发电式传感器及其应用

1、测试技术测试技术 发电式传感器及其应用发电式传感器及其应用第五章内容内容 n压电式传感器压电式传感器n磁电式传感器磁电式传感器n光电式传感器光电式传感器n固态图像传感器固态图像传感器n霍尔传感器霍尔传感器n热电偶传感器热电偶传感器n红外探测器红外探测器5.1.1 5.1.1 压电式传感器基本原理压电式传感器基本原理压电式传感器压电式传感器压电效应：外力作用下在压电材料表面产生电荷压电效应：外力作用下在压电材料表面产生电荷F+q压电式传感器压电式传感器等效电路：两极板上聚集异性电荷，中间为等效电路：两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器绝缘体的电容器压电材料：石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等压电

2、材料：石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等.ooququ CCFFq电极压电晶片Co uq/Co5.1.1 5.1.1 压电式传感器基本原理压电式传感器基本原理压电式传感器压电式传感器结构形式结构形式 两片、四片两片、四片压电材料压电材料串并联组成，提高串并联组成，提高灵敏度灵敏度并联接法：并联接法：电容量大、时间常数大，响应慢电容量大、时间常数大，响应慢测量缓变信号测量缓变信号适合电荷输出适合电荷输出串联接法：串联接法：电容量小、时间常数小，响应快电容量小、时间常数小，响应快测量快变信号测量快变信号适合电压输出适合电压输出5.1.1 5.1.1 压电式传感器基本原理压电式传感器基本原理5.1.2 5

3、.1.2 压电式传感器的应用压电式传感器的应用12345压电式压力传感器结构示意图1压电转换元件 2传感器体 3.弹性膜片4电极 5引线 压电式压力传感器结构示意图，它通常是根据正压电效应（习惯上也称为压电效应）的工作原理制作的。 压电式传感器目前有两种方法可用于压力的实际测量中。一种方法一种方法是利用后续的电压放大器测量电荷在电容上的电压值U；另一种方法另一种方法是利用后续的电荷放大器直接测量电荷Q值。 由于电压放大器自身存在着电压灵敏度随频率及电缆电容变化的不足之处，因此只用于精度要求不高的测量中，而在高精度测量中通常采用电荷放大器。 压电式压力传感器压电式压力传感器5.1.2 5.1.2

4、 压电式传感器的应用压电式传感器的应用使用注意事项：使用注意事项：（）尽管人们在为扩展压电式传感器的使用频率下限方面做出了很大的努力，但将压电式传感器用于静态、准静态信号的测量仍是不可取的但将压电式传感器用于静态、准静态信号的测量仍是不可取的。（）电缆噪声是同轴电缆在振动或交变的弯曲变形时，电缆芯与绝缘体间、金属屏蔽套与绝缘体间发生相对滑移摩擦和分离，而在分离层之间产生的静电荷感应干扰，它将混入主信号中被放大而影响测量精度。减小电缆噪声的方法减小电缆噪声的方法：一是在使用中固定好传感器的引出电缆；二是选用低噪声的同轴电缆。（）接地回路噪声是压电传感器接入二次测量线路或仪表构成测试系统后，由于不

5、同电位处多点接地，形成了接地回路和回路电流所致，克服的根本途径是消除接地回路消除接地回路。常用的方法是在安装传感器时，使其与接地的被测试件绝缘连接，并在测试系统的末端一点接地，这样就大大消除了接地回路噪声。压电式压力传感器压电式压力传感器5.1.2 5.1.2 压电式传感器的应用压电式传感器的应用压电加速度计压电加速度计 图示一种压电加速度传感器的结构图。它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。当加速度计接收振动时，质量块在压电晶体片上产生一交变力，由于质量M是常数，如果应变变化处在压电晶体片线性范围以内，则作用于压电晶体片的力所产生的电荷与

6、加速度成正比，通过测量电荷大小便可得到加速度大小。 压电式加速度传感器结构1压电元件 2预压弹簧 3.外壳4质量块 5基座5.1.2 5.1.2 压电式传感器的应用压电式传感器的应用压电加速度计压电加速度计压缩式压缩式剪切式剪切式弯曲式弯曲式5.1.2 5.1.2 压电式传感器的应用压电式传感器的应用压电加速度计压电加速度计 常见压电加速度计优点优点 尺寸小、重量轻、坚固性好，测量频率范围一般可达1Hz22kHz，加速度范围为02000g，温度范围为150260，输出电平为572mv/g。因此在振动测量中，压电加速度计得到广泛应用。缺点缺点 低频性能差、阻抗高、测量噪声大，特别是用它测量位移时

7、经过两次积分后会使信号减弱，噪声和干扰的影响相当大。 5.1.2 5.1.2 压电式传感器的应用压电式传感器的应用压电加速度计压电加速度计n压电式加速度计的安装压电式加速度计的安装(a) (a) 将加速度计直接用螺栓安装在将加速度计直接用螺栓安装在 振动表面上振动表面上; ; (b) (b) 将加速度计与振动面通过绝缘将加速度计与振动面通过绝缘螺栓或者云母片绝缘相连螺栓或者云母片绝缘相连; ; (c) (c) 用腊膜粘附用腊膜粘附; ; (d) (d) 手持探棒与振动表面接触手持探棒与振动表面接触; ; (e) (e) 通过磁铁与具有铁磁性质的振通过磁铁与具有铁磁性质的振动表面磁性相连动表面磁

8、性相连; ; (fg) (fg) 用粘结剂连结用粘结剂连结 . .其中: (a)可测量强振动和高频率振动，是安装加速度计理想的方法; (e)是常用的方法，方便可靠，但只能测量加速度较小的振动.ui5.2.1 5.2.1 磁电式传感器基本工作原理磁电式传感器基本工作原理磁电式传感器磁电式传感器电磁感应原理电磁感应原理 N匝线圈与磁铁相对运动、切割磁力线匝线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，感应出正比，感应出正比于运动速度的电压于运动速度的电压 磁通磁通变化率取决于：变化率取决于：磁场强度磁场强度B 固定固定线圈运动速度线圈运动速度磁路磁阻磁路磁阻 分类：动圈式、变磁阻式分类：动圈式、变磁阻式dtdN

9、e 常有动圈式和变磁阻式两种结构形式常有动圈式和变磁阻式两种结构形式: 变磁阻变磁阻式常常被用于测量角速度或转轴的转速；式常常被用于测量角速度或转轴的转速； 动圈式动圈式传感器一般被用于测量直线运动速度传感器一般被用于测量直线运动速度. 对于动圈式动圈式，磁场强度为常数，则感应电动势与速度有关，即： dtdxNBLe5.2.1 5.2.1 磁电式传感器基本工作原理磁电式传感器基本工作原理磁电式传感器磁电式传感器l由于有较大的输出功率，故磁由于有较大的输出功率，故磁电式传感器的调理电路一般较简电式传感器的调理电路一般较简单，零位及性能稳定单，零位及性能稳定;l工作频率一般为工作频率一般为1010

10、00Hz。 磁电式速度传感器磁电式速度传感器n绝对绝对速度传感器速度传感器组成：组成：磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼 线圈线圈壳体振动壳体振动磁钢随之振动磁钢随之振动芯轴相对静芯轴相对静止止线圈切割磁力线线圈切割磁力线线圈中感应电势线圈中感应电势感应电势感应电势E=kVE=kV，式中，式中k k为取决于磁感应强为取决于磁感应强度、线圈长度和匝数度、线圈长度和匝数,V,V为绝对振动速度为绝对振动速度弹簧片弹簧片芯轴芯轴线圈线圈磁钢磁钢阻尼环阻尼环壳体壳体5.2.2 5.2.2 磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用磁电式速度传感器磁电式速度传感器n绝对绝对速度传感器速度传

11、感器动态特性动态特性固有频率应该尽可能低固有频率应该尽可能低，但实现有很大困难，但实现有很大困难 由于结构上的原因，固有频率一般取由于结构上的原因，固有频率一般取101015Hz15Hz工作频率：工作频率：15151000Hz1000Hz阻尼比：阻尼环产生阻尼比：阻尼环产生磁阻尼力（磁阻尼力（0.50.70.50.7）222221)(nnnjH5.2.2 5.2.2 磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用磁电式速度传感器磁电式速度传感器n相对相对速度传感器速度传感器芯轴芯轴顶杆顶杆壳体壳体顶杆：相对速度顶杆：相对速度输出电压：正比相对速度输出电压：正比相对速度测量频率：测量频率：0 01kHz1

12、kHz1 1、顶杆、顶杆 2 2、拱形簧片、拱形簧片 3 3、磁钢、磁钢 4 4、线圈、线圈 5 5、引出线、引出线 6 6、壳体、壳体5.2.2 5.2.2 磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用 如果将壳体固定在一试件上，通过压缩弹簧片，使顶杆以力顶住另一试件，则线圈在磁场中运动速度就是两试件的相对速度，此时的速度计就成为相对速度计。磁电式转速传感器磁电式转速传感器5.2.2 5.2.2 磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用 1齿形圆盘 2线圈 3永久磁铁 4铁芯 图为变磁阻式磁电传感器的典型结构图，其中永久磁铁和线圈均固定，动铁心（齿轮转子）的运动使气隙和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈

13、中产生感应电势。当齿轮的转动轴旋转时，每转过一个齿牙时，在线圈中就感应一个电势脉冲。如果将单位时间内的脉冲数除以齿数，则表示该旋转轴的转速 由于这种磁电式传感器对转轴有一定的阻力矩，并且低速时其输出信号较小，故不适应于低转速。磁电式扭矩传感器磁电式扭矩传感器5.2.2 5.2.2 磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用 当扭矩作用在扭转轴上时, 两个磁电式传感器输出的感应电压u1和u2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。 这样传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号，通过测量相位差就可以得到扭矩。光电式传感器光电式传感器光电效应光电效应 在光的照射下，激发物体的在光的照射下，

14、激发物体的电子运动电子运动的现象的现象外光电效应：外光电效应：光能光能 光电流信号光电流信号 电子逸出电子逸出内光电效应内光电效应 改变导电性能改变导电性能5.3.1 5.3.1 光电式传感器基本工作原理光电式传感器基本工作原理光敏三极管光敏三极管光电式传感器光电式传感器半导体光电器件半导体光电器件光敏电阻、光敏二极管光敏电阻、光敏二极管材料的材料的电阻电阻随光照强度的增加而减小随光照强度的增加而减小光电池光电池电流源：材料硒、硅、锗等电流源：材料硒、硅、锗等, ,受光照产生受光照产生光电动势光电动势光敏晶体管光敏晶体管光线通过孔到达光线通过孔到达PN结，获得较大的集电流输出结，获得较大的集电

15、流输出 光敏二极管光敏二极管5.3.1 5.3.1 光电式传感器基本工作原理光电式传感器基本工作原理5.3.2 5.3.2 光电式传感器的应用光电式传感器的应用光电式转速传感器光电式转速传感器n测量原理测量原理通过敏感元件来通过敏感元件来控制照于光电元件光通量的强弱控制照于光电元件光通量的强弱，从而产生与被，从而产生与被测轴转速成比例的电脉冲信号，再转化成相应的转速值测轴转速成比例的电脉冲信号，再转化成相应的转速值n实际应用实际应用反射式光电传感器反射式光电传感器透射式光电传感器透射式光电传感器n优点优点测速范围可达每分钟几十万转测速范围可达每分钟几十万转对被测轴无干扰对被测轴无干扰光源光源光

16、电元件光电元件转轴转轴反光面反光面透镜透镜透镜透镜透镜透镜半透反光膜半透反光膜反射式光电传感器5.3.2 5.3.2 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 右为透射式光电传感器结构示意图。当多孔圆盘随转轴旋转时，光敏元件交替受到光照，产生交替变换的光电动势，从而形成与转速成比例的脉冲电信号，其脉冲信号的频率正比于转轴的转速和多孔圆盘的透光孔数。光电式转速传感器光电式转速传感器5.3.2 5.3.2 光电式传感器的应用光电式传感器的应用光电耦合器光电耦合器光电耦合器是利用发光元件与接受光信号的光敏元件封装为一体而构成电光电转换的器件。加到发光器件上的电信号为耦合器的输入信号，光敏元件的输出信号为

17、耦合器的输出信号。光电耦合器具有无机械触点、噪音低、执行动作快、体积小、寿命长的特点。根据结构和用途的不同，光电耦合器可分为光电隔离器和光电开关两大类。p光电隔离器光电隔离器由发光二极管LED和光敏晶体管封装在同一个管壳内组成，在装配上要使LED辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。光电隔离器的主要应用有：（1）将输入与输出端两部分的地线分隔开，并各自使用一套电源供电；（2）实现电平转换；（3）提高驱动能力以及抗干扰能力。5.3.2 5.3.2 光电式传感器的应用光电式传感器的应用光电耦合器光电耦合器p光电开关 光电开关是通过把光的强度变化转变为电信号变化，并以此来实现控制的一种电子开关。 光电

18、开关以其结构和工作方式的不同，可分为对射式、反光板反射式、扩散反射式对射式、反光板反射式、扩散反射式等类型。图中给出了三种光电开关的工作示意图。在a图中，发光器与接收器分离，当接收器接受光变弱，说明被测物体位于光发射器与接收器之间；b图中，发光器与接收器则集成在一个光电器件内，发光器发出的光经反光板反射后，接收器可以接收光；c图中，发光器与接收器仍然集成在一个光电器件内，但它是利用被测物体反光使接收器产生信号。（a）对射式光电开关 (b) 反射式光电开关 (c) 扩散式光电开关CCDCCD图像传感器图像传感器CCD（Charge Coupled Device）电荷耦合器件电荷耦合器件CCD 组

19、成组成：类似类似马赛克马赛克的网格的网格MOS电容器电容器、聚光镜片以、聚光镜片以及底层的测量矩阵及底层的测量矩阵MOSMOS（Metal Oxide SemiconductorMetal Oxide Semiconductor）电容器电容器像素、像点、感光点像素、像点、感光点构成：在构成：在P PSiSi衬底上淀积金属而构成的一只电容器衬底上淀积金属而构成的一只电容器工作原理：工作原理：在光照射下，感光小单元在光照射下，感光小单元积聚光生载流子积聚光生载流子电荷电荷CCD功能：功能：根据光的强弱积聚相应的电荷，由测量矩阵读出根据光的强弱积聚相应的电荷，由测量矩阵读出CCD厂商：厂商：SONY

20、、Philips、Kodak、Matsushita、FujiPSi金属金属氧化物氧化物载流子载流子/电荷电荷势阱势阱表表面面势势5.4.1 5.4.1 固态图像传感器基本原理固态图像传感器基本原理5.4.1 5.4.1 固态图像传感器基本原理固态图像传感器基本原理CCD的电荷转移过程线型CCD传感器1CCD转移寄存器 2转移控制栅 3积蓄控制电极4PD阵列（1728） SH转移控制栅输入端 RS复位控制 ODV漏极输出OS图像信号输出 OG输出控制器5.4.1 5.4.1 固态图像传感器基本原理固态图像传感器基本原理互补金属氧化物场效应管CMOS（Complement Metal Oxide

21、Semiconductor） 光电传感器也已在电脑、笔记本电脑、掌上电脑、视频电话、扫描仪、数码相机、摄像机、监视器、车载电话、指纹认证等图像输入领域得到广泛应用。CMOS和CCD使用相同感光元件，具有相同的灵敏度和光谱特性，但光电转换后的信息读取方式不同。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。5.4.2 5.4.2 固态图像传感器的工程应用固态图像传感器的工程应用1.1.铝板宽度的自动检测铝板宽度的自动检测热轧铝板宽度自动检测原理图 两个CCD线型传感器置于铝板的上方，板端的一小部分处于传感器的视场内，依据几何光学方法可以分别测知L1、 L2，在已知两个

22、传感器的视场间距Lm 时就可以根据传感器的输出计算出铝板宽度L5.4.2 5.4.2 固态图像传感器的工程应用固态图像传感器的工程应用2.2.二维零件尺寸的在线检测二维零件尺寸的在线检测CCD线阵式摄像机作二维零件尺寸的在线检测 图为用CCD线阵式摄像机作流水线零件尺寸在线检测的应用实例。 当零件在生产线上一个接一个地经过CCD摄像机镜头时，CCD传感器逐行扫过零件的整个面积，将零件轮廓形状转换成逐行数据(电平信号)进行存储，存储的数据再经过数据处理后最终可重构出零件的轮廓形状，并计算出零件的各部分尺寸。5.4.2 5.4.2 固态图像传感器的工程应用固态图像传感器的工程应用3.3.机器人视觉

23、系统机器人视觉系统机器人目标定位系统 机器人视觉系统可采用摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器等，其中CCD图像传感器是常采用的一种。如图所示是将CCD应用于机器人的目标定位中，其中，将CCD图像传感器置于末端执行器中，在机器人进行装配、搬运等工作时，利用CCD视觉系统对一组需装配的零部件逐个进行识别，并确定它在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配任务。霍尔传感器霍尔传感器霍尔效应霍尔效应 金属或半导体金属或半导体薄片薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生直于电流和磁场的方向上将产

24、生电动势电动势霍尔电压霍尔电压霍尔电压霍尔电压U UH H与通过与通过电流电流I I和磁感应强度和磁感应强度B B成正比成正比d d越小，越小，k kH H就越大（薄膜霍尔元件就越大（薄膜霍尔元件d d为为1m1m左右）左右） 磁场磁场B 工作工作 电流电流 I 感应电势感应电势 半导体薄片半导体薄片 lxbxd 霍尔电势霍尔电势UH HHUBK I5.5.1 5.5.1 霍尔传感器基本工作原理霍尔传感器基本工作原理霍尔传感器霍尔传感器霍尔元件霍尔元件 N N型半导体材料：锗、硅、锑化铟、砷化铟型半导体材料：锗、硅、锑化铟、砷化铟特性特性尺寸小、特别是尺寸小、特别是厚度很小厚度很小，可以放到磁

25、场的空隙中，因而很方便；，可以放到磁场的空隙中，因而很方便；输出信号大，灵敏度可达输出信号大，灵敏度可达12mV/mA-T12mV/mA-T输出电阻小输出电阻小，只有，只有0.51000.5100欧姆欧姆建立霍尔电势的时间极短（建立霍尔电势的时间极短（1010-12-1210101414s s），高频测量），高频测量应用应用 直接测量：磁场直接测量：磁场B B、电流、电流I I 间接测量：位移、厚度、重量、转速间接测量：位移、厚度、重量、转速5.5.1 5.5.1 霍尔传感器基本工作原理霍尔传感器基本工作原理霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器测转速测转速在传感器内用在传感器内用稀土磁钢稀土磁钢给

26、霍尔器件建立初始磁场给霍尔器件建立初始磁场磁偏置磁偏置铁磁齿经过霍尔器件前方时，引起该磁场发生变化；铁磁齿经过霍尔器件前方时，引起该磁场发生变化；霍尔器件检测、转换成一个交变信号，内置电路进行放大、霍尔器件检测、转换成一个交变信号，内置电路进行放大、整形，输出整形，输出开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器 型号型号:OCH41:OCH41输入频率：输入频率：0 020KHz 20KHz 输出信号：输出信号：0 020V20V矩形脉冲矩形脉冲使用温度范围：使用温度范围：-40-40125 125 工作电源：工作电源：12V 12V 24VDC/20mA24VDC/20mA传感器端面部中心应对准齿顶中

27、心安装，推荐安装间隙传感器端面部中心应对准齿顶中心安装，推荐安装间隙0.80.81.2 mm1.2 mm5.5.2 5.5.2 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用5.5.2 5.5.2 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器 （a) （b） ( c) 霍尔式曲轴转角传感器 (a)霍尔式曲轴转角传感器结构示意图； (b)触发叶片进入空气间隙，霍尔元件中的磁场被旁路; (c)触发叶片离开空气隙，霍尔元件被磁场饱和1信号轮的触发叶片 2霍尔元件 3永久磁铁 4底板 5导磁板5.5.2 5.5.2 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器 几种霍尔式转速

28、传感器的结构5.5.2 5.5.2 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔位置开关霍尔位置开关霍尔传感器测量物体位置1带集成电路的霍尔探测器2永磁铁 3导磁铁片 4软磁铁片 图示是采用霍尔元件测量物体位置的原理。图中霍尔传感器1位于一由永磁铁2产生的磁场中。在上部的气隙中有一软铁片4可上下移动，由此来控制流经霍尔板的磁通量，该磁通则用来度量软磁铁片的位置。该霍尔电压通过一电子线路中进行检测，该电子线路仅产生两个离散的电平，即0V和12V。因此上述装置可用作终端位置开关，用来无接触地监测机器部件的位置。5.5.2 5.5.2 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔式损伤检测霍尔式损伤检测霍尔效应钢丝

29、断丝检测装置1钢丝绳 2霍尔元件 3永久磁铁 图为是采用霍尔效应对钢丝绳作断丝检测的例子。当钢丝绳通过霍尔元件时，钢丝绳中的断丝会改变永久磁铁产生的磁场，从而会在霍尔板中产生一个脉动电压信号。对该脉动信号进行放大和后续处理后可确定断丝根数及断丝位置。热电效应：将温度信号转换成热电势热电效应：将温度信号转换成热电势 当当不同材料不同材料的两导体和的的两导体和的两个结两个结点处温度不同点处温度不同时时，则回路中产生热电势，则回路中产生热电势 0000,ttetettetetteAABBABAB导导体体A导导体体B teAB 0teAB0,tteA0,tteB高温端高温端t低温端低温端t0e eAB

30、AB（t,tt,t0 0）金属金属A A和温度和温度t t分别表示热电偶的正极和测量分别表示热电偶的正极和测量端端, ,后面的金属后面的金属B B和温度和温度t t0 0分别表示热电偶的负极和参考端分别表示热电偶的负极和参考端5.6.1 热电偶传感器原理热电偶传感器原理 中间导体中间导体定律定律 在热电偶回路中加入第三种导体在热电偶回路中加入第三种导体C C，只要其两端温度相同，热电偶产生的热电势只要其两端温度相同，热电偶产生的热电势保持不变保持不变不受第三金属接入的影响不受第三金属接入的影响5.6.1 热电偶传感器原理热电偶传感器原理(1)结构简单，制造方便，价格便宜；(2)测温精确度较高，

31、高温区的复现性和稳定性很好；(3)由于测温显示电信号，便于信号的远传和记录，也有利于集中检测和控制；(4)热电偶体积小，热容量及热惯性均小热电偶温度传感器能用来测量点的温度和壁面温度，也能用来进行动态温度测量 热电偶传感器的优点热电偶传感器的优点工程中常见的热电偶传感器5.6.1 热电偶传感器原理热电偶传感器原理接触电势接触电势：接触点电子密度不相同而形成的：接触点电子密度不相同而形成的电位差电位差温差电势：温差电势：金属导体两端温度不同而可产生金属导体两端温度不同而可产生的热电势的热电势等温时为零等温时为零热电偶回路热电势热电偶回路热电势：下图热电偶回路分析：下图热电偶回路分析基本概念基本概

32、念T0mvT0A AB BC CC CT热电偶回路的总电势即为四个电势的代数和，即 0000,TTETETTETETTEAABBABAB 右边第1、3项表示T、T0处接触电势，第2、4项表示A、B的温差电势5.6.2 热电偶的分类热电偶的分类热电极的材料要求热电极的材料要求p 物理化学性质稳定，电阻温度系数小，力学性能好， 所组成的热电偶灵敏度高，复现性好p 希望热电势与温度之间的函数关系能呈线性关系热电偶分类方法热电偶分类方法p 按其热电势与温度的关系以及使用性能可分为常用 热电偶和特殊热电偶。p 按其适应的温度范围不同可分为高、中温热电偶和 低温热电偶。p 按其结构形式不同可分为铠装式、插

33、入式和裸线式 热电偶。5.6.2 热电偶的分类热电偶的分类1.1.铂铑铂热电偶（铂铑铂热电偶（LBLB型）型） 铂铑铂热电偶正极为铂铑合金丝，负极为纯铂丝，其物理化学性能稳定，测量精度高，常用于精密温度测量和作为基准温度计使用。它可用于中、高温区的温度测量，通常使用范围为3001300，短期可达1600。但灵敏度较低，室温下为 且价格昂贵，较少在中低温度下使用/6 V2.2.镍铬镍硅热电偶（镍铬镍硅热电偶（EUEU型）型）镍铬镍硅热电偶以镍铬为正极，镍硅为负极，其化学性能很稳定，灵敏度高（室温下为 ），成本低，价格低廉，非常适合于中高温的测量，常用工作范围1001000，短期可达1300。/4

34、1 V5.6.2 热电偶的分类热电偶的分类3.3.铜康铜热电偶（铜康铜热电偶（CKCK型）型） 铜康铜热电偶以铜和康铜作为正负电极，由于铜丝和康铜丝容易做到材质均匀，性能稳定，复现性好，而且价格便宜，故广泛应用于液氮温区（80K）至室温的测量，其室温下灵敏度达 ，在液氮温度下为 在中、低温区铜康铜热电偶是科研工作首选的测温仪表之一4.4.镍铬康铜热电偶镍铬康铜热电偶 镍铬康铜热电偶以镍铬为正极，康铜为负极，综合了镍铬镍硅热电偶和铜康铜热电偶的一些优点，可以适应于80K500的温区。它的最大优点是灵敏度高，室温下达 ，对测量小温差是有利的。/40 V/16 V/70 V5.6.2 热电偶的分类热

35、电偶的分类5.5.镍铬金铁热电偶镍铬金铁热电偶 几乎所有热电偶随着温度下降，热电势减小，且灵敏度也下降。这一特性对于低温测量是不利的，一般热电偶最低只能用于80K以上温区。而近几十年发展起来的镍铬金铁热电偶却较好地克服了这一缺点，可以工作在1300K温区，1K时灵敏度为 ，为康铜的30倍。此外它具有稳定性好、热导率低的优点，对低温测量是有利的。 镍铬金铁热电偶正极为镍铬，负极为金铁。金铁丝是在纯金中掺入微量的铁原子融合而成，随着掺入铁原子比例的增加，热电偶在低温段的灵敏度下降而在高温段灵敏度上升，铂铑铂热电偶和镍铬镍硅热电偶作为中高温度计，铜康铜、镍铬康铜以及镍铬金铁热电偶作为中低温温度计。k

36、V /10红外辐射红外辐射温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出射出红外线红外线，波长在，波长在0.760.76100m100m物体温度愈高，则辐射到空间去的能量愈多物体温度愈高，则辐射到空间去的能量愈多 红外线黑体辐射强度与波长及温度之间的关系黑体辐射强度与波长及温度之间的关系5.7.1 5.7.1 红外探测器基本工作原理红外探测器基本工作原理红外探测器：红外探测器：辐射能辐射能电能电能（1）热探测器：）热探测器：热电偶型、气动型、热释电型热电偶型、气动型、热释电型1）热电偶型：）热电偶型：多对热电偶串连相接多对热电偶串连相接

37、 辐射能辐射能红外辐射透镜红外辐射透镜热端热端5.7.1 5.7.1 红外探测器基本工作原理红外探测器基本工作原理红外探测器：红外探测器：辐射能辐射能电能电能（1）热探测器：）热探测器：热电偶型、气动型、热释电型热电偶型、气动型、热释电型2）气动型）气动型吸收红外辐射后，吸收红外辐射后，气室气室的气体温度升高、体积增大的气体温度升高、体积增大红外辐射红外辐射透镜透镜透红外窗口透红外窗口吸收薄膜吸收薄膜气室气室柔镜柔镜可见光源可见光源光栅光栅光栅图光栅图像像反射镜反射镜反射镜反射镜光电管光电管透镜透镜柔镜移动柔镜移动光栅图像栅状光栏光栅图像栅状光栏相对位移相对位移改变光量改变光量光电管光电管5.

38、7.1 5.7.1 红外探测器基本工作原理红外探测器基本工作原理铁电体绝缘电阻负载红外探测器：红外探测器：辐射能辐射能电能电能（1）热探测器：）热探测器：热电偶型、气动型、热敏电阻型、热释电型热电偶型、气动型、热敏电阻型、热释电型3）热释电型）热释电型热释电效应：热释电效应：在红外辐射下，由于温度升高，引起在红外辐射下，由于温度升高，引起铁电体铁电体极化强度下极化强度下降，即降，即表面电荷减少表面电荷减少，这相当释放一部分电荷，这相当释放一部分电荷 转换元件：转换元件：热释电晶体热释电晶体（锆钛酸铅等（锆钛酸铅等 ）转换电路：转换电路：热释电晶体热释电晶体与负载电阻联接，在红外辐射下，负载与负

39、载电阻联接，在红外辐射下，负载电阻两端就有信号输出电阻两端就有信号输出自动门自动门/水龙头水龙头/安检安检5.7.1 5.7.1 红外探测器基本工作原理红外探测器基本工作原理光子探测器 红外探测器：红外探测器：辐射能辐射能电能电能（2）光子探测器）光子探测器photon detector 辐射能量是以微粒形式存在的，这种微粒称为辐射能量是以微粒形式存在的，这种微粒称为光子或量子光子或量子光电效应：光电效应：光子与探测器材料直接作用，产生光子与探测器材料直接作用，产生内光电效应内光电效应，使得，使得载流子载流子(电子空穴对电子空穴对)增加而产生光致电动势增加而产生光致电动势 光电、光电导及光生伏打光电、光电导及光生伏打等探测器等探测器光子探测器的探测率一般比热探测器要大光子探测器的探测率一般比热探测器要大1至至2个数量级，其个数量级，其响应时间为微秒或纳秒级响应时间为微秒或纳秒级选择性：光子能量与波长有关系，所以光子探测器仅对具有选择性：光子能量与波长有关系，所以光子探测器仅对具有足够能量的光子