在使用時(shí)要正確反映熱端溫度（被測溫度），最好設(shè)法使冷端溫度恒為0℃，否則將產(chǎn)生測量誤差。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶通?？拷粶y對象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其冷端溫度不可能恒定不變。為此，必須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，以消除冷端溫度變化和不為0℃所產(chǎn)生的影響。3.熱電偶的使用3.熱電偶的使用3.熱電偶溫度補(bǔ)償冰浴法；導(dǎo)線補(bǔ)償法；計(jì)算修正法；補(bǔ)償電橋法；顯示儀表機(jī)械零位調(diào)整法軟件處理法補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償電橋法計(jì)算修正法冷端恒溫法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法軟件處理法導(dǎo)線補(bǔ)償法熱電偶由于受到材料價(jià)格的限制一般做得比較短，冷端距測溫對象很近，使冷端溫度較高且波動(dòng)較大，采用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延伸。3.熱電偶的使用兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬材料制成，在0～150℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶具有相同熱電特性。補(bǔ)償導(dǎo)線起到延伸熱電極的作用，移動(dòng)熱電偶冷端位置。A’B’屏蔽層保護(hù)層導(dǎo)線補(bǔ)償3.熱電偶的使用補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)：兩個(gè)字母組成。補(bǔ)償導(dǎo)線類型:延伸型（X）和補(bǔ)償型（C）。延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線：選用的金屬材料與熱電極材料相同；補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線所選金屬材料與熱電極材料不同。第一個(gè)字母與配用熱電偶的型號(hào)相對應(yīng)第二個(gè)字母表示補(bǔ)償導(dǎo)線的類型SCKX導(dǎo)線補(bǔ)償3.熱電偶的使用補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線材料補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層著色正

極負(fù)

極正極負(fù)極SCS銅銅鎳合金紅色綠色KCK銅銅鎳合金紅色藍(lán)色KXK鎳鉻合金鎳硅合金紅色黑色EXE鎳硅合金銅鎳合金紅色棕色JXJ鐵銅鎳合金紅色紫色TXT銅銅鎳合金紅色白色常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線導(dǎo)線補(bǔ)償3.熱電偶的使用導(dǎo)線補(bǔ)償3、必須在規(guī)定范圍內(nèi)使用。4、極性切勿接反。1、兩根補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶兩個(gè)電極接點(diǎn)溫度必須相同；2、各補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)熱電偶相配注意問題：3.熱電偶的使用計(jì)算修正法

在實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫度并非一定為0℃，必須對溫度進(jìn)行修正。修正公式采用中間溫度定律。EAB(t，0)=EAB(t，t0)+EAB(t0，0)

【例】

用鎳鉻-鎳硅熱電偶測爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃（且為恒定時(shí)），測出熱端溫度為t時(shí)的熱電動(dòng)勢為39.17

mV，求爐子的真實(shí)溫度。3.熱電偶的使用[解]：設(shè)爐子真實(shí)溫度為t，已知冷端溫度t0=30℃，則熱電偶測得的熱電勢為E(t，t0)

=

E(t，30)

=

39.17

mV

查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表：E(30，0)

=

1.20

mV根據(jù)中間溫度定律：

E(t，0)

=

E(t，30)

+

E(30，0)

=

39.17+1.20

=

40.37

mV

再查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可知40.37

mV所對應(yīng)的溫度為977℃，因此爐子真實(shí)溫度為t=977℃計(jì)算修正法3.熱電偶的使用練習(xí)題：用K型熱電偶測量爐溫，已知熱端溫度為800，冷端溫度為50，為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，要將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢信號(hào)送到儀表室，儀表室的溫度為20，分別求冷端用銅導(dǎo)線與用補(bǔ)償導(dǎo)線連接到儀表測得的爐溫？并比較結(jié)果。3.熱電偶的使用補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電勢去補(bǔ)償因熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢的變化，它可以自動(dòng)地將冷端溫度校正到補(bǔ)償電橋的平衡點(diǎn)溫度上。

補(bǔ)償電橋法3.熱電偶的使用+-補(bǔ)償電橋1—熱電偶；2—補(bǔ)償導(dǎo)線；3—銅導(dǎo)線；4—補(bǔ)償電橋。R1、R2、R3均為由錳銅絲繞制的1

電阻，RCu是用銅導(dǎo)線繞制的溫度補(bǔ)償電阻。3.熱電偶的使用其他補(bǔ)償方法冷端恒溫法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法軟件處理法3.熱電偶的使用2.0概述 2.1熱電偶溫度傳感器 2.2熱電阻溫度傳感器

2.3集成溫度傳感器 2.4紅外溫度傳感器目

錄

熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的一種傳感器溫度計(jì)。熱電阻溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。熱敏電阻金屬熱電阻1.熱電阻測溫原理

隨著溫度的增高，金屬材料的電阻率ρ會(huì)隨著發(fā)生變化，這個(gè)電阻率變化的比例我們用一個(gè)系數(shù)來表示，稱為材料的電阻溫度系數(shù)αt，這種現(xiàn)象我們就稱為熱電阻效應(yīng)。

Rt=R0(1+

t)1、金屬熱電阻熱電阻效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：非常線性，常用于測量1.熱電阻測溫原理

Rt=100(1+0.00392t)1、金屬熱電阻分類鉑熱電阻：測溫范圍-200

~

650℃

銅熱電阻：測溫范圍-50~150℃1.熱電阻測溫原理2、熱敏電阻

原理：利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（約200Ω/°C）、反應(yīng)快、體積?。蝗秉c(diǎn)：阻值與溫度的非線性；易老化，

測量范圍：-50~350°C；1.熱電阻測溫原理1、熱敏電阻分類1.熱電阻測溫原理正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC臨界溫度熱敏電阻CTR2、熱敏電阻分類1.熱電阻測溫原理CTR：自動(dòng)控溫和報(bào)警電路，構(gòu)成熱控制開關(guān)，溫度低于某一個(gè)溫度/開，溫度高于某一個(gè)溫度/關(guān)，恒溫控制箱，中央空調(diào)可以用。PTC：恒溫控制裝置，溫度超過某一限定值，實(shí)現(xiàn)控制。彩色電視機(jī)自動(dòng)消磁裝置；功率型PTC作為發(fā)熱元件。NTC：構(gòu)成熱測量裝置，或者溫度補(bǔ)償。2、熱敏電阻分類1.熱電阻測溫原理1、熱電阻測量接線方式：兩線制連接導(dǎo)線的電阻Rw造成測量誤差控制室現(xiàn)場2.熱電阻使用1、熱電阻測量接線方式：三線制控制室現(xiàn)場2.熱電阻使用三線制接法應(yīng)用1.熱電阻測量接線方式：熱電阻導(dǎo)線測量電橋放大電路2.熱電阻使用2.熱電阻使用三線制熱電阻溫度測量電路的實(shí)例恒流源1.熱電阻測量接線方式：四線制接法應(yīng)用2.熱電阻使用2.熱電阻使用四線制熱電阻溫度測量電路的實(shí)例2.熱電阻使用熱電阻管道流量計(jì)2.熱電阻使用熱敏電阻的溫度報(bào)警器2.0概述 2.1熱電偶溫度傳感器 2.2熱電阻溫度傳感器 2.3集成溫度傳感器

2.4紅外溫度傳感器目

錄

原理：利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性。

優(yōu)點(diǎn)：輸出線性好、測量精度高,、體積非常小、使用方便、價(jià)格便宜；

分類：電壓輸出型：AN6701S；電流輸出型：AD590;數(shù)字輸出型：DS1820;電流型AD590電壓型AN6701S數(shù)字型DS18B20集成溫度傳感器原理AD590引腳編號(hào)符號(hào)功能1U+電源正極2U-電源負(fù)極3—金屬管外殼，一般不用AD590是美國ADI公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流型集成溫度傳感器，產(chǎn)生的輸出電流與絕對溫度成正比.主要特性有：(1)電源電壓范圍為4V～30V。AD590具有消除電源波動(dòng)的特性，即使電源在5~15V范圍內(nèi)波動(dòng)，其電流只在1μA內(nèi)下作微小變化；可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因此器件反接也不會(huì)被破壞；(2)測溫范圍為-55℃～+150℃；(3)流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù)，即靈敏度為1μA/K；輸出電流以絕對零度為基準(zhǔn)（-273℃），每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流。(4)高輸出阻抗，適合于遠(yuǎn)距離測量；(5