《溫度的測(cè)量》PPT課件

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1、溫度的測(cè)量,工程訓(xùn)練之一,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-1,第六講溫度的測(cè)量引言,溫度的測(cè)量是生活中有很多應(yīng)用,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-2,第六講溫度的測(cè)量引言溫度的測(cè)量方法,溫度會(huì)引起什么變化？ 金屬熱電阻：溫度/熱量電阻 熱電偶：溫度/熱量溫差電動(dòng)勢(shì) 半導(dǎo)體熱敏電阻：溫度/熱量電阻 紅外釋熱測(cè)溫：溫度紅外熱輻射 色溫法：溫度金屬顏色變化 石英：溫度石英震蕩頻率 形變,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-3,第六講溫度的測(cè)量引言,由于傳感器本身存在熱容以及傳熱介質(zhì)含有熱阻，這導(dǎo)致了溫度測(cè)量的特殊問(wèn)題熱慣量。因此，對(duì)溫度傳感器有特殊的要求。 有些傳感器輸出是電流信號(hào)，如果想得到電壓信號(hào)，必須進(jìn)行流壓轉(zhuǎn)換。 傳感

2、器或測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果應(yīng)該是可信的。對(duì)此的檢驗(yàn)過(guò)程稱(chēng)為標(biāo)定。 而由于存在系統(tǒng)誤差，需要對(duì)測(cè)量電路校準(zhǔn)來(lái)消除。,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-4,第六講溫度的測(cè)量本講內(nèi)容（2課時(shí)）,溫度系統(tǒng)的熱慣量 傳感器的標(biāo)定 測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn) 溫度傳感器 AD590測(cè)溫電路 訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻阻值隨溫度的變化 訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻測(cè)溫電路 訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測(cè)溫電路測(cè)體溫,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-5,6.1 溫度系統(tǒng)的熱慣量熱容、熱阻及熱慣量,熱容：物體溫度發(fā)生變化需要吸熱或放熱DQ=CmDt C為比熱容，m為質(zhì)量，Dt為溫度變化 熱阻：表征了介質(zhì)的傳熱能力，即介質(zhì)傳熱的快慢 系統(tǒng)具有熱容量，傳熱介質(zhì)有熱阻 溫

3、度升降需要經(jīng)歷一定的時(shí)間 此種性質(zhì)稱(chēng)為系統(tǒng)的熱慣量 熱容量越大，熱阻越大熱慣量越大,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-6,6.1 溫度系統(tǒng)的熱慣量溫度傳感器的特殊要求,傳感器的外殼和內(nèi)部材料具有一定熱容和熱阻 傳感器具有一定的熱慣量傳感器與被測(cè)物達(dá)到熱平衡需要一定的時(shí)間 傳感器熱慣量過(guò)大的危害 不能迅速反映被測(cè)溫度的變化 傳感器吸熱和放熱會(huì)干擾被測(cè)系統(tǒng)的溫度 溫度傳感器的熱慣量要盡可能小 體積要小，材料比熱容要??； 使用導(dǎo)熱良好的封裝材料（熱阻?。?工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-7,6.2 傳感器的標(biāo)定對(duì)傳感器的要求,線(xiàn)性度好 無(wú)滯環(huán)誤差 重復(fù)性好 精度適中,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-8,6.2 傳感器的標(biāo)定標(biāo)

4、定的過(guò)程及目的,標(biāo)定：傳感器的輸入輸出關(guān)系是已知的，傳感器或測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果應(yīng)該是可信的。對(duì)此的檢驗(yàn)過(guò)程稱(chēng)為標(biāo)定。 標(biāo)定的過(guò)程：用待標(biāo)定的傳感器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物理量進(jìn)行測(cè)量，記錄一系列的對(duì)應(yīng)量值，并由此得到傳感器的線(xiàn)性度、精度、靈敏度、遲滯特性、重復(fù)性等。 標(biāo)定的目的：檢驗(yàn)傳感器輸出信號(hào)值與被測(cè)量值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-9,6.2 傳感器的標(biāo)定對(duì)標(biāo)定的進(jìn)一步說(shuō)明,傳感器的標(biāo)定是對(duì)個(gè)體（某個(gè)傳感器） 標(biāo)定的目的是檢驗(yàn)傳感器的輸入輸出關(guān)系，而不是建立輸入輸出關(guān)系。如果是建立輸入輸出關(guān)系，稱(chēng)為測(cè)試） 標(biāo)定的結(jié)果用于調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)或者傳感器的輸入輸出關(guān)系式的參數(shù)，以提高系統(tǒng)的精度 傳感器使

5、用一段時(shí)間之后，一般要重新標(biāo)定,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-10,6.2 傳感器的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)物理量的生成辦法,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：配有高精度的傳感器、高精度的測(cè)量系統(tǒng)及控制裝置，可以提供高精度的標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量，一般至少比傳感器精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這個(gè)被測(cè)量對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)可以看成理想的。 此時(shí)標(biāo)定的實(shí)質(zhì)：進(jìn)行待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較 如：溫度溫箱；重量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量原器、砝碼；長(zhǎng)度塊規(guī) 其它辦法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)作為0，沸點(diǎn)作為100,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-11,6.3 測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn),校準(zhǔn)的原因：系統(tǒng)存在誤差，如元件的不精確（R、L、C、運(yùn)放等），環(huán)境的影響 校準(zhǔn)的目的：消除系統(tǒng)誤差。 校準(zhǔn)的方法：調(diào)節(jié)

6、R、L、C 及其配比等 測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)： 調(diào)零點(diǎn)（或量程下限） 調(diào)滿(mǎn)度（或量程上限） 測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)或滿(mǎn)度校準(zhǔn)時(shí)，必須保證被測(cè)量達(dá)到并穩(wěn)定在對(duì)應(yīng)值。 已調(diào)整好的零點(diǎn)和滿(mǎn)度應(yīng)保持不變,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-12,6.4 幾種常用的溫度傳感器金屬熱電阻,原理：在一定溫度范圍內(nèi)，金屬材料的電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系。 純金屬：Rt = R0（1+ a t + b t2 + ） 熱電阻材料： 要求：線(xiàn)性度好、特性穩(wěn)定、測(cè)量范圍寬 主要是鉑、銅、鎳等。 負(fù)面效應(yīng)： 如果連接導(dǎo)線(xiàn)很長(zhǎng)，導(dǎo)線(xiàn)的電阻受環(huán)境溫度影響會(huì)造成測(cè)量誤差，通常要采取補(bǔ)償措施來(lái)消除這種誤差,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-13,6.4 幾種常用

7、的溫度傳感器 熱電阻的測(cè)溫電路,差動(dòng)放大10倍,電橋,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-14,訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻測(cè)溫電路訓(xùn)練項(xiàng)目（P52，圖6-1，50）,連接電橋，并調(diào)平衡： 在面包板上連接電橋； 在室溫下調(diào)節(jié)電位器，使電橋平衡； 用手給熱電阻加熱，用示波器或萬(wàn)用表觀察電橋輸出電壓的變化情況。 接入差動(dòng)放大器： 電橋的兩個(gè)輸出端接到自制溫度電路板上差動(dòng)放大器兩個(gè)輸入端。 給熱電阻加熱，用示波器或萬(wàn)用表觀察電橋輸出電壓的變化情況。,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-15,訓(xùn)練電路板簡(jiǎn)介,,,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-16,,,訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻測(cè)溫電路訓(xùn)練項(xiàng)目（P52，圖6-1，10）,,,,,,,,,,,接線(xiàn)

8、要求： 橫平豎直 避免交叉 少用導(dǎo)線(xiàn),直流電源的使用： 開(kāi)啟之前逆時(shí)針旋到底 “跟蹤”按下,電阻的讀取 色環(huán) 萬(wàn)用表 面包板P28,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-17,6.4 幾種常用的溫度傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻,原理：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受溫度影響較大 優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值較大，即使用長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的連接導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)電阻通常也可以忽略不計(jì)。 缺點(diǎn)：大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系不是線(xiàn)性的。半導(dǎo)體熱敏電阻的伏安特性也多是非線(xiàn)性的。 測(cè)溫電路：電橋,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-18,6.4 幾種常用的溫度傳感器半導(dǎo)體集成溫度傳感器,感溫器件：熱敏晶體管，采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成 特點(diǎn)：集成了溫度補(bǔ)償或非

9、線(xiàn)性補(bǔ)償電路，感溫范圍很寬，線(xiàn)性度較好。 按輸出量分類(lèi)： 電流型：如AD590 電壓型 頻率型,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-19,6.5 AD590 測(cè)溫電路AD590的性能和主要參數(shù),AD590的特性：溫控電流源 I(A) = T(K) t()T(K)I(mA) -273.1600 0273.16273.16 100373.16373.16 工作電壓：430V 工作范圍： AD590JH：070,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-20,6.5 AD590 測(cè)溫電路測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)目標(biāo),目標(biāo)：I(mA) = T(K)；uo(V)=0.05t() t()T(K)I(A)uo(V) 0273.16273.160

10、100373.16373.165 需要做的工作： 把電流I轉(zhuǎn)換為電壓uo（流壓轉(zhuǎn)換） 0時(shí)輸出0V； 100時(shí)輸出5V；,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-21,6.5 AD590 測(cè)溫電路簡(jiǎn)單的流壓轉(zhuǎn)換,問(wèn)題：隨著溫度的升高，電流增大，uo很大，造成AD590的工作電壓降低，甚至低于它的穩(wěn)定工作電壓 解決思路：最好使AD590的工作電壓恒定,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-22,6.5 AD590 測(cè)溫電路AD590構(gòu)成的測(cè)溫電路,完成：流壓轉(zhuǎn)換 uo = iR提供0電位點(diǎn)以及R運(yùn)放 完成：0時(shí)輸出0V i = iA - i0 = iA- 273.16mA選擇適當(dāng)R1 完成：100時(shí)輸出5V 選擇適當(dāng)?shù)腞2,

11、工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-23,流壓轉(zhuǎn)換,6.5 AD590 測(cè)溫電路AD590構(gòu)成的測(cè)溫電路,0補(bǔ)償,,Rw1：零點(diǎn)校準(zhǔn)（調(diào)零） Rw2：滿(mǎn)度校準(zhǔn)（調(diào)滿(mǎn)度）,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-24,6.5 AD590 測(cè)溫電路測(cè)溫電路的校準(zhǔn),為什么需要校準(zhǔn)？ 因?yàn)殡娐分械脑ㄈ鏡、C、L、運(yùn)放等）含有誤差，導(dǎo)線(xiàn)含有電阻，為了使測(cè)量電路可以得到精確的測(cè)量值，必須對(duì)這些誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 AD590測(cè)溫電路中的電位器Rw1、Rw2就是起補(bǔ)償作用的 AD590測(cè)溫電路的校準(zhǔn)過(guò)程 零點(diǎn)校準(zhǔn)：0輸出0V。要求將AD590置于0的環(huán)境中，調(diào)節(jié)Rw1，使 uo = 0V。 滿(mǎn)度校準(zhǔn)：100輸出5V。要求將AD590置于

12、100的環(huán)境中，調(diào)節(jié)反饋電阻Rw2，使 uo = 5V 。 這些可調(diào)元件的參數(shù)一經(jīng)調(diào)定就不允許再變動(dòng)。,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-25,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測(cè)量體溫操作步驟（P48，30）,連接電路之前，先調(diào)節(jié) R2=50kW； 注意：應(yīng)把 R2 從電路中斷開(kāi) 連接電路； 使用當(dāng)前室溫校準(zhǔn)電路（如室溫為20，即：使輸出 uo=1.00V ） 測(cè)量手的體溫，記錄測(cè)量值。 uo = V； t = ,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-26,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測(cè)量體溫接線(xiàn)示意圖（P54）,,,,,,電路的檢測(cè)方法： 檢查電源供電是否正常？ 檢查電路中各點(diǎn)的電壓； 有問(wèn)題，檢查連接點(diǎn)導(dǎo)線(xiàn),直流電源

13、的使用： 開(kāi)啟之前逆時(shí)針旋到底 “跟蹤”按下,,,,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-27,訓(xùn)練電路板簡(jiǎn)介,,,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-28,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測(cè)量體溫誤差分析,測(cè)量中主要存在什么誤差？ 10V電源是否準(zhǔn)確，否則無(wú)法產(chǎn)生準(zhǔn)確的 273.16mA 的抵消電流 傳感器 元件：如電阻、運(yùn)放等,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-29,思考：如何實(shí)現(xiàn)“壓流轉(zhuǎn)換”,請(qǐng)思考并畫(huà)出電路圖。 如果思考不出來(lái)，請(qǐng)查閱相關(guān)的書(shū)籍。,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-30,思考：,手掌和臺(tái)燈都可以看作恒溫?zé)嵩?。用恒溫?zé)嵩磳?duì)溫度傳感器加熱，測(cè)溫系統(tǒng)的輸出信號(hào)上升需要一定的時(shí)間，這是什么原因？ 為什么希望溫度傳感器的熱慣量??？

14、圖62電路中R1和R2的值能夠計(jì)算，并且在調(diào)節(jié)時(shí)能夠用儀器測(cè)量，為什么還要用在標(biāo)準(zhǔn)溫度下校準(zhǔn)零點(diǎn)和滿(mǎn)度？ 如果放大器輸出不足以帶動(dòng)磁電式電壓表指針偏轉(zhuǎn)，應(yīng)如何解決？ 有哪些因素影響溫度測(cè)量的精度？,溫度傳感器具有熱慣量 溫度傳感器能更快地跟隨被測(cè)物的溫度變化 消除系統(tǒng)誤差 若輸出電壓太小，可以增加一級(jí)運(yùn)放；若輸出功率不夠，做功率放大； 傳感器精度；傳感器的特性（線(xiàn)性度等）；系統(tǒng)誤差；環(huán)境影響（室溫、風(fēng)等）,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-31,本講小結(jié),溫度測(cè)量存在特殊問(wèn)題熱慣量，所以，設(shè)計(jì)傳感器時(shí)體積要小，并選用導(dǎo)熱性能好的材料。 傳感器要進(jìn)行標(biāo)定，以驗(yàn)證可用信號(hào)與被測(cè)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 測(cè)量系統(tǒng)在使用前必須校準(zhǔn)，以消除系統(tǒng)誤差。 AD590相當(dāng)于溫控電流源： I(mA) = T(K) 如果要轉(zhuǎn)換為電壓，必須作流壓轉(zhuǎn)換。常使用運(yùn)放來(lái)完成。,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-32,教學(xué)中常見(jiàn)的問(wèn)題,,工程訓(xùn)練溫度的測(cè)量,6-33,教學(xué)安排2課時(shí)（講課：；實(shí)驗(yàn)：）,,