9 温度检测技术 .ppt

2011/4/20 核工程检测技术 11
(一)接触电势
如图2—2所示，当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时， 由于内部电子密度不同，例如材料A的电子密度大于材料B，则会 有一部分电子从A扩散到B，使得A失去电子更呈正电位，B获得电 子而呈负电位，最终形成 由A向B的静电场。静电场的作用 又阻止电子进一步地由A向B扩散。 当扩散力和电场力达到平衡时， 材料A和B之间就建立起一个固定 的电动势。这种由于两种材料自 由电子密度不同而在其接触处形 成电动势的现象，称为珀尔帖效 应。其电动势称为珀尔帖电势或 接触电势。
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(三)摄氏温标 摄氏温标是工程上使用最多的温标。它规定标准大气 压下纯水的冰融点为0度，水的沸点为l00度，中间等分为 l00格，每一等分格为摄氏1度，符号为℃。 (四)华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度， 水的沸点为212度，中间等分为180格，每格为华氏1 度，符号为0F。它与摄氏温标的关系为： C＝5(F－32)/9 式中：C为摄氏温度值；F为华氏温度值。
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(二)镍铬—镍硅热电偶
分度号K
这是一种廉价金属热电偶。正极为镍铬，负极为镍硅。 其优点是化学稳定性好，可以在氧化性或中性介质中长时 间在1000℃以下的温度工作，短期可达到1300℃，灵敏 度较高、复现性较好，热电特性线件度好，价格低廉。金 属丝直径范围较大．工业应用一般为(0.5—3)mm，实验研 究使用时，根据需要可以拉延至更细直径。是工业中和实 验室里大量采用的一种热电偶。但在还原性介质或含硫化 物气氛中易被侵蚀，所以在这种气氛环境中工作的K型热 电偶必须加装保护套管。 热电势为0.04mv/℃ 允差：t＞400℃时为±0.75％t
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铂热电阻结构示意图
3. 热电阻的测量转换电路
方案一：二线制电桥测量电路
R1为铂热电阻，R2、R3、R4为锰铜精密电阻(固定电阻)。电桥 的调零在0℃的情况下进行。热电阻Rt被安装在测温点上，然后用 连接导线连接到电桥的接线端子上。引线电阻r1a、r1b及其随长度 和温度的变化将引起测量误差。
方案二：四线制恒流测量电路
体为运动物体时尤为适用。
缺点：精度一般不高。
温度传感器的种类及特点
所利用的物理现象
传感 器类型
气体温度计 液体压力温度计 玻璃水银温度计 双金属片温度计
钨铼热电偶 铂铑热电偶 其他热电偶 铂热电阻 热敏电阻 硅半导体二极管 （半导体集成温度 传感器） 示温涂料 示温液晶 红外辐射温度计 光学高温温度计 热释电温度计
非接触测温
定义：温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进 行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。
常用的非接触式测温仪表：
(1) 辐射式温度计：基于普朗克定理
光电高温计，辐射传感器，比色温度计。 (2) 光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。
光纤温度传感器，光纤辐射温度计。
优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场，在被测物
恒流源Ii的恒定激励 电流流过Rt，在R t上产 生降压Uo=Ii R t。输出电 压Uo的变化量ΔUo与被 测温度变化引起的电阻 变化量ΔR成正比。
由于输出电压是直接从Rt两端引出的，所以激励电流Ii在r1a、 r1b上的压降就不被包括到 Uo中，因此可以克服引线电阻的影响。 本底电压Uo0所占比例较大，而反映温度变化的ΔUo相对较小，降 低了系统的分辨力。
国际温标经过几次修改： 1948年国际温标(ITS－48) 1968年国际实用温标(IPTS－68)

压力表指示温度
3、热电偶温度计 利用物体的热电性质：热电势
4、热电阻温度计 利用金属或半导体电阻值随温度而变化的性质
5、半导体温度计 利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性
非接触式测温的具体方法有
1、辐射式温度计：通过测量物体热辐射功率来测量温度。 2、红外式温度计：通过测量物体红外波段热辐射功率来测 量温度。
① 电桥工作原理
设T0℃时，电桥平衡。
a
Rw
则 R1R3 =R2（R0+RT0） 且 R1= R2 ， R3 = RT0 + R0
R3
R2
I1
有：I1 = I2 = I 当T ℃时，电桥输出 Uab =R3 I –（RT+R0）I
Rt
Rm
I2
R1
R0
b
Rd
r rr
=R3 I –（RT0+∆RT+R0）I
3.1 电阻式传感器
2） 引线电阻的影响 用于测量的感温电阻器,总得有连接导线,但由于金属电阻器 本身的电阻值很小, 所以引线的电阻值及其变化就不能忽略。 比如对于50Ω的测温电阻,1Ω的导线电阻将产生约5℃的误 差, 这是不能允许的。为此,测量电阻的引线通常采用三线 式或四线式接法。
3.1 电阻式传感器
防爆型铂热电阻
3.1 电阻式传感器
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
3.1 电阻式传感器
附录 铂热电阻分度表
3.1 电阻式传感器
铂电阻温度显示、变送器
3.1 电阻式传感器
可设定温度的温度控制箱 旋转式机械设定开关
拨码式设定开关
3.1 电阻式传感器
二、半导体热敏电阻器
1. 半导体热敏电阻按半导体电 阻随温度变化的典型特性分 为三种类型, 即负电阻温度 系数热敏电阻(NTC)、正电 阻温度系数热敏电阻(PTC) 和在某一特性温度下电阻值 会发生突变的临界温度电阻 (CTR)。它们的特性曲线如 图2.14

测站主机。
技术研究
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• 红外线轴承扫描仪包括：热敏电阻或光子探测器、 电子线路、挡板和挡板驱动电机。 • 轴承扫描仪可分为“上探式”(从上往下探测)和 “下探式”两种。目前一般采用下探式。
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车辆传感器又称磁头，与钢轨固联，用 于感受车轮信息，以测量车速、测量轴距、 给出轴温扫描器挡板的开启信号。
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2、 热电偶测温
热电偶是利用热电效应来测量温度的。
将两种不同材料的导体 或半导体A和B焊接起来，构 成一个闭合回路。
当导体A和B的两个接
触点1和2之间存在温差(t>t0) 时，两者之间便产生电动势
eAB(t, t0)，这种现象称为热电 效应。 eAB称为热电势。
技术研究
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当热电极材料A、B确定后，若使冷端温度不变， 则热电势就只是热端温度t的单值函数。因此，通过测 量热电势，就可以测出温度t。
物体对于给定的入射辐射必然存在着 吸收、反射和透射，而且吸收率α，反射率ρ 和透射率τ之和必然等于1：
α+ρ+τ=1
若物体的α=1，则称为黑体， 若ρ=1则称白体， 若τ=1则称为透明体。
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2、 单色温度计
当波长一定时，物体的辐射亮度只随物 体的温度面改变。单色温度计就是通过测量 物体的辐射亮度来检测其温度。
4.9 温度检测诊断
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的 微观概念是大量分子运动平均强度的表示。分子 运动愈激烈其温度表现越高。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来 间接测量。
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非 接触式两大类。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ温度的检测设计知识
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈

热电阻传感器
热电阻：电阻值随温度变化的温度检测元件。 金属热电阻的阻值与温度的关系： RT=R0[1+a(T-T0)+b(T-T0)2...] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。 半导体热电阻的阻值与温度的关系： RT=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。
右图是采用热敏电阻的温度测量电路， 图ａ为并联方式，热敏电阻ＲＴ与电阻ＲＳ 并联，输出ＵＯ为： U0=( )Ub 式中，ＲＴＨ＝ＲＲＴ//ＲＳ。由于这种电 路非常简单，电源电压的变化会直接影 响输出，因此，工作电源一般采用稳压 电源。 图ｂ)为桥接方式，热敏电阻作为桥 的一臂，输出为桥路之差，即为: Ｕ0＝ ( )Ua 式中，ＲＴＨ＝ＲＲＴ//ＲＳ。
温度传感器
温度传感器的类型
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温度传感器的测温范围
用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（Ｒ2），一对角线中接入直流电源Ｕ，另一对角线接入检流计Ｇ。可以通过调节各已知电阻的值使Ｇ中无电流通过，则电桥平衡，未知电阻Ｒ2＝Ｒ1·Ｒ４/Ｒ3。 图2中，非平衡电桥的BD两端接负载电阻为Ro的电压表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压Uo或电流Io，就可得到Rx值。 当负载电阻Ro→∞（即电桥输出处于开路状态）时，Io=0，电桥输出端接数字电压表或高输入阻抗放大器时属这种情况。
用热敏电阻构成的测温计
图c用热敏电阻作为运算放大器的反馈电阻的测温电路，电路中2.5V基准电压与电阻形成的电流变换为与热敏电阻阻值变化相应的电压，这作为运算放大器A1的输出电压。该输出电压再经运算放大器A2后会被扣除一定的偏置电压，于是A2的输出电压信号与温度相对应。该电路的热敏电阻直接接在运算放大器构成的反相放大电路中，易受到外部感应噪声的影响，因此，重要的是热敏电阻回路的布线要尽量短。 根据继承运算放大器的性质不难算得： U0= 图d是热敏电阻与比较器组合的电路，其电路若达到设定温度，则比较器A1开始工作，A1应具有适当时滞特性，这样，电路就具有较好的快关特性。 U+=[(1.5+RP)/(1.5+RP+RT||Rs)]Ucc U-=(1/2)Ucc U+>U-时比较器开始工作。

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标准表法是把被标定的温度计（传感器）与已被标 定好的更高一级精度的温度计（传感器）紧靠在一起， 共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选 择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系 列对应差值，经多次升温、降温，重复测试，若这些 差值稳定，即可把记录下的这些差值作为被标定温度 计的修正值，完成对被标定温度计的标定。
第 6章 温度检测技术
6.1 温标与标定 6.2 测温方法分类及其特点 6.3 热膨胀式测温方法
6.4 热阻式测温方法
6.5 热电式测温方法 6.6 辐射法测温 6.7 新型温度传感器及其测温技术
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6.1 温标与标定
6.1.1 温标
温度是表征物体或系统冷热程度的物理量，是物体 内部分子无规则运动剧烈程度的标志。 温标是衡量温度高低的尺度。 温标有经验温标（华氏温标、摄氏温标）、热力学 温标和绝对气体温标。 1、经验温标 根据某些物质的体积膨胀与温度的关系，用实验方 法或经验公式所确定的温标称为经验温标。
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T2/T1=P2/P1 （V一定）
4、国际实用温标和国际温标 国际实用温标是经国际协议产生的。
第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会上决 定采用的国际实用温标（IPTS-68）。 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的 国际温标，简称ITS-90。其主要内容是： （1）重申国际实用温标单位仍为K，1K等于水的 三相点是温度值的1/273.16。 （2）把水的三相点时温度值定义为0.01℃，同时相 应地把绝对零度修订为-273.15℃，因此有 使用时通常将角标90去掉。
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6.2 测温方法分类及其特点