[信息与通信]温度传感器介绍及应用.ppt
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1、温度传感器介绍及应用,接触式:技术成熟、精度高、种类多 热膨胀、热电势(热电偶)、热电阻、PN结型 非接触式:不需接触,速度快,没有上线温度,误差大 光学高温,热辐射式、热释电,主要内容,2.1 热电势式测温传感器 2.2 热电阻式温度传感器 2.3 PN结型测温传感器 2.4 集成电路温度传感器 2.5 热释电式传感器,2.1热电势式温度传感器,2.1.1 工作原理 热电效应: 两种不同的导体两端接触构成闭合回路,当两接点温度不等(TT0)时,回路中就会产生电动势,从而形成热电流。,热电势,热电势 热电偶回路中产生的电势 热电势分成两部分: 接触电势和温差电势,热电偶,接触电势,不同到时接触
2、时,由于自由电子密度不同,电子会从密度大的金属扩散到密度小的金属,从而形成内建电场,产生电动势,当金属A和B紧密连接时, 假如:NANB。,在单位时间内,由导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数多。,于是,在接触表面上便形成了一个电场,在A、B之间形成一个电位差,即电动势,接触电势的大小,k0波兹曼常数 T接触处的绝对温度(K); NA,NB材料A、B的自由电子密度; e 电子电荷量,e=1.60210-19C,EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0),若A为正极,B为负极,(1) 若热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如何, 总热电势为零。 (2) 若热电偶两
3、接点温度相同,尽管A、B材料不同,回路中总电势等于零。 (3) 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关,与热电极的尺寸、形状等无关。,热电偶标定,EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0),所以标定热电偶时,一般既定T0为常数,此时 eAB (T0)=C,EAB(T,T0)=eAB (T)-C=f(T)-C=(T),热电势与温度关系曲线(T0=0),非线性,温度上限,2.1.2 热电偶中加入第三导体,如果在热电偶中加入第三种材料,只要第三种材料两端的温度相等,对热电偶的总的热电势就没有影响。,在图2.3(a)中,2、3两点温度相同,回路中总电势 EABC(T,T0)=eAB(T)+
4、eBC(T0)+eCA(T0) 当回路中各接点温度相同时,总电势为零,即 EABC(T0, T0 ) =eAB(T0)+eBC(T0 )+eCA( T0 ) =0 eBC(T0)+eCA( T0 )=-eAB( T0),EABC (T, T0) =eAB (T)-eAB(T0)=EAB (T, T0),只要第三种材料两端的温度相等,对热电偶的总的热电势就没有影响。,2.1.4热电偶冷端温度误差及补偿,热电偶通常测量的是两个热源的温度差,EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0),由于输出电压与温度成非线性关系,因此对任何一个实际的热电偶,并不是有精确地关系式确定其特性,而是使用特性分
5、度表。,分度表,EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0),实际测量中的补偿措施,0恒温法 冷端补偿法 采用不需要冷端补偿的热电偶 补正系数修正法,1、 0恒温法(实验室用),2、冷端补偿法,采用:四臂电桥,取T0=20时电桥平衡:R1=R2=R3=RCu,当T0上升(如T0 =Tn),采用合适的RCu使得,3. 采用不需要冷端补偿的热电偶,下列情况可以不考虑冷端误差: 镍钴-镍铝热电偶在300以下 镍铁-镍铜热电偶在50以下 铂铑30-铂铑6热电偶在50以下,只要冷端温度在上述范围内,不需考虑冷端补偿。,4、补正系数修正法,设冷端温度为tn,工作端测得温度场的温度为t1,其实际温度
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