《传感器与检测技术》课件-项目7 温度检测

传感器与检测技术红外传感器的功能红外传感器的结构红外传感器的应用温度检测-红外传感器热敏电阻的测温原理

红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器，也常称为红外探测器。

1、红外传感器的功能1、红外传感器的功能红外辐射基本知识红外辐射（红外线）是一种人眼看不见的光线，波长范围大致在0.76～100μm。任何温度高于热力学零度（-273.15℃）的物体都会辐射红外线。红外传感器一般由光学系统、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。红外探测器种类很多，常见的有两大类：红外热探测器和红外光子探测器。光子效应辐射热效应2、红外传感器的结构红外传感器的分类2、红外传感器的结构热释电传感器热释电报警器热释电套件2、红外传感器的结构热释电传感器热释电报警器

吸顶式热释电报警器2、红外传感器的结构热释电传感器2、红外传感器的结构红外辐射温度计3、红外传感器的应用热释电红外探测器警戒系统

热释电人体红外线传感器是20世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，并迅速在防盗报警、自动控制、接近开关、遥控等领域广泛应用。

人体的温度一般在37°C左右，会发出10左右波长的红外线。在红外探测器的警戒区内，当有人体移动时，热释电人体红外线传感器感应到人体温度与背景温度的差异信号，产生输出。热释电人体红外线传感器的结构和滤光窗的波长通带范围(8～14)决定了它可以抵抗可见光和大部分红外线、环境及自身温度变化的干扰，只对移动的人体敏感。显然，当人体静止或移动很缓慢时，传感器也不敏感。3、红外传感器的应用热释电红外探测器警戒系统红外警戒系统工作原理框图

红外线辐射温度计

用于食品温度测量集成IC温度测量3、红外传感器的应用红外辐射测温仪3、红外传感器的应用红外辐射测温仪使用红外辐射测温仪检测电控柜、天花板内的布线层的温度红外辐射测温仪的基本组成包括光学系统、红外探测器、信号调理电路、显示输出等部分。3、红外传感器的应用红外辐射测温仪

1．红外传感器的功能

2．红外传感器的结构小结

3．红外传感器的应用热电偶的功能热电偶的结构热电偶的工作原理温度检测-热电偶1、热电偶的功能

热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。

各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。2、热电偶的结构普通热电偶铠装热电偶薄膜热电偶示意图192、热电偶的结构2、热电偶的结构热电极（热端）绝缘子保护管接线盒冷端普通型热电偶结构示意图2、热电偶的结构2、热电偶的工作原理热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶利用导体或半导体的热电效应将温度的变化转换成电动势的变化。

将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。2、热电偶的工作原理热电效应两种不同材料的导体所组成的回路称为热电偶，组成热电偶的导体称为热电极，热电偶所产生的电动势称为热电势。热电偶的两个结点中，置于温度T（t）的被测对象中的结点称之为测量端（工作端或热端）；而置于参考温度为T0（t0）的另一结点称之为参考端（自由端或冷端）。2、热电偶的工作原理热电效应

热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定。接触电势A的自由电子向B扩散，形成A到B的电场。在电场作用下，电子反向运动，动态平衡时，A与B之间的电位差就是接触电动势。热电势2、热电偶的工作原理

温差电势导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。导体两端产生了一个由热端指向冷端的静电场。静电场阻止电子从热端向冷端移动，最后达到动态平衡，使导体两端产生电势，即温差电动势。热电势2、热电偶的工作原理AB

热端接触电动势冷端接触电动势A导体的温差电动势B导体的温差电动势温差电动势＜接触电动势热电势2、热电偶的工作原理tt0EAB(t)

EAB(t0)热电偶的等效电路图2、热电偶的工作原理当热电偶两电极材料确定后，热电动势便只是两接点温度的函数。当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电势就只与温度T有关系，即：

EAB(T,TO)=eAB(T)-c

=f(T)29实际应用时可通过热电偶分度表查出温度值。分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。EAB(T,TO)=EAB(T)-EAB(TO)分度表2、热电偶的工作原理

热电偶的热电动势与温度的关系表，称之为分度表。

热电偶（包括后面要介绍的金属热电阻及测量仪表）分度表是IEC（国际电工委员会）发表的相关技术标准（国际温标）。

该标准以表格的形式规定各种热电偶/阻在-271℃～2300℃每一个温度点上的输出电动势（参考端温度为0℃）。30分度表2、热电偶的工作原理31分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。分度表2、热电偶的工作原理32左边是整数，右边是零头；冷端参考温度为0℃；热电势的单位为μV。分度表2、热电偶的工作原理1、K型热电偶测量温度，热端温度t=30℃，冷端温度t0=0℃，查分度表得出E（30,0）是多少？2、K型热电偶测量温度，热端温度t，冷端温度t0=0℃，此时的热电势E（t,0）=34.461mV，查分度表得出热端温度t为多少？2、热电偶的工作原理课堂练习分度号是用来反映温度传感器在测量温度范围内温度变化对应传感器电压或电阻变化的标准列表。通用热电偶的分度号2、热电偶的工作原理

1．热电偶的功能

2．热电偶的结构小结

3．热电偶的工作原理热电阻的功能热电阻的结构热电阻的工作原理温度检测-热电阻1、热电阻的功能在工业生产中，各种反应釜、液体和气体管道都要进行温度的检测与控制，它们的温度范围一般在0~500℃之间，可选用热电阻传感器。

热电阻温度计的三部分：热电阻、显示仪表、连接导线。

热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻两大类,一般把金属热电阻称为热电阻,而把半导体热电阻称为热敏电阻。2、热电阻的结构392、热电阻的结构

保护套管接线盒

连接法兰

固定螺纹式热电阻

活动法兰式热电阻

固定螺纹锥式热电阻2、热电阻的结构热电阻的结构形式：普通型、铠装型、薄膜型。普通型防水式铠装热电阻圆接插式铠装热电阻防喷式铠装热电阻2、热电阻的结构铠装型端面热电阻防腐热电阻微型热电阻

炉壁热电阻

2、热电阻的结构铠装型薄膜型薄膜型2、热电阻的结构

热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒。目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。与此相对应，工业上定型生产的热电阻有铂电阻和铜电阻。2、热电阻的结构铂电阻体铜电阻体2、热电阻的结构名称分度号0℃时阻值/Ω测温范围/℃主要特点铂电阻Pt1010-200∽850精度高，稳定性好，性能可靠适用于中性或氧化性介质；电阻温度系数小，价格昂贵。Pt100100-200∽850铜电阻Cu5050-50∽150价格便宜，温度系数大，在测温范围内电阻值和温度的变化呈线性关系，适用于无腐蚀介质，超过150℃易被氧化。常用金属热电阻铂电阻的特性方程为在-200~0℃的温度范围内:

在0~850℃的温度范围内:式中Rt和R0分别为t℃和0℃时铂电阻值;A、B和C为常数。2、热电阻的结构铂电阻

热电阻在温度t时的电阻值与R0

有关。目前我国规定工业用铂热电阻有两种。R0分度号10ΩPt10100ΩPt100

其中以Pt100为常用。铂电阻不同分度号亦有相应分度表,即Rt-t的关系表,这样在实际测量中,只要测得热电阻的阻值Rt,便可从分度表上查出对应的温度值。2、热电阻的结构铂电阻汽车用水温传感器及水温表

2、热电阻的结构铜电阻由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度要求不高且温度较低的场合,可采用铜电阻进行测温,它的测量范围为-50~+150℃。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的,可近似地表示为：其中α为铜热电阻的电阻温度系数,取α=4.25×10-3/℃。2、热电阻的结构铜电阻铜热电阻线性好，价格便宜，但它易氧化，不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。且电阻体大。R0分度号50ΩCu50100ΩCu1002、热电阻的结构铜电阻几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数

（1/℃）比电阻

（

·mm2/m）温度范围（℃）特性铂3.92×10-30.0981-200~+650近线性铜4.25×10-30.0170-50~+150线性铁6.50×10-30.0910-50~+150非线性铁6.60×10-30.1210-50~+100非线性2、热电阻的结构材料温度范围优点缺点铟电阻室温~4.3K4.2~15K，灵敏度是铂的10倍。材料软，重复性差。锰电阻63~2K（-271℃~-210℃

）灵敏度高。材料脆，难拉成丝。碳电阻-273℃~-268.5℃液氦温域价格低廉，对磁场不敏感。热稳定差。2、热电阻的结构其它金属热电阻材料（低温、超低温）54

热电阻测温是根据导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温目的。

T

R热电阻3、热电阻的工作原理两线制指示仪表rrRt生产现场控制室3、热电阻的工作原理测量电路电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：可见r1，r2

对测量结果的影响较大测量电路-两线制3、热电阻的工作原理测量电路-三线制3、热电阻的工作原理电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：r1，r2

的影响有了一定的减小电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：r1，r3

的影响减小得更小。测量电路-三线制3、热电阻的工作原理（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。电位差计

测量电路-四线制3、热电阻的工作原理测量电路-四线制3、热电阻的工作原理热电阻引线方式有两线制、三线制和四线制三种;二线制中引线电阻对测量影响大，

用于测温精度不高场合。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。3、热电阻的工作原理热电阻接线方式小结热电阻测温方法3、热电阻的工作原理（1）恒压法恒压法就是保持热电阻两端的电压恒定，测量电流变化的方法。（2）恒流法恒流法就是保持流经热电阻的电流恒定，测量其两端电压的方法。

1．热电阻的功能

2．热电阻的结构小结

3．热电阻的工作原理热电偶的基本定律热电偶的冷端温度补偿热电偶的安装温度检测-热电偶的工作原理2均质导体定律：①热电偶必须由两种不同性质的材料构成，且接点温度不同；②由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明热电极是不均匀的。反之为匀质的。

TT0AAAAtt00匀质！1、热电偶的基本定律匀质导体组成的回路，无论其温度梯度如何，都不会产生电动势。中间导体定律

在热电偶回路中接入中间导体C后，只要中间导体两端温度相同，则中间导体的引入对回路的总电势没有影响。TT0VABC1、热电偶的基本定律

因此，可以把热电偶回路截断，串接电压表、电阻、放大器输入端等，但只要温度都相等，都不会对回路的电势产生影响——不会产生测量误差。二次仪表t0t0t拓展1、热电偶的基本定律回路中存在中间温度tn,对回路热电势无影响。多个中间温度也如此！所以使用热电偶不必关注中间部分，只要确定两端点的温度即可，中间的温度梯度任意。t0一般取0摄氏度。1、热电偶的基本定律中间温度定律选用与A、B热电偶特性相近的廉价热电偶t0’、t0，代替热电偶A、B，便可使测量距离增长，测温成本降低，而且不受原热电偶自由端温度的影响。实际测量中，对冷端温度进行修正，运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响。拓展1、热电偶的基本定律

1、现用一只K型热电偶，测量小氮肥厂中转化炉的温度，已知热电偶工作端温度为800℃，自由端(冷端)温度为30℃，求热电偶产生的热电势E(800，30)。解：E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)课堂练习1、热电偶的基本定律2、用镍铬-镍硅(K)热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。

解：

由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，根据中间温度定律计算出E（t，0）=E（t,40）+E(40,0)=29.188+1.638，再通过分度表查出其对应的实际温度为？℃课堂练习1、热电偶的基本定律3．已知铂铑10-铂(S)热电偶的冷端温度t0＝25℃，现测得热电动势E(t，t0)＝11.712mV，求热端温度是多少度?解：由铂铑10-铂热电偶分度表查出E(25，0)=0.161mV，根据中间温度定律计算出E（t，0），再通过分度表查出其对应的实际温度为℃课堂练习1、热电偶的基本定律

两种导体材料组成热电偶的热电势可以用它们与第三种导体材料(称为标准电极)组成热电偶的热电势之差表示。ATBT0=ATCT0CBTT0—课标准电极定律1、热电偶的基本定律当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电势就只与温度T有关系，即：

EAB(T,TO)=eAB(T)-c

=f(T)冷端温度补偿2、热电偶的冷端温度补偿A’、B’为补偿导线补偿导线法2、热电偶的冷端温度补偿常用的几种补偿导线注：①型号的第一个字母与配用热电偶的分度号相对应；②型号第二个字母C-补偿型；X-延长型。补偿导线法2、热电偶的冷端温度补偿不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同。连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应。补偿导线连接端的工作温度不能超出(0∽100℃),否则会给测量带来误差。热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度。使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。使用补偿导线注意事项补偿导线法2、热电偶的冷端温度补偿

例题1：分度号为K的热电偶用EX