3-1 引言 3-2 温度检测.ppt

1、第三章 非电量电测技术,3.1 引言,早期的非电量测量方法主要采用非电的技术手段。 这种方法不适合高速、准确的自动化测量。也不适合计算机的自动识别和分析处理。,水银温度计测温,比色法测量PH值,非电量的电测方法用电测技术手段去测量非电量,非电量电测技 术的主要特点,应用某些材料的基础效应实现非电量电量信号变换。 电信号容易传输和处理，便于实现自动巡回检测、遥测以及实时数据分析。 可以以较快的速度对被测量进行连续和准确的测量。 与计算机配合可进行数据误差的自动修正或补偿，实现智能化测量和控制。 可完成用非电量测量方法无法完成的检测任务。,典型非电量电测系统的功能框图如下：,敏感元件直接感受被测非

2、电量，其输出信号大小取决于被测量和敏感元件的灵敏度。,变换元件将电路参数信号转换成电压信号。,信号调理元件主要是实现信号的放大，滤波等功能。,信号处理元件包括信号的A/D变换、调制传输及计算分析等。,非电量电测技术的关键是传感技术，传感方式决定着后续电路的组成以及整个测量系统的品质。,本章着重介绍几种典型非电量电测系统的组成技术,温度检测,运动量测量,力测量,流量测量,第二节,第三节,第四节,第五节,磁性测量,第六节,3.2 温度检测,温度的测量在日常生活和工程实践中是很常见的。 热膨胀法测温是比较常见的方法，如：水银温度计。,本节主要介绍适合于电测的几种温度传感器。热电阻、热敏电阻、热电偶、

3、集成温度传感器的基本原理和方法。,3.2 .1 热电阻,工作原理,金属原子最外层的电子能自由运动，当加上电压后，这些原本无规则运动的电子就按一定的方向流动，形成电流。 随着温度的增加，电子的热运动加剧，电子之间、电子与振动着的金属离子之间的碰撞机会就不断增加，因此电子的定向移动将受到阻碍，金属的电阻也随之增大。,玻璃或陶瓷骨架,玻璃或陶瓷敷层,铂电阻丝,引出线,结构,电阻/温度关系曲线,工业上常用的热电阻材料有： 铂（Pt ） 铜（Cu）,测量应用,温度,电阻,电压,测量电路1,测量电路2,脉动激励电压技术,可以在不造成明显加温的情况下，较大的瞬时电流通过 R他(电桥相应有较大的峰值输出电压)

4、,消除导线电阻的影响,热电阻安装的地方离仪表很远，环境温度的变化将影响到连接导线的电阻，造成测量误差。为了克服导线电阻的影响，可采用三线法和四线法电路。,导线电阻影响示意图,三线制消除导线电阻影响示意图,消除导线电阻的影响,四线制消除导线电阻影响示意图,三线制消除导线电阻影响示意图,3.2 .2 热敏电阻,工作原理,热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化的性质制成的。由于热敏电阻性能的不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。,NTC热敏电阻,PTC热敏电阻,温度T/C,热敏电阻的种类很多，分类方法也不相同。按热敏电阻的阻值与温度关系这

5、一重要特性可分为：,负温度系数热敏电阻（NTC）,正温度系数热敏电阻（PTC）,热敏电阻电阻-温度特性曲线 1-2 NTC； 3-4 PTC,热敏电阻电阻-温度特性,NTC热敏电阻,PTC热敏电阻,热敏电阻器的伏安特性（UI）,PTC热敏电阻的静态伏安特性,3.2 .3 热电偶,两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。,电压或电流的大小取决于材料A，B，以及温差T，To,接触电势,温差电势,K=1.38*10-23(J/K)波尔兹曼系数,为与材料有关的汤姆逊系数

6、系数,总电势,热电偶的热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。,如果使eAB(T0)=常数，则回路热电势eAB(T，T0)就只与温度T 有关，而且是T 的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。,只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。,若A，B为常数,实际上A，B并不为常数，下式更符合实际,对于铜/康铜热电偶,热电偶特性定律,1. 均质导体定律：两结点分别处于T1和T2温度的一热电偶，如果它所用的两种金属丝都是均质的，其热电势将完全不受电路中其它任何地方温度的影响。,热电偶的热电势不受中间温度的影响，可以毫无问题地放在某一未知的或可变的温

7、度环境中。,2. 中间导体定律：如果有第三种均质金属丝C接进A或B金属丝中，只要这两个新结点的温度相同，电路的总热电势就不会有变化。,根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。,中间温度定律：如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2 时,则其热电势为eAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为eAB(T2, T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为 eAB(T1, T3)= eAB(T1, T2) + eAB(T2, T3) 。,根据上述原理，当在热电

8、偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B （ eAA(T2)=eBB(T2) =0），即引入所谓补偿导线时，只要T1、T0不变，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。,4. 标准电极定律：如果金属丝A和C的热电势为eA，C，金属丝C和B的热电势为eC，B，则金属丝A和B的热电势为eA，B = eA，C + eC，B,该定律表明，各种金属都可和一种标准金属(通常为铂)配对并进行标定，各种可能配对的金属不必都进行自身的标定。,各种热电极材料和铂配成的热电偶，在热端温度为100，冷端温度为0时所产生的热电动势列于表3-1中，根据此表可以求出任意

9、两种材料相配合的热电动势。,A,B,AB,热电偶结构与安装,冷端处理及补偿,冰点槽法,计算修正法,用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算,例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势eAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，eAB(21,0)=0.832mV，故得 eAB(T，0)=eAB(T，21)+eAB(21，T0) =1.999+0.832 =2.831(mV) 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68。,注意: 既不能只按1.999mV查表，认为T=49，也不能把49加 上21，认为T=70。,3.2 .4 AD 590集成温度传感器,AD590属于电流型温度传感器，体积很小，且具有互换性好、线性度好、信号可长线传输、抗电压干扰能力强、长期稳定性高、配用电路简单等优点，测温