非接触式温度传感器原理
非接触式温度传感器工作原理
非接触式温度传感器工作原理非接触式温度传感器是一种能够测量物体表面温度的装置，它的工作原理是通过接收物体所发射的红外辐射来确定其表面温度。
这种传感器在许多应用中具有重要的作用，比如工业生产、医疗诊断、室内温度监控等。
非接触式温度传感器利用物体表面的红外辐射来测量温度，其原理是基于斯特藩-玻尔兹曼定律。
这个定律指出，物体在绝对温度下会发射出红外辐射，其强度与物体的温度成正比。
因此，通过测量物体发射的红外辐射强度，就可以间接地推算出物体的表面温度。
具体而言，非接触式温度传感器内部包含一个红外辐射接收器和一个红外辐射测量器。
红外辐射接收器是一种敏感于红外辐射的器件，它能够将接收到的红外辐射转换为电信号。
而红外辐射测量器则负责将接收到的电信号转换为温度值。
非接触式温度传感器的工作过程如下：当传感器对准物体时，物体表面会发射出红外辐射，这些辐射会被传感器的红外辐射接收器接收到。
接收器会将接收到的红外辐射转换为电信号，并传送给红外辐射测量器。
红外辐射测量器会根据接收到的电信号强度，计算出物体的表面温度。
非接触式温度传感器具有许多优点。
首先，它能够在测量过程中避免与物体直接接触，因此不会对物体造成损坏或污染。
其次，它具有快速测量的能力，能够在短时间内获取物体的温度值。
此外，非接触式温度传感器还适用于对温度变化较大或不规则物体的测量，具有较高的测量准确性。
非接触式温度传感器在许多领域得到了广泛的应用。
在工业生产中，它可以用于监测机器设备的温度，以确保其正常运行。
在医疗诊断中，非接触式温度传感器可以用于监测病人的体温，无需与病人接触，减少了传染病的风险。
在室内温度监控中，非接触式温度传感器可以用于测量房间中的温度分布，以便更好地调节空调系统。
非接触式温度传感器通过接收物体发射的红外辐射来测量其表面温度。
它的工作原理基于斯特藩-玻尔兹曼定律，利用红外辐射接收器和红外辐射测量器实现温度的测量。
非接触式温度传感器具有快速、准确、无损伤等优点，在工业、医疗和室内温度监控等领域有着广泛的应用前景。
温度传感器工作原理
温度传感器工作原理温度传感器temperature transducer，利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。
温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。
IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
1.热电偶的工作原理当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-1(a)所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。
这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。
与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。
两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。
热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。
接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。
温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。
无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。
当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势差△V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图2-1(b)所示。
常用温度测量仪表分类
温度测量仪表的分类温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。
通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。
非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。
按工作原理分为膨胀式、电阻式、热电式，辐射式。
玻璃管温度计是根据液体热膨胀原理测温，双金属温度计是根据固体热膨胀原理测温，热电阻根据热阻效应原理测温，热电偶根据热电效应原理测温，辐射高温计根据热辐射原理测温。
一、热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：①测量精度高、热惯性小。
因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。
④输出信号为电信号，便于远传。
1．热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
工业用热电偶的测温范围见下表：在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃，B偶不用补偿导线，用普通的屏蔽线。
2、热电偶的结构一般由热电极、绝缘套管、保护管、接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的固定形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接无固定装置等多种形式。
热电极：一般金属Φ0.5~3.2mm，昂贵金属Φ0.3~0.6mm，长度与被测物质有关，一般为300~2000mm，通常在350mm左右；绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温下要5MΩ左右；保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀和机械损伤；接线盒：固定接线座，连接补偿导线。
分别列举10种接触、非接触传感器种类及原理
分别列举10种接触、非接触传感器种类及原理接触式位移传感器：1位移传感器及其原理：计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。
“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。
几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。
一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。
计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。
下面以透射光栅为例加以讨论。
透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。
目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。
光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。
一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。
为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。
当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。
由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。
如图 1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。
每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点。
由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π。
（上海德测电子科技有限公司产品）2螺杆式空压机压力传感器螺杆式空压机压力传感器:是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压力传感器。
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。
其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。
5、温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 热电阻式传感器 2.4 热敏电阻传感器
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。 在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广 泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流 程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。
=30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得 T=770℃。
习题：
1、什么是金属导体的热电效应？试说明热电偶的测温原理。
2、说明热电偶的基本定律的含义及它们的实用价值。
3、用镍铬-镍硅热电偶测量温度，已知冷端温度为400C，用 高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mv，求被测点 的温度。
具有中间导体的热电偶回路
• (2)中间温度定律
• 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度
为T0，中间温度为Ｔ0′，如图所示。则T，T0热电势等于 T，T0′与T0′，T0热电势的代数和。即
•
EAB(T,T0)=EAB(T,T0′)+EAB(T0′,T0)
• 运用该定律若冷端温度不为00C时，则实际T0可视为中间 温度。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电 位差，即接触电势eAB。
热电偶的接触电势
（2）温差电动势
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电 势称为单一导体的温差电势。
对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且 T>T0。
单一导体温差电势
热电偶回路中产生的总热电势： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0) - EA(T,T0)
温度传感器原理及其应用
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点 ➢ 温度传感器的分类如图9-1所示。
图9-1 温度传感器的分类
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点
➢ 常用材料温度传感器的类型、测温范围和特点如表9-1 所示。
▪ 9.1.2 温度传感器的应用
➢ 温度传感器应用极其广泛，家用的空调系统、冰箱、电 饭煲、电风扇等产品都要用到温度传感器，工业上也广 泛使用温度传感器，汽车上也用到温度传感器，另外航 空、海洋开发、生物制药都需要温度传感器。例如：
▪ 汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机及恒温等场合 也经常使用。
➢ 1.热电阻的连接法
• 在实际使用时，金属热电阻的连接方法不同，其测量精 度也不同，最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线 或四线电桥连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 1.热电阻的连接法
• 最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线或四线电桥 连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 热电阻也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷 在陶瓷类材料基底上，占用体积很小，如图9-5所示。
图9-4 金属热电阻结构图
图9-5 薄膜金属热电阻结构图
▪ 9.2.2 金属热电阻的工作原理
➢ 热电阻是利用物质的变化特性制成的，将温度的变化量 变换成与之有一定关系的电阻值的变化量，通过对电阻 值的测量实现对温度的测量。目前应用较多的热电阻材 料有铂和铜以及铁、镍等。
图9-17 热敏电阻测量单点温度原理图
➢ 3.CPU温度检测 ➢ 电脑在使用过程中，当CPU工作繁忙的时候，CPU温
度往往升高，若不加处理，会造成CPU的烧毁，在 CPU插槽中，用热敏电阻测温，然后通过相关电路进 行处理，实施保护。如图9-18所示。
图9-18 用热敏电阻实现过热保护原理图
温湿度传感器的工作原理及应用
温湿度传感器的工作原理及应用
据生理学家研究，人所处环境的温湿度高低，会直接影响到人的体温调节功能和热传导效应。
以至于人的体感适应度的好坏，反映到思维活动的敏捷和精神状态的优良，从而影响了我们学习、工作的效率。
经过试验分析，人体最适宜的室温度应是18℃，湿度应是40%至60%。
在人们的生产生活中，有许多不同的场所和环境对温湿度都有特定的要求，因此，合理的温湿度调控成为了一种必要手段。
温湿度传感器
由于温度与湿度不管是从物理量本身，还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以产生了温湿度一体的传感器。
温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。
市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。
温度和湿度
先来了解一下温度和湿度的几个物理量：
温度
度量物体冷热的物理量，是国际单位制中7个基本物理量之一。
在生产和科学研究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们的生活也和它密切相关。
湿度
湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。
日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度。
用%RH表示。
在物理量的导出上相对湿度与温度有着密切的关系。
一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高。
其中涉及到复杂的热力工程学知识。
有关湿度的一些定义：
相对湿度
在计量法中规定，湿度定义为“物象状态的量”。
日常生活中所指的湿度为相对湿度，用。
温度传感器分类及工作原理介绍
《广州兰瑟电子》介绍：温度传感器定义温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
温度传感器对于环境温度的测量非常准确，广泛应用于农业、工业、车间、库房等领域。
温度传感器分类按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
1、接触式接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。
2、非接触式它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。
这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。
温度传感器按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
1、热电阻热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。
但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。
2、热电偶热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。
其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。
电偶是最简单和最通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。
按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。
1、数字式温度传感器它采用硅工艺生产的数字式温度传感器，其采用PTAT结构，这种半导体结构具有精确的，与温度相关的良好输出特性。
2、逻辑输出温度传感器在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器3、模拟式温度传感器模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。
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非接触式温度传感器原理
非接触式温度传感器是一种不接触被测物体而能测量其表面温度的传感器。
其基本原理是利用被测物体产生的红外线辐射量与其温度之间的关系实现温度的测量。
由于温度的单位为热力学温标上的K或C，这里以k作为温度单位。
当物体的温度高于绝对零度（0 K）时，它会发出红外辐射。
这种辐射是一种电磁波，其频率范围为1.5×10^11Hz至3×10^14 Hz。
在这个范围内的电磁波称为红外线，其波长为0.78µm到1000µm。
非接触式温度传感器通常利用被测物体表面发出的红外线辐射量测量其表面温度。
当这些红外线进入传感器时，它们通过一个光学组件（例如透镜或反射镜）被聚焦到一个热电偶上。
热电偶测量到的温度差异随着红外线的变化而变化，这使得传感器能够测量被测物体的表面温度。
非接触式温度传感器的一个重要优点是它与被测物体之间没有物理接触，从而避免了可能出现的干扰或损伤。
此外，其应用涉及出现温度不稳定或变幻的环境时，表现更为优秀。
然而，这些传感器的精度受到如下因素的影响：
1. 被测物体的气体或污染物的存在会干扰传感器的测量。
2. 被测物体的表面可能受到反射光的干扰，从而干扰传感器的测量结果。
这是由光学学原理所决定的。
例如，深色物体可能吸收较多的红外光，而浅色物体则可能反射较多的红外光。
3. 温度的变化率可能会影响传感器的测量结果。
如果被测物体的温度变化较快，非接触式温度传感器可能无法快速响应，从而影响测量精度。
4. 传感器的分辨率可能影响其精度，高分辨率的传感器可以提供更高精度的温度测量结果。
在使用非接触式温度传感器进行测量时，需要考虑到如上的因素，以便得到最准确的温度测量结果。