精密測試技術(shù)課程講義(編輯修改稿)
2025-04-21 07:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 述1. 測量機理溫度是反映物體冷熱程度的參數(shù)，而物質(zhì)的某種物理特性如體積、電阻、電勢等與物體的溫度有一一對應(yīng)關(guān)系。通過測量物質(zhì)的某一物理特性，就可以測量出物體的溫度高低。 2．分類 熱電阻式傳感器：溫度變化影響電阻的變化。熱電偶式傳感器：溫度變化影響電勢的變化(熱電效應(yīng))。其它：體積或壓力隨溫度變化 3．關(guān)于絕對熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的關(guān)系 T=+t [K] t= [C] 4．溫度測量的方式 （1）非接觸式測量l 利用熱輻射原理：通過物質(zhì)向外發(fā)射紅外輻射或可見光來測定物體的溫度。l 特點：可以測量高溫物體的溫度；響應(yīng)速度快 （2）接觸式測量l 基于熱平衡原理：接觸 熱交換 平衡 l 特點：響應(yīng)速度慢，適合測量緩變的溫度接觸式測量法中，最常用的是把溫度變化轉(zhuǎn)化成電阻或電勢的變化,熱電阻式傳感器、熱電偶。 （二）熱電式傳感器l 物理機理：金屬或半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化而變化。l 金屬熱電阻：鉑、鎳、銅等金屬材料在一定的溫度范圍內(nèi)電阻隨溫度的變化關(guān)系：= *[1+(tt)] =*[1+t＋＋。] 溫度t時的電阻 溫度t時的電阻 : 溫度系數(shù) 、：溫度系數(shù)l 特點：中低溫范圍、靈敏度高、測量誤差小、熱慣性大、時常數(shù)為:10秒4分 幾種主要金屬熱電阻的性能表： （三）半導(dǎo)體熱敏電阻 由于半導(dǎo)體熱敏電阻比金屬熱電阻具有更高的電阻溫度系數(shù)，所以它有較高的靈敏度，同時具有較好的動態(tài)特性。l 分類：具有正溫度系數(shù)（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)（NTC）、臨界溫度系數(shù)（CTR）熱敏電阻等幾類。l PTC熱敏電阻：當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時，其電阻值朝正的方向快速變化。主要用于彩電消磁，各種電器設(shè)備的過熱保護，發(fā)熱源的定溫控制等。l CTR熱敏電阻：在某個溫度值上電阻值急劇變化。主要用作溫度開關(guān)。l NTC熱敏電阻：具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，廣泛應(yīng)用于自動控制及電子線路的熱補償線路中。特別適合－100 ～ 300 度溫度測量。l NTC熱敏電阻與溫度間關(guān)系:=*e：常數(shù)，由材料和制造工藝決定。l 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、靈敏度高熱慣性小 熱敏電阻值大，接入電橋電路時，導(dǎo)線對測量的影響小。l 缺點：非線性、穩(wěn)定性和互換性差. （四）熱電偶 1. 物理機制：熱電效應(yīng)l 熱電效應(yīng): 由A、B不同材料的導(dǎo)體兩端互相緊密地接在一路，組成一個閉合回路，當(dāng)1,2兩接點的溫度不等時，回路中就會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 BA12熱電效應(yīng)l 產(chǎn)生熱電效應(yīng)的條件:不同導(dǎo)體、閉合回路、兩端溫差l 熱電勢組成：接觸電勢和溫差電勢l 接觸電勢：不同導(dǎo)體自由電子密度不同,接觸面產(chǎn)生電子的擴散運動接觸處形成接觸電勢減弱擴散運動 平衡 穩(wěn)定的接觸電勢.接觸電勢t 接觸處的溫度, K 波爾茲曼常數(shù), e 電子電荷量、為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。l 溫差電勢：同一導(dǎo)體兩端溫差自由電子能量不同自由電子動能不同 電子擴散運動. 為溫度系數(shù)，與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。溫差電勢總回路電勢l 回路總電勢＝〔P－P〕＋〔－P＋P〕 由上式可知:(1)如果熱電偶的兩個熱電極材料相同，但兩結(jié)點的溫度不同，總熱電勢為0(2)如果熱電偶的兩結(jié)點的溫度相同，但兩個熱電極材料不同，總熱電勢為0l 接觸電勢、溫差電勢的比較 由于金屬中的自由電子很多，溫度變化對電子密度的影響很小，所以導(dǎo)體內(nèi)的溫差電勢很小，可以忽略不計。 選定材料后，熱電勢是溫度t和t0的函數(shù)差，即 當(dāng)給定t0保持不變時，熱電勢為t的單值函數(shù)。 2. 熱電偶的基本定律 （1）均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種性質(zhì)均勻的導(dǎo)體組成的閉會回合，當(dāng)有溫度差時不產(chǎn)生熱電勢。 （2）中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三中導(dǎo)體時，只要兩接入端溫度相等，對熱電勢不會產(chǎn)生影響。A1BC34接入中間導(dǎo)體的回路 （3） 中間溫度定律 任何兩種材料構(gòu)成的熱電偶，熱端溫度t，冷端溫度t時的熱電勢，等于此熱電偶熱端為t，冷端為t及同一熱電偶熱端為t，冷端t時的熱電勢的代數(shù)和。中間溫度定律BAABABA中間溫度定律就是制定熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)。熱電偶分度都是以冷端溫度為0時做出的。但一般工程測量中冷端都不為0。因此只要得出熱端為t，冷端為的熱電勢，就可以利用中間溫度定律求得,再查表求得t 即可。（4）標(biāo)準(zhǔn)電極定律 若兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢已知，則導(dǎo)體A、B組成熱電偶的熱電勢也可以得到。 ABACCB標(biāo)準(zhǔn)電極定律 3. 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的特點：鉑銠－鉑 熱電偶：性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高，可用于基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。 價格貴，不能用于金屬蒸氣和還原性氣體中。鉑銠－鉑銠 熱電偶：性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高，可用于基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。 4. 熱電偶的冷端補償技術(shù)l 冰瓶法l 冷端恒溫法l 專用補償導(dǎo)線法（1）不同的補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用；（2）正負(fù)極性不能接錯；（3）熱電偶連接點的溫度必須相等，且小于規(guī)定的溫度值。l 補償電橋法（1）電橋輸出端與熱電偶串聯(lián)（2）熱電偶的冷端與電橋置于同一溫度場中；（3）電橋中橋臂電阻由溫度系數(shù)較大的材料制成，其余電阻用溫度系數(shù)較小的材料制成。（4）設(shè)計時t=20 度時電橋平衡，電橋輸出為0t=20 度時電橋平衡，電橋輸出為0 熱電偶冷端溫度變化引起熱電勢變化為電橋的輸出電壓不為0，自動產(chǎn)生補償電勢，與極性相反，值相同，達(dá)到補償?shù)哪康??；魻杺鞲衅?：基于霍爾效應(yīng)。l 霍爾效應(yīng)：把一薄片半導(dǎo)體材料垂直于磁力線方向放在磁場中，在半導(dǎo)體材料上通上激勵電流I，那么移動的電子（載流子）將受到磁場力的作用，在的作用下，電子就會在向前移動運動的同時向側(cè)面偏轉(zhuǎn)，形成一邊（側(cè)面）電子積累，而另一邊積累了正電荷，從而在半導(dǎo)體的兩側(cè)面產(chǎn)生電場，此電場阻止電子繼續(xù)向側(cè)面偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電場力與磁場力相等時，電子的積累達(dá)到了動態(tài)平衡，這時在半導(dǎo)體薄片的兩側(cè)面形成的電位差稱為
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1