传感器与检测技术课件第六章-温度传感器-3
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传感器和检测技术ppt课件
17.黄俊钦．静、动态数学模型的实用建模方法．北京：机械工业出版社， 1988
18. 马修水. 瑞士SYLVAC电容测量系统的发展. 工具技术，1989 (12)
19.于静江，周春晖．过程控制中的软测量技术．控制理论与应 用．1996,13(2)
20. 骆晨钟，邵惠鹤．软测量技术及其工业应用．仪表技术及传感器．
17
传感器原理及其应用－教学层次
中专级 大专级 本科级 硕士级 ……
精选ppt课件
18
谢谢！
传感器与检测技术 教学组
精选ppt课件
19
参 考 文 献 （续）
13.张正伟．传感器原理及应用．北京：中央广播电视大学出版社，1997
14.周春晖. 过程控制工程手册. 北京: 化学工业出版社，1993
15. 陈守仁. 自动检测技术及仪表. 北京: 机械工业出版社，1989
16. 费业泰. 误差理论与数据处理. 北京:机械工业出版社, 2002
课时数
2 4 6 2 4 6 8 2 34
作业 实验
* * * * * * *
15
参考文献
1. 王化祥,张淑英．传感器原理及应用．天津：天津大学出版社，1991 2. 常健生. 检测与转换技术. 北京:机械工业出版社. 2001 3. 严钟豪，谭祖根. 非电量电测技术. 北京：机械工业出版社，2003 4. 强锡富. 传感器. 北京：机械工业出版社，1998 5. 贾伯年，俞朴. 传感器技术. 南京：东南大学出版社，1992 6. 王俊杰. 检测技术与仪表. 武汉. 武汉理工大学出版社，2002 7. 郭振芹．非电量的电测量．北京：中国计量出版社，1986 8. 郁有文，常健，程继红编著. 传感器原理及工程应用. 西安：西安电子科
传感器与检测技术3课件
项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理
任务1：
现有0.5级的0~300ºC和1.0级0~100ºC的两个温度计，欲测量80ºC的温度， 试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？
实施：
1.0级的0~100ºC的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：
xm2 m2 Am2 1.0%(100 0) 1
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传感器与检测技术课程介绍 检测技术在卫星 中的应用
红外线扫描的区域
检测森林火灾和气象等
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传感器与检测技术课程介绍
检测技术在 核电站中的 应用DCS
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传感器与检测技术课程介绍
传感器 在本教材中是指一个能将被测的非电量变 换成电量的器件
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项目1 传感器误差与特性分析
测量方法：
接触性测量 和非接触性 测量
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项目1 传感器误差与特性分析
测量方法：
模拟式测量 和数字式测 量
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项目1 传感器误差与特性分析
测量方法：
模拟式测量 和数字式测 量
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基本误差
去掉百分号
问：用其测量直流、交流电 （%）后的数值
压时，可能产生的满度
相对误差分别为多少？ 定义为仪表的精度等级
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项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理
例：某温度计的量程范围为0-500ºC，校 验时该表的最大绝对误差为6ºC，试确定 其精度等级？
传感器与检测技术ppt课件
控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。
(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度
重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限，要计算各部件的 误差，则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口，将霍尔元件放在 缺口处，被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B， 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时，可 控硅的导通角增大，焊接 电流变大，测出的电压大 于规定的焊接电流时，可 控硅的导通角减，焊接电 流变小，控制焊接回路的 电流。
性；
没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑 片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装 配；寿命长，可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；
• 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；
《传感器与检测技术》PPT课件
安全防护――防盗、防火、防燃气泄露、 CCD（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体 传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器；
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整理ppt
21
楼宇自动控制系统
自动识别――门禁管理系统、感应式IC卡 识别、指纹识别；
远程抄收与管理系统――水、电、气、热 量通过传感器设置远程自动化抄表；
巡更系统――保安管理。
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整理ppt
22
汽车与传感器
2021/1/5
整理ppt
23
汽车与传感器
传统： 行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量 安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防 抱 死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”
环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置
整理ppt
24
参考文献：
1. “汽车安全保障传感器市场”，《传感器世界》， 2001年1期
2021/1/5
整理ppt
7
本节主要内容
第1章 传感器与检测技术概论 1.1．传感器的分类及组成 1.2．传感器的基本特性 1.3．检测技术的基础知识
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整理ppt
8
绪论
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面的有关信息通过检查与测量的 方法，赋予定性或定量结果的过程称为 检测技术。
摄像机
12
2. 传感器
传感器的定义是：能感受规定的被测量并 按照一定的规律转换成可用输出信号的器件 或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应 被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件感受 或响应的被测量转换成适于传输或测量的电 信号的部分。
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楼宇自动控制系统
自动识别――门禁管理系统、感应式IC卡 识别、指纹识别；
远程抄收与管理系统――水、电、气、热 量通过传感器设置远程自动化抄表；
巡更系统――保安管理。
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汽车与传感器
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整理ppt
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汽车与传感器
传统： 行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量 安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防 抱 死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”
环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置
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参考文献：
1. “汽车安全保障传感器市场”，《传感器世界》， 2001年1期
2021/1/5
整理ppt
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本节主要内容
第1章 传感器与检测技术概论 1.1．传感器的分类及组成 1.2．传感器的基本特性 1.3．检测技术的基础知识
2021/1/5
整理ppt
8
绪论
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面的有关信息通过检查与测量的 方法，赋予定性或定量结果的过程称为 检测技术。
摄像机
12
2. 传感器
传感器的定义是：能感受规定的被测量并 按照一定的规律转换成可用输出信号的器件 或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应 被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件感受 或响应的被测量转换成适于传输或测量的电 信号的部分。
传感器与检测技术课件
2
工业自动化
传感器实现自动化生产线和机器人的精准控制。
3
健康监测
传感器帮助监测心率、血压和步数，促进个人健康。
检测技术的发展趋势
1 微纳传感技术
越来越小型化，可实现更 高灵敏度和更低功耗的传 感器。
2 无线传感技术
通过无线通信技术，传感 器可以实现远程监测和数 据传输。
3 多模态传感技术
结合多个传感器的数据， 实现更全面和准确的检测 和监测。
应用案例
1
智能家居
传感器可以自动调节室内温度、灯光亮度和安防系统。
加速度传感器
测量物体的加速度和振动，用于运动控制和结 构健康监测。
传感器应用领域
工业领域
传感器在工厂自动化和生产过程控制中发挥关键作 用。
医疗领域
传感器用于监测患者的生命体征和医疗设备的运行 状态。
环境监测领域
传感器帮助监测大气污染、水质和噪音水平等环境 指标。
智能家居领域
传感器用于实现智能灯光、温度控制和安全监测等 功能。
传感器与检测技术课件
欢迎来到传感器与检测技术课件！通过本课程，您将了解传感器的定义和作 用，以及检测技术的概述。我们还将探讨传感器与检测技术之间的关系气体的压力变化，广泛应用于工业 和汽车领域。
光电传感器
检测光线，广泛应用于自动化和安全系统中。
温度传感器
测量温度变化，广泛用于气象、医疗和电子设 备等领域。
传感器与检测技术第六章课件
2024年7月13日星期六
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传 感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。
2024年7月13日星期六
6.3.5 霍尔计数器
图6-20 霍尔计数器的工作原理及其内部电路
6.3.1 霍尔位移传感器
图6-16 霍尔位移传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
6.3.2 霍尔压力传感器
图6-17 霍尔压力传感器的工作原理 1—弹簧管； 2—磁铁； 3—霍尔压力传感器
2024年7月13日星期六
6.3.3 霍尔加速度传感器
图6-18 霍尔加速度传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
EH=KH IB
I ——控制电流（A） B ——磁感应强度（T） KH ——霍尔元件的灵敏度
2024年7月13日星期六
霍尔元件灵敏度的表达式为
kH
RH d
式中，RH为霍尔常数；d为霍尔元件的厚度（m）。 霍尔常数的表达式为
（6-2）
RH =ρμ
（6-3）
式中，ρ为霍尔元件所用材料的电阻率；μ为霍尔元件所用材料载流
（a）外形结构
（b）图形符号
图6-1 霍尔元件
霍尔元件是一种半导体四端薄皮，1、1′端称为激励电流端， 2、2′端称为霍尔电动势的输出端，其中2、2′端一般应处于 霍尔元件侧面的中点
2024年7月13日星期六
当把霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中时，磁场方向垂 直于霍尔元件，当有电流I流过霍尔元件时，在垂直于电流 和效磁应场的方向上将产生感应电动势EH，这种现象称为霍尔
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传 感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。
2024年7月13日星期六
6.3.5 霍尔计数器
图6-20 霍尔计数器的工作原理及其内部电路
6.3.1 霍尔位移传感器
图6-16 霍尔位移传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
6.3.2 霍尔压力传感器
图6-17 霍尔压力传感器的工作原理 1—弹簧管； 2—磁铁； 3—霍尔压力传感器
2024年7月13日星期六
6.3.3 霍尔加速度传感器
图6-18 霍尔加速度传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
EH=KH IB
I ——控制电流（A） B ——磁感应强度（T） KH ——霍尔元件的灵敏度
2024年7月13日星期六
霍尔元件灵敏度的表达式为
kH
RH d
式中，RH为霍尔常数；d为霍尔元件的厚度（m）。 霍尔常数的表达式为
（6-2）
RH =ρμ
（6-3）
式中，ρ为霍尔元件所用材料的电阻率；μ为霍尔元件所用材料载流
（a）外形结构
（b）图形符号
图6-1 霍尔元件
霍尔元件是一种半导体四端薄皮，1、1′端称为激励电流端， 2、2′端称为霍尔电动势的输出端，其中2、2′端一般应处于 霍尔元件侧面的中点
2024年7月13日星期六
当把霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中时，磁场方向垂 直于霍尔元件，当有电流I流过霍尔元件时，在垂直于电流 和效磁应场的方向上将产生感应电动势EH，这种现象称为霍尔
传感器与检测技术温度的测量及温度传感器
➢用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热 容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性。
➢热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传 、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高 ，可以用作基准仪表。
➢热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热 现象以及测量温度不能太高。
EAB（T，0）＝EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）
3）冷端补偿器法（电桥补偿法）
▪ 利用不平衡电桥产生 的电势来补偿热电偶因冷 端温度变化而引起的热电 势。
令ΔUab＝ΔEAB（T0） 图5－５ 电桥补偿示意图 得U0＝EAB（T）－EAB（20℃）
U0＝EAB（T）－〔EAB（T0）+ΔEAB（T0）〕+ΔUab
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E C ( T B ,T 0 )
▪ 导体C被称为标准电极，通常用纯铂（Pt）作标准电极
2.2.2热电偶结构结构形式及材料
热电偶分类及特性
➢为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有 以下性能： (1)优良的热电特性； (2)良好的物理性能 ； (3)优良的化学性能 ； (4)优良的机械性能 ； (5)足够的机械强度和长的使用寿命； (6)制造成本低，价值比较便宜。
▪ 为什么要进行冷端温度补偿？ 1.在测温时，冷端温度T0随着环境温度变化，因 而产生测量误差，故应采取补偿措施。 2.分度表是在T0＝0℃时测得的，使用时，只有满 足T0＝0℃的条件才能使用分度表
常用的修正或补偿方法
▪ 1）冰浴法
将热电偶冷端置于冰水中，使冷端 保持恒定的0℃，它可以使冷端温度误 差完全消失。 2）冷端温度修正法
➢热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传 、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高 ，可以用作基准仪表。
➢热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热 现象以及测量温度不能太高。
EAB（T，0）＝EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）
3）冷端补偿器法（电桥补偿法）
▪ 利用不平衡电桥产生 的电势来补偿热电偶因冷 端温度变化而引起的热电 势。
令ΔUab＝ΔEAB（T0） 图5－５ 电桥补偿示意图 得U0＝EAB（T）－EAB（20℃）
U0＝EAB（T）－〔EAB（T0）+ΔEAB（T0）〕+ΔUab
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E C ( T B ,T 0 )
▪ 导体C被称为标准电极，通常用纯铂（Pt）作标准电极
2.2.2热电偶结构结构形式及材料
热电偶分类及特性
➢为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有 以下性能： (1)优良的热电特性； (2)良好的物理性能 ； (3)优良的化学性能 ； (4)优良的机械性能 ； (5)足够的机械强度和长的使用寿命； (6)制造成本低，价值比较便宜。
▪ 为什么要进行冷端温度补偿？ 1.在测温时，冷端温度T0随着环境温度变化，因 而产生测量误差，故应采取补偿措施。 2.分度表是在T0＝0℃时测得的，使用时，只有满 足T0＝0℃的条件才能使用分度表
常用的修正或补偿方法
▪ 1）冰浴法
将热电偶冷端置于冰水中，使冷端 保持恒定的0℃，它可以使冷端温度误 差完全消失。 2）冷端温度修正法
传感器与检测技术精PPT课件
L 2H 2R 2S 2
.
1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
.
例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
.
1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
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例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
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第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度变化的原 理制成的。是一种非接触式测温方法，只要将传感器与被测 对象对准即可测量其温度的变化。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
与接触式温度传感器相比，具有以下特点：
1）传感器与被测对象不接触，不会干扰被测对象的温度场， 故可测量运动物体的温度，且可进行遥测。 2）由于传感器与被测对象不在同一环境中，不会受到被测 介质性质的影响，所以可以测量腐蚀性、有毒物体、带 电体的温度，测温范围广，理论上无测温上限限制。 3）在检测时传感器不必和被测对象进行热量交换，所以测 量速度快，响应时间短，适于快速测温。 4）由于是非接触测量，测量精度不高，测温误差大。
R0
R0
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
3.图示为一种测温范围为0℃~100℃的测温电路，其中Rt=10 （1+0.02t)KΩ为感温热电阻；R0、 Rs均为常值电阻， n为正整数，E为工作电压，M、N两点的电位差为输出电压， 问： （1）如果t= 0℃时，输出电压为0， Rs应取多少？ （2）给出该测温电路的输出特征方程。
第三节
非接触式温度传感器
见课本图6-14
第六章 温度传感器 WGG2型光学高温计
第三节
非接触式温度传感器
第六章 温度传感器 WGG2型光学高温计
第三节
非接触式温度传感器
测量范围：700 ~ 2000 ℃
可用于冶 金、化工和机 械等工业生产 过程中，测量 冶炼、烧铸、 轧钢、玻璃熔 窖、锻打、热 处理的温度。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
根据所采用测量方法的差异，非接触式温度传感器可分为： 全辐射式温度传感器 亮度式温度传感器
比色式温度传感器
第六章 温度传感器 一、全辐射式温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
全辐射温度传感器利用物体在全光谱范围内总辐射能量与 温度的关系测量温度。
能全部吸收投射到它表面的辐射能量的物体称为黑体； 能全部反射的物体称为镜体； 能全部透过的物体称为透明体； 能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
辐射温度传感器是利用斯蒂芬〃彼尔兹曼全辐射定理 研制出的。其数学表达式为：
全波长辐 射能力
E0 T
斯蒂芬〃彼 尔兹曼常数
4
物体的绝 对温度
由上式可知，物体温度越高，辐射功率就越大，只要 知道物体的温度，就可以计算出它所发射的功率，反之， 如果测量出物体所发射出来的辐射功率，就可利用上式 确定物体的温度。
第六章 温度传感器 一、全辐射式温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
绝对黑体的全辐射能与温度的关系为：
E ( , T ) T
4
热力学温度
波尔兹曼系数
灰体的全辐射能与温度的关系为 ：
E
T
( , T ) T E ( , T ) T T
4
若灰体在某一温度T时的全辐射能跟绝对黑体在温 度TF时全辐射能相等，则TF称为该灰体的辐射温度。
ε 和ε 也十分接近，所测比色温度近似等于真实温度， λ1 λ2
这是比色高温计很重要的优点。
第六章 温度传感器
I 1 R2 R4 第三节 R 非接触式温度传感器 R R
x
R2
1
I 2
3
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
比色高温计比其它辐射式高温计的测温准确度高。 因为中间介质（水蒸气、CO、CO2等）的吸收，对单色辐射 强度比值的影响较小； 因比色温度接近于实际温度，如对被测物体无法得知其全辐射 系数时，当然用比色温度来代替实际温度比其它方法更准
第六章 温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
电流输出型IC温度传感器原理图如下图所示。
v
U be U be 4 U be 2
kT I1 R ln q
VT1 I1 VT2 UT R
VT3 I1 VT4
图8.20 电流输出型IC温度传感器原理图
第六章 温度传感器 •
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
2.一种测温电路的测温范围为0℃~200℃，其电路图如下。 图中Rt=10（1+0.005t)KΩ为感温热电阻；R0= 10KΩ，工作 电压E=10V，M、N两点的电位差为输出电压UMN。 （1）写出UMN的数学表达式； （2）求0℃到100℃时，测量电路的灵敏度。 Rt R0
0 <ελ< 1，
∵
∴
测到的亮度温度总是低于物体真实温度的，即
Ts < T 。
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 常用的亮度传感器： 灯丝隐灭式亮度传感器 光电式亮度传感器
第三节
非接触式温度传感器
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 常用的亮度传感器： 灯丝隐灭式亮度传感器 光电式亮度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
IC设计时,取V2发射极面积为V4发射极面积的8倍,于是 根据式(8.17)得电阻R上的电压输出为
kT UT ln8 0.1792mV / K q
图中集电极电流由UT/R决定,电路中流过的电流 为流过R的电流的2倍。取R=358Ω,则可获得灵敏度为 1μA/K的温度传感器。
I E I see
U BE
kT
•
对上式取对数,得
kT I E ln q I se
第六章 温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
k IE 令a ln 常数，则 q I se
U BE aT
由上式可知,温度T与发射结压降UBE有对应关系,我们可根据 这一关系通过测量UBE来测量温度T值,且在温度不太高的情况下, 两者近似成线性关系,其灵敏度为
dU BE k IE a ln 常数 dT q I se
第六章 温度传感器 ②温度特性
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
图8.13为硅半导体晶体管的基极—发射极间电压UBE和集电极电流 IC关系的温度特性。UBE具有大约-2.3mV/ ℃的温度系数，利用这一现 象可以制成高精度、超小型的温度传感器，测温范围为-50-200 ℃左右。 •
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
用此法进行测量时，仪表显示的温度为“比色温度”。
定义为：非黑体辐射的两个波长λ1、λ2的亮度L λ1T和L λ2T 之比值等于绝对黑体相应的亮度L λ1T和L λ2T之比值时，绝对 黑体的温度称为该非黑体的比色温度，以Tp表示，它与非 黑体的真实温度T的关系为：
第六章 温度传感器 亮度温度：
第三节
非接触式温度传感器
在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度 T 时的亮度 Lλ和全 辐射体在温度 Ts 时的亮度 L0λ相等，则把 Ts 称为被测物体 在波长λ时的亮度温度。 被测物体实际温度 T 和亮度温度 Ts 之间的关系：
L（T） L0（Ts）
1 1 1 ln TS T C 2
第三节
非接触式温度传感器
这种传感器适用于远距离，不能 直接接触的高温物体，其测温 范围为（100~2000）℃
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 测温原理
第三节
非接触式温度传感器
亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的 原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐 射体的亮度进行比较来测量温度。
1 02
35 38 3 5.8 K 30 0 25 5.2 .5 22 3.3
10
IC / A
12 4 .7
1 0－2 1 0－4 1 0－6 0
0 .2
0 .4
17 6.8
0 .6 UBE / V
0 .8
77 .5
1 .0
1 .2
图8.13 UBE与IC的温度特性
第六章 温度传感器
第四节 第三节
第六章 பைடு நூலகம்度传感器
第三节
非接触式温度传感器
物体在波长λ下的亮度Lλ和它的光谱辐射出射强度Eλ成正比。
L CE C C1 e
全辐射体： 实际物体：
5 ( C2 T )
L0 CE0 CC1 e
5 ( C2 Ts )
5 ( C2 T )
L CE C C1 e
第六章 温度传感器 二极管温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
简单、价廉，可制成半导体温度计，测温范围0~50℃ 三极管温度传感器 精度高、测温范围宽，在（-50~150）℃之间，可用于工业、 医疗等领域的仪器或系统
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器 习题
1.下图给出了一种测温电路，其中RT=2R0（1+0.01t）（KΩ） 为感温热电阻，RB为可调电阻，U为工作电压。（其中G为 检流计） （1）基于该测温电路的工作机理，请给出调节电阻RB随温度 变化的关系。 （2）若测温范围为20~40℃，R0=10 KΩ，试计算RB的变化 范围。
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 特点：
第三节
非接触式温度传感器
这种传感器量程较宽，有较高的测量精度，一般用于测量 （700~3200）℃范围的浇铸、轧钢、锻压、热处理时的温 度
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器 测温原理：
第三节
第三节
非接触式温度传感器
辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度变化的原 理制成的。是一种非接触式测温方法，只要将传感器与被测 对象对准即可测量其温度的变化。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
与接触式温度传感器相比，具有以下特点：
1）传感器与被测对象不接触，不会干扰被测对象的温度场， 故可测量运动物体的温度，且可进行遥测。 2）由于传感器与被测对象不在同一环境中，不会受到被测 介质性质的影响，所以可以测量腐蚀性、有毒物体、带 电体的温度，测温范围广，理论上无测温上限限制。 3）在检测时传感器不必和被测对象进行热量交换，所以测 量速度快，响应时间短，适于快速测温。 4）由于是非接触测量，测量精度不高，测温误差大。
R0
R0
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
3.图示为一种测温范围为0℃~100℃的测温电路，其中Rt=10 （1+0.02t)KΩ为感温热电阻；R0、 Rs均为常值电阻， n为正整数，E为工作电压，M、N两点的电位差为输出电压， 问： （1）如果t= 0℃时，输出电压为0， Rs应取多少？ （2）给出该测温电路的输出特征方程。
第三节
非接触式温度传感器
见课本图6-14
第六章 温度传感器 WGG2型光学高温计
第三节
非接触式温度传感器
第六章 温度传感器 WGG2型光学高温计
第三节
非接触式温度传感器
测量范围：700 ~ 2000 ℃
可用于冶 金、化工和机 械等工业生产 过程中，测量 冶炼、烧铸、 轧钢、玻璃熔 窖、锻打、热 处理的温度。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
根据所采用测量方法的差异，非接触式温度传感器可分为： 全辐射式温度传感器 亮度式温度传感器
比色式温度传感器
第六章 温度传感器 一、全辐射式温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
全辐射温度传感器利用物体在全光谱范围内总辐射能量与 温度的关系测量温度。
能全部吸收投射到它表面的辐射能量的物体称为黑体； 能全部反射的物体称为镜体； 能全部透过的物体称为透明体； 能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
辐射温度传感器是利用斯蒂芬〃彼尔兹曼全辐射定理 研制出的。其数学表达式为：
全波长辐 射能力
E0 T
斯蒂芬〃彼 尔兹曼常数
4
物体的绝 对温度
由上式可知，物体温度越高，辐射功率就越大，只要 知道物体的温度，就可以计算出它所发射的功率，反之， 如果测量出物体所发射出来的辐射功率，就可利用上式 确定物体的温度。
第六章 温度传感器 一、全辐射式温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
绝对黑体的全辐射能与温度的关系为：
E ( , T ) T
4
热力学温度
波尔兹曼系数
灰体的全辐射能与温度的关系为 ：
E
T
( , T ) T E ( , T ) T T
4
若灰体在某一温度T时的全辐射能跟绝对黑体在温 度TF时全辐射能相等，则TF称为该灰体的辐射温度。
ε 和ε 也十分接近，所测比色温度近似等于真实温度， λ1 λ2
这是比色高温计很重要的优点。
第六章 温度传感器
I 1 R2 R4 第三节 R 非接触式温度传感器 R R
x
R2
1
I 2
3
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
比色高温计比其它辐射式高温计的测温准确度高。 因为中间介质（水蒸气、CO、CO2等）的吸收，对单色辐射 强度比值的影响较小； 因比色温度接近于实际温度，如对被测物体无法得知其全辐射 系数时，当然用比色温度来代替实际温度比其它方法更准
第六章 温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
电流输出型IC温度传感器原理图如下图所示。
v
U be U be 4 U be 2
kT I1 R ln q
VT1 I1 VT2 UT R
VT3 I1 VT4
图8.20 电流输出型IC温度传感器原理图
第六章 温度传感器 •
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
2.一种测温电路的测温范围为0℃~200℃，其电路图如下。 图中Rt=10（1+0.005t)KΩ为感温热电阻；R0= 10KΩ，工作 电压E=10V，M、N两点的电位差为输出电压UMN。 （1）写出UMN的数学表达式； （2）求0℃到100℃时，测量电路的灵敏度。 Rt R0
0 <ελ< 1，
∵
∴
测到的亮度温度总是低于物体真实温度的，即
Ts < T 。
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 常用的亮度传感器： 灯丝隐灭式亮度传感器 光电式亮度传感器
第三节
非接触式温度传感器
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 常用的亮度传感器： 灯丝隐灭式亮度传感器 光电式亮度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
IC设计时,取V2发射极面积为V4发射极面积的8倍,于是 根据式(8.17)得电阻R上的电压输出为
kT UT ln8 0.1792mV / K q
图中集电极电流由UT/R决定,电路中流过的电流 为流过R的电流的2倍。取R=358Ω,则可获得灵敏度为 1μA/K的温度传感器。
I E I see
U BE
kT
•
对上式取对数,得
kT I E ln q I se
第六章 温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
k IE 令a ln 常数，则 q I se
U BE aT
由上式可知,温度T与发射结压降UBE有对应关系,我们可根据 这一关系通过测量UBE来测量温度T值,且在温度不太高的情况下, 两者近似成线性关系,其灵敏度为
dU BE k IE a ln 常数 dT q I se
第六章 温度传感器 ②温度特性
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
图8.13为硅半导体晶体管的基极—发射极间电压UBE和集电极电流 IC关系的温度特性。UBE具有大约-2.3mV/ ℃的温度系数，利用这一现 象可以制成高精度、超小型的温度传感器，测温范围为-50-200 ℃左右。 •
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器
第三节
非接触式温度传感器
用此法进行测量时，仪表显示的温度为“比色温度”。
定义为：非黑体辐射的两个波长λ1、λ2的亮度L λ1T和L λ2T 之比值等于绝对黑体相应的亮度L λ1T和L λ2T之比值时，绝对 黑体的温度称为该非黑体的比色温度，以Tp表示，它与非 黑体的真实温度T的关系为：
第六章 温度传感器 亮度温度：
第三节
非接触式温度传感器
在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度 T 时的亮度 Lλ和全 辐射体在温度 Ts 时的亮度 L0λ相等，则把 Ts 称为被测物体 在波长λ时的亮度温度。 被测物体实际温度 T 和亮度温度 Ts 之间的关系：
L（T） L0（Ts）
1 1 1 ln TS T C 2
第三节
非接触式温度传感器
这种传感器适用于远距离，不能 直接接触的高温物体，其测温 范围为（100~2000）℃
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 测温原理
第三节
非接触式温度传感器
亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的 原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐 射体的亮度进行比较来测量温度。
1 02
35 38 3 5.8 K 30 0 25 5.2 .5 22 3.3
10
IC / A
12 4 .7
1 0－2 1 0－4 1 0－6 0
0 .2
0 .4
17 6.8
0 .6 UBE / V
0 .8
77 .5
1 .0
1 .2
图8.13 UBE与IC的温度特性
第六章 温度传感器
第四节 第三节
第六章 பைடு நூலகம்度传感器
第三节
非接触式温度传感器
物体在波长λ下的亮度Lλ和它的光谱辐射出射强度Eλ成正比。
L CE C C1 e
全辐射体： 实际物体：
5 ( C2 T )
L0 CE0 CC1 e
5 ( C2 Ts )
5 ( C2 T )
L CE C C1 e
第六章 温度传感器 二极管温度传感器
第四节 第三节
半导体温度传感器 非接触式温度传感器
简单、价廉，可制成半导体温度计，测温范围0~50℃ 三极管温度传感器 精度高、测温范围宽，在（-50~150）℃之间，可用于工业、 医疗等领域的仪器或系统
第六章 温度传感器
第三节
非接触式温度传感器 习题
1.下图给出了一种测温电路，其中RT=2R0（1+0.01t）（KΩ） 为感温热电阻，RB为可调电阻，U为工作电压。（其中G为 检流计） （1）基于该测温电路的工作机理，请给出调节电阻RB随温度 变化的关系。 （2）若测温范围为20~40℃，R0=10 KΩ，试计算RB的变化 范围。
第六章 温度传感器 二、亮度式温度传感器 特点：
第三节
非接触式温度传感器
这种传感器量程较宽，有较高的测量精度，一般用于测量 （700~3200）℃范围的浇铸、轧钢、锻压、热处理时的温 度
第六章 温度传感器 三、比色温度传感器 测温原理：
第三节