机械工程测试技术基础3-1

3.1概述1.传感器定义传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。

物理量电量

目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。第3章常用传感器2.传感器的构成

传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。传感器可以用来探测人们无法用感官直接感知的事物，比如：用热电偶测得物体的温度，用超声波感知海水深度及水下地貌形态等。3.传感器的分类1)按被测物理量分类常见的被测物理量机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,

旋转角,转数,质量,重量,力,

压力,真空度,力矩,风速,流速,

流量;声:声压,噪声.磁:磁通,磁场.温度:温度,热量,比热.光：亮度，色彩2)按工作原理分类:机械式,电气式,光学式,流体式等.3)按信号变换特征分类:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.

例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.不同情况下，传感器可能只有一个，也可能有几个换能元件，也可能是一个小型装置。

机械式传感器是以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以是力、压力或温度等物理量，输出则是弹性元件本身的弹性变形。该弹性变形可以转变成其他形式的变量，如被测量可放大而成为仪表指针的偏转，借助刻度指示出被测量的大小。优点：结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观。§2机械式传感器及仪器弹性敏感元件：弹性体输入量：力、压力、温度等物理量输出量：弹性体本身的弹性变形为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感器（如电容等）将位移量转换成电信号输出。被测量→弹性元件→位移量→其他型式的传感器→电信号输出弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。蠕变:金属在一定的压力和温度作用下逐渐产生塑性变形的现象。弹性后效：加载(或卸载)后经过一段时间应变才增加(或减小)到一定数值的现象。微型探测开关能把物体的运动、位置或尺寸变化转换为接通、断开信号。它由两个簧片组成，在常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时，簧片被磁化而接合，成为接通状态；只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时，簧片才会被磁化而接合，从而表达了有一件工件通过。

§3电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器电阻式传感器：是一种把被测量（如位移、速度、力、加速度等）转换为电阻变化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和电阻应变式两类。电阻式传感器变阻器式电阻应变片式线性线绕非线性线绕金属应变片半导体应变片工作原理特性曲线材料电阻应变式压力传感器变阻器式传感器１、变阻器式传感器

变阻器式传感器也称为电位计式传感器,它通过改变电位器触头位置,把位移转换为电阻的变化。式中——电阻率

l——电阻丝长度

A——电阻丝截面积如果电阻丝直径和材质一定时,则电阻值随导线长度而变化。常用变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等。直线位移型若触点B沿变阻器移动x,则C点与A点之间的电阻值为：传感器灵敏度：当导线分布均匀时，kl为一常数，这时传感器的输出（电阻）与输入（位移）成线性关系。

回转型变阻式传感器若单位弧度对应的电阻值为ka，电阻值随电刷转角而变化，其灵敏度为当导线分布均匀时，传感器的输出（电阻）与输入（位移）成线性关系。

非线性变阻器式传感器又称为函数电位器。其骨架形状根据要求的输出f(x)来决定。例如,输出f(x)=kx2,其中x为输入位移,为要得到输出电阻值R(x)与f(x)成线性关系,变阻器骨架应做成直角三角形。如果输出要求为f(x)=kx3,则应采用抛物线形骨架。输入与变阻器位移成某种函数关系，但输出与输入仍成线性。因为

且输出要求与f(x)成线性关系

则

设Ｃ点变阻器高度为r(x)，则有：

结果表明，传感器形状为三角形，显然三角形的厚度会引起误差，因此x和高度要远大于厚度。

因为

且输出要求与f(x)成线性关系

则

设Ｃ点变阻器高度为r(x)，则有：

结果表明，传感器形状为三角形，显然三角形的厚度会引起误差，因此x和高度要远大于厚度。

当接一负载，传感器的输出电压为

电位计式传感器通常用电阻丝绕在框架上，改变电阻丝的接入长度，引起输出电阻的改变。特点：结构简单、性能稳定、可靠，使用方便；但受电阻丝直径的限制，分辨力不高，精度低，动态响应差。且由于磨损与尘埃等，引起接触电阻变化，从而引入噪声。应用：可用来测位移及可变成位移的物理量。２、电阻应变式传感器

电阻应变式传感器用于应变、力、位移、加速度、扭矩等参数测量。具有体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。在航空、船舶、机械、建筑等行业里获得广泛应用。将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类。1)、金属电阻应变片常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作原理都是基于应变片发生机械变形时,其电阻值发生变化。金属丝电阻应变片(又称电阻丝应变片)出现得较早,现仍在广泛采用。其典型结构是把一根具有高电阻率的金属丝(康铜或镍铬合金等,直径0.025mm左右)绕成栅形,粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间,由引出导线接于电路上。

箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属薄栅，厚度在0.003-0.010mm。其优点是表面积与截面积之比大，散热条件好，允许通过电流较大，可制成各种需要的形状，便于大批量生产。

工作原理上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数金属应变片的电阻R为代入有：金属丝：金属丝轴向伸长径向必缩短：（泊松定律）有：对金属材料，导电率变化很小：表明了电阻相对变化率与应变成正比，一般用Sg表征电阻应变片的应变或灵敏度。5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。２)、半导体应变片

工作原理——基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时,其电阻率发生变化的现象。由半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，其电阻率发生很大变化。根据式简化为：灵敏度这一数值比金属丝电阻应变片大50-70倍。区别：金属丝电阻应变片是利用导体的形变引起电阻的变化，半导体应变片是利用半导体电阻率引起电阻的变化优点：灵敏度大;体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。电阻应变式传感器的应用实例请同学们自己阅读案例：桥梁固有频率测量3.2电阻式传感器案例：冲床生产记数和生产过程监测二、电容传感器电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置。它实质上是一个具有可变参数的电容器。两个平行极板组成的电容器其电容量式中ε—极板间介质的相对介电常数,在空气中ε=1;

ε。—真空中介电常数,εo=8.85×10-12F/m;

—极板间距离;

A—极板面积。+++

A

δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。a)极距δ变化型+++

+++

电容传感器拍手实验驻极体麦克风的工作原理是：当人声通过空气使振膜震动，从而使上振膜和下金属铁片的距离产生变化，使其电容改变，形成电流。进一步解释来说就是：话筒中“电容”的一个极板固定，另一个极板在一个振动薄膜上，人说话时，薄膜随着声波的强弱振动，也就是电容的两个极板间距在变动，电容的容量也在变动，再用话筒中的高输入阻抗的场效应管将信号放大，再经外置功放去推动扬声器还原成声音。驻极体电容传声器它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。驻极体话筒是电容话筒的一种。电容话筒的基本原理就是用一个电容器作为声信号——电信号的转化器，这个电容的一个极板可以感应声压的变化，起到声信号摄入的作用。通常这一极由金属化的高分子膜片构成，与另一极构成一个极间距离可以改变的可变电容。在有声压作用时，膜片发生振动，振动强度、振动频率都由即时声压决定，电容容量也相应的随声信号而发生变化。假如此时已经给电容加上了一个恒定的电压，那么电容容量的改变将使得电容上极化的电荷量发生改变，从而在电容两端产生一个电信号，达到声—电信号转换。某些材料在加上电荷后可以基本上永久性的保存住这些电荷，这就是通常所说的驻极体材料，使用这些材料的话筒就是所谓的驻极体电容话筒。电容话筒拾声单元有两个极，其中的一极是可以振动的金属化膜片，另一极则为金属极板。对驻极体电容话筒来说，就是将其中一个极用驻极体材料制成或加上驻极体材料，利用驻极体材料本身可以保存电荷的特点，由驻极体提供正常工作所需恒定电压。这样省去了提供给话筒极头工作所需电源电压的部分，结构简单，体积也小。依据使用驻极体材料的位置，又可分为膜片式和背极式两种。早期驻极体话筒多采用膜片式，即使用驻极体材料制作膜片，工艺相对简单，技术要求不高。但是由于使用驻极体材料制作的膜片的音质效果并不是很好，现在的驻极体话筒多采用背极式，即在电容的另一极（背极）上附着驻极体材料、极化电荷，而膜片材料则可从拾音角度考虑，选择音质效果较好的材质的膜片。从目前技术发展来看，背极式传声器是驻极体话筒的一个趋势。

驻极体话筒的品质主要受两个方面的影响：一、膜片的品质，这个方面和电容话筒是一样的。二、内置场效应晶体管的品质。这种晶体管，必须是低噪声宽频响的。因为它是对信号的第一级放大，所以要求比较高。驻极体传声器相对于一般电容传声器来说，生产工艺简单，成本低，适于大批量生产。同时体积较小，使用时比较方便，广泛应用于多种场合，比如一般会议场合，语音通讯系统，如电话机、摄像机、手机、复读机等等。但驻极体话筒拾声的音质效果相对差些，多用在对于音质效果要求不高的场合。不过，目前也有一些驻极体话筒，品质已经达到了电容话筒的品质。在一些测量话筒和一些小型传声器上有广泛的应用。

如果两极板互相覆盖面积及极间介质不变,则电容量C与极距呈非线性关系。当极距有一微小变化量d时,引起电容的变化量dC为

得到传感器灵敏度

灵敏度S与极距平方成反比,极距越小灵敏度越高。为减小非线性误差，该类传感器通常用于测量微小位移。

优点是可进行动态非接触式测量，灵敏度较高，可适用于较小位移的测量，缺点是具有非线性特性。b)面积变化型角位移型+++

面积变化型角位移型线位移型角位移型。当动板有一转角时,与定板之间相互覆盖面积就改变,因而导致电容量改变。由于覆盖面积

α——覆盖面积对应的中心角;r——极板半径。

所以电容量

灵敏度

输出与输入成线性关系。

平面线位移型电容传感器式中b——极板宽度。面积型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移测量。c)介质变化型利用介质介电常数的变化将被测量转换为电量的传感器。用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、温度和湿度等,也可用来测量空气的湿度。3测量电路a)电桥电路b)谐振电路d)运算放大器电路例1：极板间距式电容式传感器，极板半径r=4mm，间隙δ=0.5mm，极板介质为空气，试求其灵敏度。若极板移动，求其电容变化。1）掌握电容式传感器原理，写出电容的表达式。2)掌握灵敏度的概念，列出电容式传感器灵敏度的计算公式。(3)带入给定参数计算Δc=s×Δδ=2.847×10-7×2×10-3=5.694×10-10(F)5.为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？答：(1)传感器两极板之间的电容很小，仅几十个μμF，小的甚至只有几个μμF。(2)而传感器与电子仪器之间的连接电缆却具有很大的电容，如屏蔽线的电容最小的l米也有几个μμF，最大的可达上百个μμF。这不仅使传感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，使输出不真实，给测量带来误差。(3)解决的办法，一种方法是利用集成电路，使放大测量电路小型化，把它放在传感器内部，这样传输导线输出是直流电压信号，不受分布电容的影响;(4)另一种方法是采用双屏蔽传输电缆，适当降低分布电容的影响。由于电缆分布电容对传感器的影响，使电容式传感器的应用受到一定的限制。三电感式传感器

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型3.4电感式传感器3.4.1自感型--可变磁阻式δ原理:电磁感应原线圈的等效阻抗Z变化：Z=Z(δ,ρ,μ,ω)案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。思考题：1、电容式传感器的工作原理是什么？2、电感式传感器可分为几类？3、何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？4、请设计几种测量物体位移的方法，描述其基本原理。

3.6:压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。一、压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应（PiezoelectricEffect）。在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械振动。当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。例如，音乐贺卡中的压电片就是利用逆压电效应而发声的。自然界中与压电效应有关的现象很多。举例：在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破碎的一瞬间，发出暗淡的蓝色闪光，这是强电场放电所产生的闪光，产生闪光的机理也是晶体的压电效应。又例：在敦煌的鸣沙丘，当许多游客在沙丘上蹦跳或从鸣沙丘上往下滑时，可以听到雷鸣般的隆隆声。产生这个现象的原因是无数干燥的沙子（SiO2晶体）在重压引起振动，表面产生电荷，在某些时刻，恰好形成电压串联，产生很高的电压，并通过空气放电而发出声音。再例：在电子打火机中，多片串连的压电材料受到敲击，产生很高的电压，通过尖端放电，而点燃火焰。三、压电加速度传感器的安装及使用理论上压电加速度传感器应与被测振动体刚性连接。但在具体使用中，压电振动加速度传感器安装使用方法如图所示。压电振动加速度传感器安装使用方法a）双头螺钉固定法b）磁铁吸附法c）胶水粘结法d）手持探针式法1－压电式加速度传感器2－双头螺栓3－磁钢4－黏接剂5－顶针提示：压电式振动加速度传感器必须与被测振动加速度的机件紧固在一起。传感器受机械运动的振动加速度作用，压电晶片受到质量块惯性引起的交变力（F=ma），从而产生电荷。弹簧是给压电晶片施加预紧力的，以防损坏压电片。1）用于长期监测振动机械的压电加速度传感器应采用双头螺栓牢固地固定在监视点上，如图a所示。2）短时间监测低频微弱振动时，可用磁铁将钢质传感器底座吸附在监测点上，如图b所示。3）测量更微弱的振动时，可以用环氧树脂或瞬干胶将传感器胶接在监测点上，如图c所示。4）在对许多测试点进行定期巡检时，也可采用手持探针式加速度传感器。使用时，用手握住探针，紧紧地抵触在监测点上，如图d所示。此方法方便，但重复性差，使用频率上限在500Hz以下。为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?

由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。请同学们回答常用的压电材料有哪些?最具代表性的是什么材料？普遍应用的是什么材料？最早使用的压电陶瓷是什么？何为居里点？高分子压电薄膜的用途？前置放大器的主要用途？电压放大器和电荷放大器的区别？压电传感器常用于测量什么？压电式力传感器的主要形式？检测机床主轴转速，发电机实验：用微型发电机制作机械式转速表3.7磁敏元件传感器请同学们阅读有关半导体材料的基本情况3.7.1霍尔元件V=KHIBsinα导体或半导体薄片置于磁场B中，在相对两侧通以电流I，在垂直于电流和磁场的方向上将产生一个大小与电流I和磁感应强度B的乘积成正比的电动势。这一现象称为霍尔效应。该电势称为霍尔电势，该薄片称为霍尔元件。KH—霍尔元件灵敏度。它与材料的物理性质和几何尺寸有关，它决定霍尔电势的强弱。霍耳电势应为：

VH＝KH

IB

VH＝KHIBSinθ

注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍耳电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍耳电势并不改变方向。汽车手柄转角测量•特点•电阻的增量与磁场的平方成正比；•与磁场的正负无关；•温度系数影响大；•磁感应的范围比霍尔元件大。•应用•磁头；接近开关和无触点开关。磁阻元件：利用半导体材料的磁阻效应来工作的。所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了。本年度，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小”。格林贝格尔早在1988年，费尔和格林贝格尔就各自独立发现了这一特殊现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。那时，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁阻效应（GiantMagneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/铬/铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的体积小而灵敏的数据读出头（ReadHead）。这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化生产的数据读取探头是由IBM公司于1997年投放市场的，到目前为止，巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解答了这个问题。他用两张图片的对比说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。正因为有了这两位科学家的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。目前，根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。正如一位中国科研人员所言：“看看你的计算机硬盘存储能力有多大，就知道他们的贡献有多大了。”或许我们这才明白，司空见惯的笔记本电脑、MP3、U盘等消费品，居然都闪烁着耀眼的科学光芒。诺贝尔奖并不总是代表着深奥的理论和艰涩的知识，它往往就在我们身边，在我们不曾留意的日常生活中。众所周知，计算机硬盘是通过磁介质来存储信息的。一块密封的计算机硬盘内部包含若干个磁盘片，磁盘片的每一面都被以转轴为轴心、以一定的磁密度为间隔划分成多个磁道，每个磁道又被划分为若干个扇区。磁盘片上的磁涂层是由数量众多的、体积极为细小的磁颗粒组成，若干个磁颗粒组成一个记录单元来记录1比特（bit）信息，即0或1。磁盘片的每个磁盘面都相应有一个磁头。当磁头“扫描”过磁盘面的各个区域时，各个区域中记录的不同磁信号就被转换成电信号，电信号的变化进而被表达为“0”和“1”，成为所有信息的原始译码。最早的磁头是采用锰铁磁体制成的，该类磁头是通过电磁感应的方式读写数据。然而，随着信息技术发展对存储容量的要求不断提高，这类磁头难以满足实际需求。因为使用这种磁头，磁致电阻的变化仅为1％～2％之间，读取数据要求一定的强度的磁场，且磁道密度不能太大，因此使用传统磁头的硬盘最大容量只能达到每平方英寸20兆位。硬盘体积不断变小，容量却不断变大时，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。1997年，全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头问世。正是借助了巨磁阻效应，人们才能够制造出如此灵敏的磁头，能够清晰读出较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。新式磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。本模块采用磁性检测原理来探测钢管缺陷。探头由磁铁和可检测磁场强度的霍尔传感器组成。磁铁与被测的铁磁材料工件间形成磁路，若工件上有缺陷，则磁路的磁阻增大，霍尔传感器附近的磁场强度变弱。当探头在试件表面移动时，正常情况下磁场强度是不变的，当试件表面有缺陷的时候，会产生一个磁场的跳变，通过监测磁场的跳变即可进行试件的探伤。热电偶传感器温度测量的基本概念

一、温度测量的基本概念

温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。

模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！低温高温二、温标1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。

几种温标的对比正常体温为37C，相当于华氏温度多少度？98.6热力学温标（K）

热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K）。威廉·汤姆逊·开尔文勋爵像1990国际温标(ITS-90)

从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01C）等。

三、温度测量及传感器分类温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。

介绍几种温度测量方法

示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇低温时显示蓝色温度升高后变为红色体积热膨胀式

不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。

气体的体积与热力学温度成正比热电偶测温的主要优点

1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；

2、测温范围广：下限可达-270C，上限可达1800C以上；3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

热电偶的工作原理

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB通过以上演示得出结论

——有关热电偶热电势的讨论热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt的函数：EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）热电势大致与两个结点的温差Δt

成正比从实验到理论：热电效应

1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）

。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

热电偶的种类及结构

八种国际通用热电偶：

B:铂铑30—铂铑6、R:铂铑13—铂、S:铂铑10—铂、K:镍铬—镍硅、N:镍铬硅—镍硅、E:镍铬—铜镍、J:铁—铜镍、T:铜—铜镍

用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝几种常用热电偶的测温范围及热电势

5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析

哪几种热电偶的测温上限较高？结论：哪几种热电偶的线性较差？

哪一种热电偶的灵敏度较高？

哪一种热电偶的灵敏度较低？热电偶的分度表

——热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。

直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0C。

普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）

BA绝缘材料铠装型热电偶横截面铠装型热电偶

铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。

铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。

隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒电缆线隔爆型热电偶

结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放电时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。

使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。其他热电偶外形小形K型热电偶请同学们回答：我们如