传感器原理-其它温度传感器

1 1.4 其 它 温 度 传 感 器v 物 体 的 热 辐 射 作 用 随 物 体 温 度 变 化v 非 接 触 测 量v 热 惯 性 小1.4.1 热 辐 射 温 度 传 感 器一 、 全 辐 射 高 温 计v理 论 基 础 ： 斯 蒂 芬 玻 尔 兹 曼 定 律 ： 全 部 辐 射 能 E b= 0T4。v方 法 ： 用 绝 对 黑 体 接 收 被 测 对 象 发 出 的 所 有 波 长 的 全 部辐 射 能 量 Eb ， 黑 体 温 升 反 映 被 测 温 度 。 即 为 斯 蒂 芬 玻 尔 兹 曼 常 数=5.67*10-8 2 v构 成 ：绝 对 黑 体 ： 一 定 面 积 、 表 面 粗 糙 并涂 黑 的 铂 片 。热 电 偶 测 温 ： 铂 片 接 收 热 量 、 温 度 升高 ， 铂 片 温 度 由 热 电 偶 堆 测出 ， 由 毫 伏 表 或 电 位 差 计 读数 。 红 外 线 吸 收 体 热 电 偶 Si3N4SiO2Si 3NSi 辐 射 温 度 计 的 结 构 图 1.4 其 它 温 度 传 感 器 3 v 工 作 原 理 ： 被 加 热 时 ， 物 体 的 颜 色 随 温 度 T改 变 ， 温 度 愈高 ， 物 体 愈 亮 。 理 想 黑 体 的 光 谱 辐 射 亮 度 用 普 朗 克 公 式 表 示 ： 1/51 1),( 2 TCeCTm C1、 C2为 普 朗 克 常 数 ， 为 波 长 ， T为 绝 对 温 度 。 二 、 光 学 高 温 计 1.4 其 它 温 度 传 感 器v 精 密 仪 表 ， 常 用 于 1064.43oC以 上 温 度 的 测 量 。 当 波 长 一 定 时 ， 物 体 的 亮 度 只 与 温 度 T有 关 ，即 单 波 长 测 量 原 理 。 4 v 方 法 ： 利 用 经 过 温 度 刻 度 的 钨 丝 灯 发 出 的 单 色 亮 度 和被 测 物 体 的 单 色 辐 射 亮 度 一 样 时 ， 由 钨 丝 灯 的 温 度T确 定 被 测 物 体 的 温 度 。 1.4 其 它 温 度 传 感 器v 工作原理： 光 电 器 件 把 物 体 的 辐 射 能 转 换 成 与 之 成 一 定 比例 的 电 信 号 。 光 电 器 件 的 光 电 流 与 被 测 物 体 的 亮 度成 正 比 ， 用 光 电 流 的 大 小 来 判 断 被 测 物 体 温 度 。三 光 电 高 温 计 v 是 自 动 的 光 学 高 温 计 。 5v 原 理 ： 利 用 物 体 在 波 长 1和 2两 种 单 色 辐 射 强 度 比值 随 温 度 T变 化 来 测 量 。v 误 差 小 。v 常 用 于 炼 钢 、 轧 钢 过 程 中 温 度 的 准 确 测 量 。 四 、 比 色 温 度 计 (双 色 温 度 计 )光 电 器 件 光 敏 电 阻 ： 100 700oC光 电 池 ： 700o以 上1.4 其 它 温 度 传 感 器 6 1.4.2 热 敏 电 容 工 作 原 理 : (BaSr)TiO3 (钛 酸 锶 钡 )系 列 陶 瓷 电 容 器 的 静 电 容(介 电 常 数 )随 温 度 T变 化 。高 介 电 常 数 的 陶 瓷 材 料 ： 钛 酸 锶 SrTiO3,k=200) 钛 酸 锶 钡 (BaSr)TiO3,k=200 锆 钛 酸 铅 Pb(Zr,Ti)O3,k=1000， (锆 gao) 1.4 其 它 温 度 传 感 器dsc 如 TI公 司 (德 仪 )开 发 的 采 用 BST（ BaSr） TiO3 热 电 材 料 的 产 品 和 Honeywell公 司 使 用 二 氧 化 钒 （ VO2） 材 料 的 热 辐 射 计 型产 品 都 已 达 到 实 用 化 程 度 。 70 40 60 801416 182022C(F) T( K)20（ BaSr） TiO3陶 瓷 电 容 传 感 器 的 静 电 容 -温 度 特 性 1230 以 上 静 电 容 与 温 度 的 关 系 曲 线 40 80 12024 682468 T( C) F(mHz)C( F) 1/C C 1.4 其 它 温 度 传 感 器 8 v 某 晶 向 的 石 英 振 子 的 共 振 频 率 随 温 度 T直 线 变 化 。v 直 接 输 出 准 数 字 信 息 。1.4.3 石 英 温 度 计 1.4 其 它 温 度 传 感 器mkn 9 工 作 原 理 ： 根 据 温 度 引 起 的 振 荡 频 率 的 偏 移 量 来 测 量 温 度 。 SAW振 荡 器 ： 由 压 电 材 料 基 片 和 沉 积 在 基 片 上 的差 指 换 能 器 组 成 。1.4.4 表 面 波 温 度 传 感 器 1.4 其 它 温 度 传 感 器)2(0 ER nLVf VR为 SAW传 播 速 度 ， L为 两 个 IDT(发 射 接 收 电 极 )之 间的 距 离 ， E为 放 大 器 相 移 量 ， n为 正 整 数 （ 与 电 极形 状 及 L值 有 关 ） 。 10 特点： v 直 接 输 出 数 字 信 息 。v 灵 敏 度 高 、 线 性 好 。v 半 导 体 工 艺 批 量 生 产 、 尺 寸 小 、 价 格 低 。 v 可 制 成 接 触 式 和 非 接 触 式 两 种 类 型 。 v 易 于 遥 测 、 遥 控 。1.4 其 它 温 度 传 感 器 11表 面 波 温 度 传 感 器 的 频 温 特 性 20.020.1 20.2 19.9-40 -20 0 20 40 60 80 温 度 (0 ) f(HZ) 1.4 其 它 温 度 传 感 器 12 v工 作 原 理 ： 气 体 中 传 播 声 速 取 决 于 气 体 的 种 类 、 压 力 、 密 度及 温 度 T。v方 法 ： 石 英 振 子 发 出 的 超 声 波 在 被 测 气 体 中 传 播 ， 其 频率 随 气 体 温 度 T变 化 ， 经 反 射 板 反 射 后 形 成 干 涉 ， 测定 干 涉 来 求 出 温 度 。v用 途 ： 测 量 变 化 很 快 的 温 度 T和 大 范 围 的 平 均 温 度 。1.4.5 超 声 波 温 度 传 感 器 1.4 其 它 温 度 传 感 器 13 v原 理 ： 材 料 的 弹 性 和 密 度 随 温 度 T变 化 ， 谐 振 器 的 谐 振 频 率是 温 度 T的 函 数 ， 这 是 一 种 高 精 度 的 测 温 方 法 。v应 用 ： 石 英 晶 体 谐 振 器 的 分 辨 率 为 0.001 ， 用 于 500 以下 的 测 量 。 铱 和 蓝 宝 石 材 料 谐 振 器 在 1900 时 仍 能 保 证 原 有 性 能 ，用 于 测 量 液 态 金 属 的 温 度 。 1.4.6 谐 振 式 温 度 计 1.4 其 它 温 度 传 感 器mkn 14 1.4.7 音 叉 式 水 晶 温 度 传 感 器 1.4 其 它 温 度 传 感 器v是 一 种 新 颖 的 数 字 传 感 器 。v具 有 高 准 确 度 、 高 稳 定 及 超 高 分 辨 率 等 优 良 特 性 。v是 一 种 很 有 前 途 的 基 准 。振 动 模 式扭转振动模式 测 量 范 围 较 窄 ， 对 工 艺 要 求 苛 刻 。弯曲振动模式 灵 敏 度 高 ， 同 时 满 足 宽 温 区 工 作 和 低功 耗 的 要 求 ， 对 工 艺 要 求 不 苛 刻 。 15 1.4.8 光 纤 温 度 传 感 器 1、 光 纤 辐 射 式 温 度 传 感 器 ： 适 用 于 远 距 离 遥 测 ， 最 低 可 测 温 度 500oC。 被 测 目 标 透 镜 硬 包 管 软 包 管光 纤 束 探 测 器 输 出 1.4 其 它 温 度 传 感 器 光 纤 辐 射 式 温 度 传 感 器 16 2、 调 制 型 荧 光 光 纤 温 度 传 感 器 的 测 温 原 理 原 理 : 有 些 荧 光 物 质 受 激 发 射 的 某 些 谱 线 的 强 度 随 温度 T变 化 ， 通 过 测 量 特 定 谱 线 的 强 度 来 确 定 荧 光 物 质所 处 温 度 。1.4 其 它 温 度 传 感 器