熱電式傳感器及其應(yīng)用(參考版)
2025-05-03 02:06本頁(yè)面
【正文】 熱端 冷端 。 2) 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體 (或半導(dǎo)體 )才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng) A、 B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即 EAB(T， T0)=0。 3) 只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同 ,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。 4) 導(dǎo)體材料確定后 ， 熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān) 。 實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)只占極小部分，可以忽略不計(jì)，故式可以寫(xiě)成 A B 0 A B A B 0E ( T , T ) e ( T ) e ( T )?EAB(T,T0)=EAB(T )EAB(T0 )=f(T )C=g(T ) 由于 NA、 NB是溫度的單值函數(shù) dTNNekTTE TT BAAB ??0ln),( 0在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。 1） .兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì) A eA(T,To) To T eA(T， T0)——導(dǎo)體 A兩端溫度為 T、 T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)； T， T0——高低端的絕對(duì)溫度； σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體 A兩端的溫度差為 1℃ 時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在 0℃ 時(shí)，銅的 σ =2μV/℃ 。 熱電偶溫度測(cè)量原理 ?回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì) ?熱電勢(shì)由兩部分組成 : ?接觸電勢(shì) ?溫差電勢(shì) ? 由于不同金屬間的電子濃度不同 ,造成的電子擴(kuò)散 :高濃度金屬向低濃度金屬擴(kuò)散 ,直到兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止 . + A B T eAB(T) ( ) l n AABBNkTETeN?EAB(T)——導(dǎo)體 A、 B結(jié)點(diǎn)在溫度 T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)； e——單位電荷， e = 1019C； k——波爾茲曼常數(shù)， k = 1023 J/K ； NA、 NB ——導(dǎo)體 A、 B在溫度為 T 時(shí)的電子密度。如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。當(dāng)熱電偶兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差小的時(shí)候，即使它們均被加熱，毫伏數(shù)仍較小；兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差越大，電動(dòng)勢(shì)就越大；當(dāng)“熱端的溫度低于”冷端時(shí)，毫伏數(shù)為負(fù)值。熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，置于溫度為 T的被測(cè)對(duì)象中的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)之為 測(cè)量端，又稱(chēng)為工作端或熱端 ；而置于參考溫度為 T0的另一結(jié)點(diǎn)稱(chēng)之為參考端，又稱(chēng)自由端或冷端。 這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為 熱電效應(yīng) 。 ?利用一個(gè)溫度受控的基準(zhǔn)振蕩器與檢測(cè)振蕩器混頻，差頻信號(hào)由濾波器濾除，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)，可得到一個(gè)與溫度成正比的數(shù)字輸出。由于它實(shí)現(xiàn)非接觸溫度測(cè)量和熱成像，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)療儀器中用于非接觸測(cè)溫和熱像圖儀器方面。 ?輻射率 ,例如水為 ,人體皮膚為 ，石英玻璃為 ,塑料為 。第二次為 t4時(shí)間間隔， A/D轉(zhuǎn)換器采樣斬波器表面的溫度。 ? 獲取斬波器表面溫度的基準(zhǔn)溫度測(cè)量，采用熱敏傳感器測(cè)量溫度。 ? 溫度為 T的物體，單位面積所輻射的能量： ? 斬波器：對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光 40)( TdPTW ???? ?? ? ?)()( 4041 TTkTW ??? ???熱輻射 ?設(shè)溫度變化率為 dT/dt,電極面積為 A,束 縛電荷面密度等于 Ps， Ps對(duì)時(shí)間的化率為dPs/dt,則輸出電流 ΔI 為 : ?ΔI 正比于溫度變化速率 ? 熱輻射探測(cè)器結(jié)構(gòu)和等效電路如圖 : ? 輸入端是一個(gè)窗口，讓經(jīng)調(diào)制的熱輻射進(jìn)入產(chǎn)生電荷， ? 經(jīng)過(guò)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管收集電信號(hào)輸出，輸出端是場(chǎng)效應(yīng)管的漏極 D,源極 S和公共地端 E 熱輻射測(cè)量?jī)x的構(gòu)成原理 ? 由光學(xué)系統(tǒng)，斬波器，紅外探測(cè)器，放大器等組成測(cè)量系統(tǒng)， ? 測(cè)量系統(tǒng)獲取紅外信號(hào)。m。電荷的積累與溫度的變化相對(duì)應(yīng)。溫度升高則在晶體某些方向產(chǎn)生等量異號(hào)電荷。 ?熱釋電傳感器是一種熱輻射探測(cè)器，用于非接觸式溫度測(cè)量。 ?冷卻晶體時(shí)，電荷變化與加熱時(shí)相反。 補(bǔ)充 1： 熱釋電傳感器 ? 某些晶體（例如硫酸三苷肽、鋯鈦酸鉛鑭、透明陶瓷和聚合物薄膜 ）在溫度變化時(shí)，發(fā)生 電極化 。工作波長(zhǎng)在～ 20181。輻射溫度檢測(cè)就是基于這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)非接觸式溫度測(cè)量。 ?惡性熱圖（高溫差熱圖）：指患病處與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，其溫差大于 ℃ 以上，血管影像增粗，中斷、成團(tuán)、扭曲等，雙側(cè)明顯不對(duì)稱(chēng)。 ?異常熱圖（多樣性）：指患病處與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，溫差范圍在 ℃ ～ ℃ 之間，患側(cè)血管影像明顯增粗，增多、但仍對(duì)稱(chēng)。 紅外熱圖診斷標(biāo)準(zhǔn) ?正常熱圖（靠大量實(shí)踐 :年輕、年老功能判定）：指人體組織雙側(cè)對(duì)比溫度基本相等，溫差小于 ℃ ， 血管影像清晰、雙側(cè)對(duì)稱(chēng)。 ?癌變：患部溫度比周?chē)＝M織增高 ≥℃ 。 紅外熱圖分析 ?統(tǒng)一的特定溫度條件下： 20℃ ?對(duì)稱(chēng)部位比較 ?全身綜合分析 ?生理解剖系統(tǒng)分析 ?結(jié)合主述、病史、查體、特殊檢查綜合判定 ?自身相比較、與他人相比較 紅外熱圖診斷標(biāo)準(zhǔn) （室溫在 20℃ 左右） ?炎癥：患部溫度比周?chē)＝M織增高 ℃ ～ ℃ 。 ?皮膚病學(xué) ?紅外攝影首先用于醫(yī)學(xué)方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表痂皮下面愈合過(guò)程和皮下靜脈情況。這可作為確定有否惡性
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