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2.1温度检测,摄氏数值,华氏数值,列氏数值,0F,0C,0R,第2章 传感器及检测技术,温度表征冷热程度,能量分布和分子运动烈度,2.1.1温标,温标给出温度数值、单位和计算规则,1、经验温标,计算规则,单位,2、国际温标,T=T0+C,绝对温度,273K,t=0 0C时,T=T0(水三相点温度),T=0K时,C=-273 0C 冷到极点,分子不动,能量为零。,间隔10C=1K (开尔文),2.1.2 温度传感器的介绍,(示教、实训),非接触式,(半导体、灵敏),重点介绍:半导体、热电偶、红外测温仪,1、半导体温度传感器,半导体具有热敏性、光敏性和参杂性, 可构成高灵敏度温度传感器,热敏效应,改变半导体或PN结的电阻小范围的阻温关系:,(1)热敏电阻,非线性、测量范围窄、复现性和互换性差,灵敏度高、体小价廉、使用方便,多用于:,温度测量:R由电桥变成U,温度补偿:NTC型与正温度系数元器件串、并联,温度控制:与继电器或开关元器件串、并联,过限保护:串或并入保护器件中,书中图2.2、2.3为其中一例,(2).集成温度传感器,以PN结作为敏感元件,与放大器、电桥和补偿电路等集成化,并把它们封装在同一壳体里,改善了半导体的缺点:测温范围增大 复现性和互换性较好,保持了半导体的优点:灵敏度高 体小价廉 使用方便,书中图2.4为AD590用法之一:I0与T成正比,参考(冷)端,t,t,(+A),(B),t,0,t,0,测量(热)端,B,(,-,),热电势,灵敏度,被测温度,参考温度,两种金属,两端温差,2、热电偶温度计,(1)工作原理,缺点:要求冷端温度t0=0或恒定,t,0,优点:稳定性好,温度范围大,(2)主要应用,一个测点温,冷端要补偿,二个测温差, 同极串电表,三个相并联, 三点平均值,多个相串联, 多点温度和,3、红外线热辐射的检测,(1)红外线( l =0.751000m)及其特点(物 体红外辐射能量正比于它的吸收量),热电型,S,S,m,l,l,m,0,光电型,灵敏度低,常温使用,灵敏度高,低温工作,多用于非接触测量,其特点:,a.不破坏测温现场,对被测温度无影响。 b.不必达到被测物体的温度,所以测温快, 且无测温上限。 c.被测物体的热辐射能与温度的关系由 实验方法确定,因此定标较复杂。,(2)红外线测温仪举例,结构 定标:U0=4V1mV , 200 0,被测物,调满,用热敏电阻进行补偿,线性U0=-20mv/,校零,2.2.1压力概念及单位,1、压力表现为压强,2.2压力检测,2、绝对和相对压力的关系,金属 (稳定性好),半导体 (灵敏度高),应变电阻片,2.2.2压力传感器的介绍,(1)压阻式,(2)压电式: (3)磁电式:霍耳(Hall)元件 (4)其它,压电石英、压电陶瓷、压电半导体,应变电阻片,1、应变电阻片及其用法,(1)单臂电桥的温度补偿 和压力测量,(2)双臂,(3)全桥电路进行双梁检测,(4)测压系统实例多通道调制型应变仪测压系统,组成:电阻片传感器、多通道应变仪(多路电桥、信号处理),R,R,R,I,U,其中一路电桥,放大,放大,传感器,R,R,R,R,R,R,长电缆,检,波,滤,波,多,路,电,桥,信,号,处,理,器,记录仪,载波,振荡,现场定标,高端调满,低端校零,中段线性,I,U,2、霍耳(Hall)元件,霍耳电压,当恒流源供电时UH=(KH I)B ,可用于:,(1)测量磁场大小和方向,(2)可测线中大电流IB105A,(3)利用UH=(KHKB)IIB, 可做成乘法器等。,(4)做成Hall压力计,线性,当环境温度升降时,串入正温度系数的热敏电阻Rt也将增减,使U0保持不变,(5)Hall元件的温度补偿,2.3流量检测,质量流量的累积总量,(Kg),在t时间内,流量比较平稳,2.3.1流量及测量方法,1、流量的概念及单位,(1) 体积流量,(2) 质量流量,(m2m/s=m3/s),(m3/sKg/m3=Kg/s),(1)流管中放置障碍物使其产生压力变化, 也能产生涡流、旋流和振动等现象。 (2)流体冲击流管中的活动体,使其产生转 动或位移。 (3)流体切割磁力线,管外器件将产生感应 电动势。 (4)流体带走热量,流体中的温度因流动而 发生变化。,2、测量依据和方法,(5)流体中放入示踪剂或流体中的不均 匀介质再现,测量流管内两点相关变 化量。 (6)流体改变电波或超声波的频率,使其 接收频率fr与发射频率ft不同,产生 了多卜勒(Doppler)频移。,2.3.2体积流量和质量流量的检测,1、差压式流量计,差压,系数,2、电磁式流量计,流速产生感应电动势,恒磁场,系数,3、质量流量计,(1)推导式质 量流量计,质量流量,系数,(2)超声波直接式质量流量计,T1顺流传到R2的时间,T2逆流传到R1的时间,频率差,频率和,质量流量,与流体的密度成正比,结构常数,2.4光学量测量和光纤传感器,2.4.1光学量测量方法和传感器,1、测量方法和类型,(1)辐射式,光源本身,X对光源作用,(2)位移式,(4)微弯式,(3)插入式,被测x反射的光线量,光线穿透x的出射量,穿过x的部分光线量,光线被x分成二态,2、光电传感器应用举例,(1)光电耦合器(EOE器件),(2)光电开关器件,(3)热释电元件(晶体),(4)CCD图像传感器,纤芯直径约为5,单模传感功能型,纤芯直径50,多模传光非功能型,2.4.2光纤传感器,1、光纤结构和传光原理,(1)光纤结构,导光纤芯折射率为n1,周围包层折射率为n2 n1,层外空气折射率为n01,2、光纤传感器的工作类型,(2)光纤位移式,(1)辐射式,横向,(3)插入式:,(b)透射式,压力,(4)微弯损耗式(传感型),2-5模拟信号处理,2.5.1模拟信号处理电路的结构,1、直接型 信噪比,传输系数k1=k2=k3=1;干扰噪声n1=n2=n3=n,2、平衡型,(较困难),3、差动型,k3=k=1,n3=n,y1=k(x+n),y=2x+n y2=k(-x+n),2.5.2模拟信号的转换和加工,1、电量转换器,(1)I/V,(2)V/I,2、非线性校正,(1)同函数闭环式,K0,(2)反函数开环式,l,n,(3)线性差值法(计算机校正),3、零点清除,(1)固定零点,(2)计算机清除零点,4、灵敏度变化的清除,
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