第2講 溫度檢測(cè) ① Temperature Measure I 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 羅敏敏 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 國際單位制 1960年10月十一屆國際計(jì)量大會(huì)確定了國際通 用的國際單位制，簡稱SI制。 SI制有七個(gè)基本單位： 長度m，時(shí)間s，傳感質(zhì)器量與檢k測(cè)g，技術(shù)熱力學(xué)溫度（Kelvin 溫度）K，電流單位A，光強(qiáng)度單位cd（坎德拉）， 物質(zhì)量mol 二個(gè)輔助單位： 平面角弧度rad，立體角球面度Sr 2 CONTENTS §2.1 溫標(biāo)及測(cè)溫方法 §2.2 膨脹式溫度計(jì) 傳感器與檢測(cè)技術(shù) §2.3 電阻式溫度傳感器 §2.4 熱電偶傳感器 3 §2.1 溫標(biāo)及測(cè)溫方法 ?2.1.1 溫標(biāo) Temperature Scale ?溫標(biāo)即是溫度的數(shù)值表示法。溫度計(jì)的建立都是以某一 種溫標(biāo)為根據(jù)。 ?1. 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) ?Empirical Temper傳at感ur器e與S檢ca測(cè)le技術(shù) ?2. 熱力學(xué)溫標(biāo) ?Thermodynamics Temperature Scale ?3. 國際實(shí)用溫標(biāo) ?International Practical Temperature Scale 4 1．熱力學(xué)溫標(biāo) 1848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定 律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì) 無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。

因是開爾文總結(jié)出來的， 故 又 稱 開 爾 文 溫標(biāo)，用符號(hào) 傳感器與檢測(cè)技術(shù) K 表 示。 它 是國 際 基本單位制之一 。 是一種理想溫標(biāo)，不可能實(shí)現(xiàn)。 5 2．國際實(shí)用溫標(biāo) 為解決國際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問題，國際上協(xié)商決定熱電阻溫度傳感器，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度 （即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易 實(shí) 現(xiàn) 的 溫 標(biāo) ， 即傳國感器際與檢實(shí)測(cè)技術(shù)用 溫 標(biāo) International Practical Temperature Scale of 1968 (簡稱IPTS-68)，又稱國際溫標(biāo)。 6 2．國際實(shí)用溫標(biāo) 1968年國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用T 表示，其單位是開爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相 點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài) 、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度熱電阻溫度傳感器，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三 相點(diǎn)溫度為273.16 K，傳感這器是與檢建測(cè)立技術(shù)溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。 7 國際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn) 物質(zhì) 氫 氧 水 溫 平衡狀態(tài) T68/K 三相點(diǎn) 13.81 沸點(diǎn)25/76atm 7.042 沸點(diǎn) 20.8 沸點(diǎn) 三相點(diǎn) 27.102 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 54.361 沸點(diǎn) 90.188 三相點(diǎn) 沸點(diǎn) 273.16 373.15 度 T68/℃ -259.34 -266.108 -252.35 -246.048 -218.789 -182.962 0.01 100.0 鋅 凝固點(diǎn) 銀 凝固點(diǎn) 金 凝固點(diǎn) 692.73 1235.08 1337.58 419.58 961.93 1064.43 8 四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器 ①低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K—273.15K）； ②鉑電阻溫度計(jì)（273.15K—903.89K）； ③鉑銠-鉑熱電偶溫度傳計(jì)感（器與9檢0測(cè)3.技89術(shù)K—1337.58K）； ④光測(cè)溫度計(jì)（1337.58K以上）。

國際實(shí)用開爾文溫度與國際實(shí)用攝氏溫度分別用符 號(hào)T68和t68來區(qū)別（一般簡寫為T與t）。 9 3．?dāng)z氏溫標(biāo) 是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn) 中間劃分一百個(gè)等份，每一等份稱為攝氏一度( 攝氏度，℃)，一般用小寫字母 t 表示。與熱力 學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并傳感用器與。檢測(cè)技術(shù) 攝氏溫標(biāo)與國際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系 如下： t=T-273.15 ℃ T=t+273.15 K 注意：溫度間隔1K=1℃。 冰點(diǎn)T0= 273.15 K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01 K10。 4．華氏溫標(biāo) 目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度， 中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符 號(hào)用℉，它和攝氏傳溫感度器與的檢測(cè)關(guān)技術(shù)系如下： m=1.8n+32 ℉ n= 5/9 (m-32) ℃ 11 二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類 1 溫度傳感器的物理原理 ? 隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化； ? 蒸氣壓的溫度變化； ? 電極的溫度變化 ? 熱電偶產(chǎn)生的電傳動(dòng)感勢(shì)器與；檢測(cè)技術(shù) ? 光電效應(yīng) ? 熱電效應(yīng) ? 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化； ? 物質(zhì)的變色、融解； ? 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化； ? 熱放射； ? 熱噪聲。

12 2. 溫度傳感器應(yīng)滿足的條件 ? 特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測(cè)和處理，且隨 溫度呈線性變化； ? 除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低； ? 特性隨時(shí)間變化要小； ? 重復(fù)性好，沒有滯后和傳老感化器與；檢測(cè)技術(shù) ? 靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響要??； ? 機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好； ? 能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜； ? 無危險(xiǎn)性，無公害等。 13 物 體積熱膨脹 理 電阻變化 現(xiàn) 溫差電現(xiàn)象 象 導(dǎo)磁率變化 電容變化 壓電效應(yīng) 超聲波傳播速度變化 物質(zhì) 顏色 P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì) 晶體管特性變化 可控硅動(dòng)作特性變化 熱、光輻射 1.氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì) 3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì) 5.液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì) 鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻 熱電偶 1．熱鐵氧體 2．Fe-Ni-Cu合金 BaSrTiO3陶瓷 傳感器與石檢英測(cè)技晶術(shù)體振動(dòng)器 超聲波溫度計(jì) 種 類 示溫涂料 液晶 半導(dǎo)體二極管 晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳

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