2.3红外传感器测量温度（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

学 习 目 标 技能目标 能熟练使用热电偶传感器进行温度测量 能熟练使用热电阻传感器进行温度测量 知识目标 掌握热电偶的工作原理、常用的两个基本定律 熟悉工业热电偶的种类和几种常用热电偶的特性 掌握热电偶温度补偿原理及常用补偿方法 掌握常用铂、铜热电阻的特性和热电阻传感器的三线制接法 熟悉半导体热敏电阻的特性及典型应用 了解红外传感器测温知识 项目2 温度测量 热电偶传感器 任务3 红外传感器测量温度 知识链接 红外传感器按其应用可分为以下几个方面： ① 红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量。 ② 搜索和跟踪系统用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪。 ③ 热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像，如红外图像仪、多光谱扫描仪等。 ④ 红外测距和通信系统。 ⑤ 混合系统是指以上各系统中的两个或多个的组合。 用红外线作为检测媒介来测量某些非电量，具有以下几方面的优越性： ① 可昼夜测量。红外线（指中、远红外线）不受周围可见光的影响，所以可在昼夜进行测量。 ② 不必设光源。由于待测对象发射出红外线，所以不必设置光源。 ③ 适用于遥感技术。大气对某些波长的红外线吸收非常少，所以适用于遥感技术。 红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。由于它是位于可见光中红色光线以外的光线，所以被称为红外线。它的波长范围大致为0.76～1 000 m，红外线在电磁波谱中的位置如图2.14所示。工程上又把红外线所占据的波段分为近红外、中红外、远红外和极远红外四部分。 2.3.1 红外辐射 图2.13 电磁波谱图 2-2.6μm 3-5μm 8-14μm 大气窗口 红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。而且红外线被物体吸收时，可以显著地转变为热能。 凡是存在于自然界的物体，如人体、火焰、冰等都会放射出红外线，只是它们发射的红外线的波长不同而已。人体的温度为36～37℃，所放射的红外线波长为10 m（属于远红外线区）；加热到400～700℃的物体，其放射出的红外线波长为3～5 m（属于中红外线区）。红外线传感器可以检测到这些物体发射的红外线，用于测量、成像或控制。 红外辐射与所有电磁波一样，是以波的形式在空间以直线传播的。它在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的。空气中对称的双原子气体（如N2、O2、H2等）不吸收红外线。而红外线在通过大气层时，有3个波段透过率高，它们是2～2.6 m、3～5 m和8～14 m，统称它们为“大气窗口”。这3个波段对红外探测技术特别重要，因为红外探测器一般都工作在这3个波段之内。 红外传感器又称红外探测器，一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器常见的有热探测器和光子探测器两大类。 2.3.2 红外探测器 1．热探测器 热探测器是利用红外辐射的热效应。探测器的敏感元件吸收辐射能量后引起温度升高，进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。 与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。但热探测器的主要优点是响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在室温下工作，使用方便，应用相当广泛。 焦热电探测器 2．光子探测器 光子探测器利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中电子的相互作用，改变电子的能量状态，引起各种电学现象（这一过程也称为光子效应）。通过测量材料电子性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应制成的红外探测器，统称为光子探测器。光子探测器有内光电和外光电探测器两种。外光电探测器又分为光电导、光生伏特和光磁电探测器3种。 光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般需在低温下工作。 单光子探测器 【任务】 在温度实际测量中，2 000℃以下高温区域一般采用热电偶测量。钨铼热电偶作为一种超高温热电偶，其测温上限也只有2 100℃。因此，对于2 000℃以上的高温区域，比如达到5 500℃时，已无法用常规的温度传感器来检测，必须采用一种新型的测量方法来实现高温测量。 任务与实施 【实施方案】 任何物体在0