模块二 温度传感器_1（课件）- 《传感器与检测技术（项目教程）》同步教学（西安交大版·2015）

传感器与检测技术项目教程 学习单元一 热电阻传感器 学习单元二 热电偶传感器 学习单元三 集成温度传感器 学习单元四 温度传感器应用实例 模块二 温度传感器 模块二 温度传感器 模块导读 从人体温度、环境气温到工业炉温，从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。温度是与人类的生活、工作息息相关的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。因此，测温技术是传感技术中应用范围最广的技术之一。温度传感器是指能感受温度并将其转换成可用输出信号的传感器。温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶。 模块二 温度传感器 温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志，是工业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工参数之一。物体的很多物理现象和化学性质都与温度有关，在很多生产过程中，温度都直接影响着生产的安全、产品质量、生产效率、能源的使用情况等，因而对温度的检测及检测的准确性提出了更高的要求。 模块二 温度传感器 为了定量地描述温度，引入温标的概念。温标是衡量物体温度的标准尺度，是温度的数值表示方法，它给出了温度数值化的一套规则和方法，同时明确了温度的测量单位。温标就是以数值表示温度的标尺，它应具有通用性、准确性和再现性，在不同地区或不同场合测量相同的温度应具有相同的数值。 温标的种类很多，目前国际上常用的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际实用温标。 模块二 温度传感器 摄氏温标是根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质建立起来的。摄氏温标的单位符号为℃，变量符号为t，它规定在标准大气压下纯水的冰熔点为0 ℃，水沸点为100 ℃。华氏温标也是根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质建立起来的，其单位符号为℉，标准大气压下纯水的冰熔点为32 ℉，水沸点为212 ℉。热力学温标又称开氏温标，是国际统一的基本温标，单位符号为K，变量符号为T。热力学温标有一个绝对零度，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，因此它又称为绝对温标。由于热力学温标是理论温标，因而无法付诸实用。为此，需要建立一种紧密接近热力学温标的简单温标，即国际实用温标。国际实用温标是用来复现热力学温标的，其单位符号也为K（开尔文）。 模块二 温度传感器 摄氏温标与国际实用温标的换算关系为 t（℃）=T（K）-273.15 温度的检测方法按照感温元件是否与被测对象接触，可分为接触式与非接触式两大类。 接触式测温就是使温度敏感元件与被测对象相接触，使其进行充分的热交换，当热交换平衡时，温度敏感元件与被测对象的温度相等，测温传感器的输出大小即反映了被测温度的高低。 模块二 温度传感器 常用的接触式测温传感器有热膨胀式温度传感器（见图2－1）、双金属温度计（见图2－2）、热电阻、热电偶、集成温度传感器等。 图2－1 热膨胀式温度传感器 图2－2 双金属温度计 模块二 温度传感器 接触式测温传感器的优点是结构简单，工作可靠，测量精度高，稳定性好，价格低；缺点是有较大的滞后现象（测温时要进行充分的热交换），不方便对运动物体进行温度测量，被测对象的温场易受传感器的影响，测温范围比较小。 非接触式测温就是利用被测对象的热辐射能量随其温度的变化而变化的原理，通过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强度来确定被测对象的温度。 模块二 温度传感器 常见的非接触式测温传感器有红外辐射传感器（见图2－3）、光高温计（见图2－4）等。 图2－3 红外辐射传感器 图2－4 光高温计 模块二 温度传感器 非接触式测温传感器的优点是不存在测量滞后和温度范围的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不影响被测温度；缺点是受被测对象热辐射率的影响，测量精度低，使用中测量距离和中间介质时对测量结果有影响。 本模块将重点介绍热电阻、热电偶和集成温度传感器。 学习单元一 热电阻传感器 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加的特性来进行温度测量的。其主要特点是测量精度高、性能稳定，因此应用广泛。本学习单元主要是让学生掌握热电阻的基本工作原理和应用方法。 学习单元一 热电阻传感器 金属热电阻 一、 热电阻大都由纯金属材料制成。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。目前，工业测量用的金属热电阻材料有纯金属材质的铂（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）和钨（W）等，以及合金材质的铑铁及铂钴等，如图2－5所示。 图2-5 金属热电阻 学习单元一 热电阻传感器 金属热电阻随温度变化的曲线如图2-6所示。 图2-6 金属热电阻随温度变化的曲线 学习单元一 热电阻传感器 工作原理