温度传感器原理与应用.ppt

,温度传感器原理与应用,指导教师：XXX 教授 小组成员：XXX,目录,基本知识,温度传感器的原理,温度传感器的应用,基本知识,温度传感器的原理,温度传感器的应用,一、基础知识,温度：反映物体冷热状态的物理参数。 热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。 温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。,1.1 温度的基本知识,国际普遍使用的温标有四种：热力学温标、国际实用温标、 摄氏温标、华氏温标。,一、基础知识,1.2 温度传感器的分类,温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。,接触式温度传感器 非接触式温度传感器,二、温度传感器的原理,2.1 接触式温度传感器,接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。,特点：精度较高。这类传感器结构简单、工作可靠、测量精度高、稳定性好、价格低；但有较大的滞后现象，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，感温元件材料的性质决定测温范围等。,常用的有：热电偶、热电阻和热敏电阻等。,二、温度传感器的原理,电阻式温度传感器,工作原理：热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的，实现了将温度的变化转化为元件电阻的变化。有金属（铂、铜和镍）热电阻及半导体热电阻（称为热敏电阻）。,典型的热阻式传感器,二、温度传感器的原理,电阻式温度传感器,热电阻的结构:热电阻主要由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成。电阻体由电阻丝、引出线、骨架等组成。,目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。,热电偶温度传感器,二、温度传感器的原理,热电效应：将两种不同性质的导体A和B串接成一个闭合回路，如果两个接和点处的温度不同，则在两个导体间产生一个电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象就是热电效应 。,工作原理演示,热电极A,测量端 工作端、热端）,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,自由端 （参考端、冷端）,热电极B,热电动势,A,B,回路中所产生的电动势，叫热电动势。 热电动势是由两种导体的接触电动势和同一导体的温差电动势所组成。,热电偶：由这两种导体的组合并将温度转换成热电动势的传感器。,热电偶的结构,由于不同的金属材料其自由电子的密度不同，在接触面会发生自由电子的扩散形成的电动势。 设导体A、B的自由电子密度为NA、NB，且有NANB。,接触电动势,导体B 则因获得电子而带负电,导体A 因失去电子而带正电,接触面处形成电场,该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势，其大小为：,T 接触处的绝对温度； k 玻尔兹曼常数（k = 1.3810-23J/K） e 电子电荷（e = 1.610-19C）,同一导体中的温差电动势,对于单一导体，如果两端温度不同，在两端间会产生的电动势。,高温端的自由电子具有较大的动能而向低温端扩散。,高温端因失去电子而带正电,低温端因获得电子而带负电,中间形成电位差,上述运动就形成一个静电场，该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。因此, 在导体两端便形成温差电动势, 其大小由下面公式给出：,T 、T0 高、低端的绝对温度； 汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势。,热电偶回路中总的热电势应是接触电动势与温差电动势之和：,接触电动势,温差电动势,它的敏感元件与被测对象互不接触，主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度,二、温度传感器的原理,2.2 非接触式温度传感器,二、温度传感器的原理,优点,不从被测物体上吸收热量,不会干扰被测对象的温度场,连续测量不会产生消耗,反应快，寿命长,工作可靠，安全,红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。,二、温度传感器的原理,热探测器的探测原理基于热效应，当待测物体受到辐射便会引起温度的升高从而影响待测物的性能变化，因而可以利用辐射来进行待测物电量或非电量变化的检测。,二、温度传感器的原理,二、温度传感器的原理,斯蒂芬玻尔兹曼定律 W=T 4 W物体单位面积所发射的辐射功率，数值上等于物体的全波辐射出射度 物体表面的法向比辐射率 斯蒂芬玻尔兹曼常数 T物体的绝对温度(K),二、温度传感器的原理,三、温度传感器的应用,1,2,无线温度传感器,3,冷却液温度传感器,进气温度传感器,1.进气温度传感器,在传感器内部加装一个负温度系统的半导体热敏电阻，外部则用环氧树脂材料进行密封。,1.进气温度传感器,进气温度传感器也是双线的传感器，安装在进气管上或空气流量 计内。,1.进气温度传感器,用来检测发动机的进气温度， 将进气温度转变为电压信号 输入给ECU做为喷油修正的信 号。,2.热电偶温度传感器,漏钢预报系统，是可以通过分析分布在结晶器壁上的热电偶采集到的温度变化，得知坯壳破裂处及其扩展，从而检测出漏钢趋势并进行报警的设备。,2.热电偶温度传感器,2.热电偶温度传感器,当选择人工控制时，操作人员根据系统画面及报警，手动控制相应系统； 在自动状态下， 当出现非正常状态时，系统自动降低相应流的拉速并发出警报，相应流自动减速，以便使裂口愈口。提供的愈合时间是根据不同钢种预先设定的。自发生报警恢复至正常状态，不需人工操作。,3.冷