【正文】 20 為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖 。 T1和 T2是結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)晶體管 , 作為恒流源負(fù)載 , T3和 T4管是測(cè)溫用的晶體管 , 其中 T3管的發(fā)射結(jié)面積是 T4管的 8倍 , 即 r=8。 流過(guò)電路的總電流 IT為 : 式中當(dāng) R和 r一定時(shí) , 電路的輸出電流與溫度有良好的線性關(guān)系 。 若取 R為 358Ω, 則電路輸出的溫度系數(shù)為 : ?ln222 1 ????? qRKTRUII beTKAqR KdTdIc TT /1ln2 ?? ???? 電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國(guó) AD公司生產(chǎn)的 AD590, 我國(guó)產(chǎn)的 SG590也屬于同類(lèi)型產(chǎn)品 。 基本電路與圖 1 20一樣 , 只是增加了一些啟動(dòng)電路 , 防止電源反接以及使左右兩支路對(duì)稱(chēng)的附加電路 , 以進(jìn)一步地提高性能 。 ① AD590的電源電壓 4~30V② 可測(cè)溫度范圍 50~+150℃ 。 ③ 靈敏度 1uA/K ④ 傳輸距離達(dá) 100m 2． AD590集成溫度傳感器應(yīng)用實(shí)例 AD590是應(yīng)用廣泛的一種集成溫度傳感器 , 由于它內(nèi)部有放大電路 , 再配上相應(yīng)外電路 ,方便地構(gòu)成各種應(yīng)用電路 。 (1)溫度測(cè)量電路 圖 1 21 是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)溫電路 。 AD590在 25℃ （ ） 時(shí) , 理想輸出電流為 , 但實(shí)際上存在一定誤差 , 可以在外電路中進(jìn)行修正 。 將 AD590串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻 , 在已知溫度下調(diào)整電阻值 , 使輸出電壓 UT滿(mǎn)足1mV/k的關(guān)系 （ 如 25℃ 時(shí) , UT應(yīng)為 ） 。 調(diào)整好以后 , 固定可調(diào)電阻 , 即可由輸出電壓 VT讀出 AD590所處的熱力學(xué)溫度 。 0110TTR R e ?????????第二章 溫度檢測(cè) 一、溫度檢測(cè)方法 接觸式測(cè)溫 非接觸式測(cè)溫 接觸式測(cè)溫 接觸式測(cè)溫是使溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸 , 當(dāng)被測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí) , 溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象的溫度相等 非接觸式測(cè)溫 非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。 。 電阻式溫度計(jì) 熱電偶溫度計(jì) 輻射式溫度傳感器 ? ?0R1t Rt ???a) 金屬材料 ——熱電阻 b) 半導(dǎo)體材料 ——熱敏電阻（靈敏度高于熱電阻、非線性、受溫度影響大 ) ① N T C② P T C③ C T R1011021031041051061071080 40 80 120 160 200t / ℃? / ?cmNTC——負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC——正溫度系數(shù)熱敏電阻 CTR——臨界溫度系數(shù)熱敏電阻 電阻式溫度傳感器 熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理制成的，實(shí)現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。有金屬（鉑、銅和鎳）熱電阻及半導(dǎo)體熱電阻（稱(chēng)為熱敏電阻） c) 測(cè)量電路 ? 電阻溫度計(jì)的測(cè)量電路最常用的是電橋電路，精度較高的是自動(dòng)電橋。 ? 為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差，常采用三線和四線連接法。 Rt R3 r r r R1 R2 Rt R3 r r R1 R2 熱電偶溫度傳感器 1）熱電效應(yīng) (P41) 將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同，回路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。此電勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。 BAAB NNekTTe ln)( ?a) 接觸電勢(shì) 是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。 b) 溫差電動(dòng)勢(shì) 是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。 dTTTe TT AA ??0),( 0 ?+ A B T eAB(T ) A eA(T,To) To T 溫差電勢(shì)原理圖 C）回路總電勢(shì) 00000( , ) l n l n ( )TATATA B A BTB T B TNkTNkTE T T d Te N e N??? ? ? ? ??? ? ? ?00( , )A B A B A BE T T e T e T??忽略溫差電勢(shì)，則總電勢(shì)為： ?如果冷端溫度 固定 0T0000( , ) l n l n ( ) ( )ATATABB T B TNkTNkTE T T f T C g Te N e N? ? ? ? ?2）熱電偶基本定律 （ P44) 該定律內(nèi)容是：由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體或半導(dǎo)體的截面積、長(zhǎng)度和各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。該定律已在理論分析中得到證明，并可得出如下結(jié)論： （ 1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。 （ 2）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，回路如產(chǎn)生熱電勢(shì)，便說(shuō)明該材料是不均勻的。據(jù)此，可檢查熱電極材料的均勻性。 均質(zhì)導(dǎo)體定律 BAAB NNekTTe ln)( ?2. 中間導(dǎo)體定律（或第三方導(dǎo)體定律） 當(dāng)在 A、 B材料組成的熱電偶回路中接入第三導(dǎo)體 C時(shí) ,只要引入的第三導(dǎo)體 C兩端溫度相同 ,則此導(dǎo)體的引入不會(huì)改變總電勢(shì) EAB(T,T0)的大小。 TT0AC2134T1T1C( b )TA1T0T0CB( a )2 3B EAB(T, T0)= EAC(T, T0)－ EBC (T, T0) 標(biāo)準(zhǔn)熱電極定律 如果兩種導(dǎo)體 (A,B)分別與第三種導(dǎo)體 (C)組成熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體組成的熱電偶在相同的冷熱端溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)可表示為： 中間溫度定律 熱電偶回路中，兩結(jié)點(diǎn)溫度為 、 時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為 、 和 、 時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，即 T0TTaT aT 0T? ? ? ? ? ?00, , ,A B A B a A B aE T T E T T E T T?? 根據(jù)這一定律，只要給出自由端為 時(shí)的熱電勢(shì)和溫度關(guān)系，就可求出冷端為任意溫度 時(shí)的熱電偶熱電勢(shì)，即 0T00 C? ? ? ? ? ?00, , 0 0 ,A B A B A BE T T E T E T??必要性： ? 熱電偶的輸出電壓與溫度成非線性關(guān)系 。 對(duì)于任何一種實(shí)際的熱電偶 ,并不是由精確的關(guān)系式表示其特性 ,而是用特性分度表 。 為了便于統(tǒng)一 ,一般手冊(cè)上所提供的熱電偶特性分度表 ,是在保持熱電偶冷端溫度 T0=0℃ 的條件下 ，給出熱電勢(shì)與熱端溫度的數(shù)值對(duì)照 。 ? 但在實(shí)際測(cè)量中 ,熱電偶的冷端溫度將受環(huán)境溫度或熱源溫度的影響 ,并不為 0℃ 。 為了使用特性分度表對(duì)熱電偶進(jìn)行標(biāo)定 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量 ,對(duì)冷端溫度變化所引起的溫度誤差 ,必須采用相應(yīng)的冷端處理或補(bǔ)償措施 。 3）熱電偶的冷端補(bǔ)償 冰點(diǎn)槽法 (0℃ 恒溫法 ) 實(shí)施方法：把熱電偶的參比端置于 冰水混合物 容器里 ， 使 T0=0℃ 。 mV A B A’ B’ T C C’ 儀表 銅導(dǎo)線 試管 補(bǔ)償導(dǎo)線 熱電偶 冰點(diǎn)槽 冰水溶液 T0 零點(diǎn)遷移法（冷端恒溫法） 實(shí)施方法：冷端置于恒溫器內(nèi) (如恒溫車(chē)間或有空調(diào) 的場(chǎng)所 )，雖不是 0℃ ，但十分 穩(wěn)定 。 實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì) EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上 調(diào)整零點(diǎn) 的辦法，或在回路中加入相應(yīng)的 修正電壓 而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 冷端補(bǔ)償器法 利用不平衡電橋產(chǎn)生 熱電勢(shì)補(bǔ)償 熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值 。 冷端補(bǔ)償器 mV EAB(T,T0) T0 T0 T A B + + a b U Uab RCu R1 R2 R3 R ? 不平衡電橋由 R R R3(錳銅絲繞制，溫度系數(shù)為零 )、RCu(銅絲繞制，其值隨溫度變化 )四個(gè)橋臂和橋路電源 組成。 ? 橋臂 RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 ? 通常設(shè)計(jì)在 20℃ 下使電橋平衡 (R1=R2=R3=RCu)，此時(shí) Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。 冷端補(bǔ)償器 mV EAB(T,T0) T0 T0 T A B + + a b U Uab RCu R1 R2 R3 R 當(dāng) T0上升時(shí)， RCu增大， Uab上升，當(dāng) T0=Tn時(shí)電勢(shì) U為： ( ) ( 20) ( 20)ab A B A B A B nU U e T e e T? ? ? ? ?而補(bǔ)償器選擇的 RCu產(chǎn)生的 Uab為： ( 20)ab A B nU e T??所以輸出電壓 U保持不變 B’ 補(bǔ)償導(dǎo)線法 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖 A B T1 T2 T2 A’ T0 T0 E B’ ? 當(dāng)熱電偶冷端的溫度由于受熱端溫度的影響在很大范圍內(nèi)變化時(shí) ,直接采用冷端溫度補(bǔ)償法將很困難。 ? 采用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端遠(yuǎn)移至溫度變化比較平緩的環(huán)境中 , 再采用上述的補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償。 5 、冷端溫度計(jì)算校正法 一般與熱電偶配套使用的指示儀表刻度是根據(jù)分度表取值，而分度表是在 時(shí)得到的，所以當(dāng) ，指示儀的示值就必須加以修正，修正方法如下： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0,0, 000 TETETETETTE ABABABABAB ????? ? ? ? ? ?0,0, 00 TETTETE ABABAB ??測(cè)量?jī)x表值 校正值 真實(shí)值 CT 00 0?CT 00 0?集成溫度傳感器是利用晶體管 PN結(jié)的電流電壓特性與溫度的關(guān)系 , 把感溫 PN結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個(gè)小硅片上 , 構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化的專(zhuān)用集成電路片。 集成溫度傳感器 電流輸出型集成溫度傳感器 AD590 工作原理：輸出電流與溫度成比例的電流源。 光纖是傳感器 2 ?c?i? ?? ??in0n2n1纖芯包層1）傳光原理 2221a rc s i n nnci ??? ??2） 光纖傳感器的工作原理 光纖傳感器原理實(shí)際上是研究光在調(diào)制區(qū)內(nèi) ， 外界信號(hào) （ 溫度 、 壓力 、 應(yīng)變 、 位移 、 振動(dòng) 、 電場(chǎng)等 ） 與光的相互作用 ， 即研究光被外界參數(shù)的調(diào)制原理 。 外界信號(hào)可能引起光的強(qiáng)度 、 波長(zhǎng) 、 頻率 、 相位 、 偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化 ， 從而形成不同的調(diào)制 。 光纖傳感器一般分為兩大類(lèi)： 功能型傳感器 (傳感型傳感器 ):利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器 。 非功能型傳感器 (傳光型傳感器 ):光纖僅僅起傳輸光的作用 ， 它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測(cè)量的變化 。 被測(cè)對(duì)象光 纖 敏 感元 件光源光探測(cè)器至 信 號(hào) 處理 系 統(tǒng)光纖光源光探測(cè)器至 信 號(hào) 處理 系 統(tǒng)光纖被測(cè)對(duì)象光 敏 感 元件( a )( b )光纖傳感器組成示意圖 （ a） 傳感型（功能型）； （ b） 傳光型 （非功能型）