传感器及实用检测技术_

1会计学传感器及实用检测技术传感器及实用检测技术_EABBA(T, Tn ,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)EAB B A(T, Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB (Tn,T0)如果A与B能起到补偿热电势的作用,即 EABBA(T, Tn ,T0)= EAB B A(T, Tn,T0)则 EAB(T, T0)= E A B (T, T0) 因此,能满足式(25)的连接导线,就能起到补偿导线的作用。 图218(b)所示回路的总热电势为由热电偶测温原理可知,图218(a)所示回路的总热电势为2)补偿原理补偿原理(25)SC、RC、NC、KAC、KCB、KX、EX、JX、TX、NX 其中,型号第一个字母与所配用热电偶的分度号相对应型号第一个字母与所配用热电偶的分度号相对应。后面的字母“X”表示为延长型补偿导线;字母“C”表示为补偿型补偿导线。 3.热电偶的结构热电偶的结构热电偶的结构通常分为热电偶的结构通常分为普通普通型型和和铠装型铠装型。铠装热电偶铠装热电偶是由热电极、绝是由热电极、绝缘体及外保护管组合成一体的细缘体及外保护管组合成一体的细EAB(T,To)= EAB(T)- EAB(T0) 如果参考端温度保持恒定,那么,热电势就变成测量端温度的单值函数。我们经常使用的分度表及显示仪表,都是以热电偶参考端为0作先决条件的。因此,在使用时必须保证这一条件,否则就不能直接应用分度表。因此,要想办法把变化很大的参考端温度恒定下来，通常采用补偿导线法及参考端自温度恒定法来达到这一目的。 热电偶参考端温度补偿热电偶参考端温度补偿:1.参考端的形式参考端的形式 ：1)冰点式参考冰点式参考端，端， 2)电子式参考端，电子式参考端，3)恒恒表表211热电偶参考端形式热电偶参考端形式 2)电子式参考端电子式参考端利用半导体制冷的原理冷却利用半导体制冷的原理冷却密闭的水槽密闭的水槽,从而把参考端温度保从而把参考端温度保EAB(t ,tn)=EAB(t,tn)-EAB(tn,t0)如果在线路中串一电势u = EAB(tn,t0),则显示仪表总的输入电势为 EAB(t ,tn) +u = EAB(t,t0) 这样就可以得到准确的测量结果。所谓补偿式参考端,实质就是一个可产生直流信号EAB(tn,t0)的毫伏发生器,也称参考端(冷端)温度补偿器。它的内部结构通常是一个不平衡电桥,因此,也称补偿电桥法。把它串接在热电偶测温回路中,就可以自动补偿热电偶参考端温度变化的影响,十分方便,广泛用于工业仪表。 3.参考端温度计算修正法参考端温度计算修正法（利用了中间温度定律）（利用了中间温度定律）以上介绍的是当参考端不为以上介绍的是当参考端不为EAB(t ,t0)=EAB(t ,tl)+EAB(t1,t0) 式中EAB(t,t1)当参考端温度为t1时,显示仪表的数值;EAB(t1,t0)参考端温度为t0时热电动势值的修正值。 T1T1CBAT例如用镍铬镍硅例如用镍铬镍硅(K型型)热热E（,o）= E（,）+ E（，）=(38.505+1.203)mV=39.708mV由如表由如表212所示的所示的型热电偶分度表得到型热电偶分度表得到t = 960。 表表2-12 K型热偶分度表型热偶分度表 （参考端为（参考端为0）4.仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法当热电偶与动圈式仪表配套当热电偶与动圈式仪表配套使用时使用时,若热电偶的冷端温度比较若热电偶的冷端温度比较恒定恒定, 可将动圈仪表的机械零点可将动圈仪表的机械零点t05.补偿电桥法补偿电桥法 电桥通常在20时平衡(R1=R2=R3=RCu20),此时Uab=0,电桥对仪表的读数无影响。当周围环境温度大于20时,热电偶的自由端温度升高,热电势减少,电桥由于RCu阻值的增加而使b点电位高于a点电位。在b、a对角线间有一不平衡电压Uba0输出,它与热电偶的热电势叠加送入测量仪表。6.利用半导体集成温度传感利用半导体集成温度传感器测量冷端温度的方法器测量冷端温度的方法在计算修正法中在计算修正法中,首先必须测首先必须测出冷端温度出冷端温度,才有可能进行计算修才有可能进行计算修2.3.5热电偶的应用及测温线路热电偶的应用及测温线路1.测温线路的连接形式测温线路的连接形式热电偶测温线路由热电偶组热电偶测温线路由热电偶组件、显示仪表及中间连接部分件、显示仪表及中间连接部分图223热电偶串联线路图E(T,T0) =E总/n表表213 4.热电偶的应用热电偶的应用(1)管道温度的测量管道温度的测量:为了使为了使集成温度传感器的测温基础集成温度传感器的测温基础是是PN结的温度特性结的温度特性。硅二极管硅二极管或晶体管的或晶体管的PN结在结电流结在结电流ID一一定时定时,正向电压正向电压以以-2mV变变化。化。在激励电流为零点几毫安、在激励电流为零点几毫安、环境温度为环境温度为20时时,其其UD值约值约600mV。当环境温度从。当环境温度从20增加增加到到120时时,其正向电压降其正向电压降UD约降约降压的变化量。压的变化量。图中的0.5mA水平线对应硅材料的PN结正向导通电压与温度变化呈线性关系，所以可将感受到温度变化转换成电压的变化量所以可将感受到温度变化转换成电压的变化量。当环境温度从20增加到120时,其正向电压降UD约降低了200mV。2.集成温度传感器内部的测集成温度传感器内部的测温简化电路分析温简化电路分析集成温度传感器内部多将一集成温度传感器内部多将一个三极管的集电极与基极短接个三极管的集电极与基极短接,构构VT1和VT2是错的在集成温度传感器内部在集成温度传感器内部,两只两只2C1CBElnJJqkTU式中:k玻尔兹曼常数;q电子电荷绝对值;JC1、JC2两只晶体管的集电极电流密度,由制造工艺决定,为固定值。后续放大电路将后续放大电路将R上的电压降放大、处理上的电压降放大、处理,就可以得到就可以得到与温度成正比的电压或电流输出与温度成正比的电压或电流输出,有时还可输出串行或并有时还可输出串行或并行数字脉冲信号。行数字脉冲信号。 )(21JJCCUBE=qk3.集成温度传感器的类型集成温度传感器的类型集成温度传感器集成温度传感器类型类型可分为可分为:模拟型和数字型模拟型和数字型。模拟型的输出信号形式有模拟型的输出信号形式有:电电压型和电流型压型和电流型两种两种。1)AD590电流输出型温度传电流输出型温度传感器感器AD590是电流输出型温度传是电流输出型温度传感器的典型产品感器的典型产品,近年来近年来,还开发还开发出一系列出一系列改进型改进型,如如AD592等。图等。图改正输出电压2)数字输出型集成温度传感数字输出型集成温度传感器器基于数字总线的单片集成温基于数字总线的单片集成温度传感器内部包含高达上万个晶度传感器内部包含高达上万个晶表表2-12 K型热偶分度表型热偶分度表 （参考端为（参考端为0）MAX6675与单片机构成的热电偶与单片机构成的热电偶冷端补偿及测量显示电路：冷端补偿及测量显示电路：2.5温度传感器的工程设计实例温度传感器的工程设计实例1.课题要求和主要性能指标课题要求和主要性能指标某电子公司生产小型电源变某电子公司生产小型电源变作运算处理作运算处理,单片机设定的温度单片机设定的温度上限值控制烘箱的温度上限值控制烘箱的温度,温度控温度控制误差为制误差为3。典型的隔爆式热电阻的防爆标志表示方法如图230所示。3)电桥的调零电路设计电桥的调零电路设计由于元件的误差等原因由于元件的误差等原因,安装安装6)加热回路的控制电路简述加热回路的控制电路简述检测过程：检测过程：烘箱温度由铂热烘箱温度由铂热电阻转换为电阻值电阻转换为电阻值, 再经桥路再经桥路转换为输出电压转换为输出电压, 最后经差动最后经差动3.系统的调试和测试系统的调试和测试1)1)电桥调零电桥调零将铂热电阻置于冰水混合物中将铂热电阻置于冰水混合物中 将将5V电源施加到电桥的电源端电源施加到电桥的电源端3)工频干扰的测试工频干扰的测试将电桥的将电桥的b、d端短路端短路,将有将有效值为效值为10V的的50Hz交流电压一端交流电压一端SC、RC、NC、KAC、KCB、KX、EX、JX、TX、NX 其中,型号第一个字母与所配用热电偶的分度号相对应型号第一个字母与所配用热电偶的分度号相对应。后面的字母“X”表示为延长型补偿导线;字母“C”表示为补偿型补偿导线。 6.利用半导体集成温度传感利用半导体集成温度传感器测量冷端温度的方法器测量冷端温度的方法在计算修正法中在计算修正法中,首先必须测首先必须测出冷端温度出冷端温度,才有可能进行计算修才有可能进行计算修1)AD590电流输出型温度传电流输出型温度传感器感器AD590是电流输出型温度传是电流输出型温度传感器的典型产品感器的典型产品,近年来近年来,还开发还开发出一系列出一系列改进型改进型,如如AD592等。图等。图3.系统的调试和测试系统的调试和测试1)1)电桥调零电桥调零将铂热电阻置于冰水混合物中将铂热电阻置于冰水混合物中 将将5V电源施加到电桥的电源端电源施加到电桥的电源端