傳感器與測(cè)試技術(shù)目錄contents01020304前沿及課程內(nèi)容傳感器基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試技術(shù)概述測(cè)量方法及測(cè)量誤差010203（1）熟悉檢測(cè)技術(shù)涉及的領(lǐng)域。（2）熟悉檢測(cè)系統(tǒng)的組成。知識(shí)目標(biāo)（1）掌握繪制檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖的方法。（2）掌握靈敏度、線性度的作圖法。技能目標(biāo)（1）培養(yǎng)愛國(guó)精神。（2）艱苦奮斗、拼搏創(chuàng)新。思政目標(biāo)【教學(xué)目標(biāo)】一、主要內(nèi)容介紹本門課程介紹為了適應(yīng)培養(yǎng)技能型人才的需要,《傳感器與測(cè)試技術(shù)》依據(jù)高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，遵循簡(jiǎn)明、實(shí)用、新穎的編寫原則，力求理論聯(lián)系實(shí)際，突出應(yīng)用及技能訓(xùn)練，著重介紹了常用傳感器的結(jié)構(gòu)、原理，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及傳感器檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用。傳感器及檢測(cè)技術(shù)的定義、檢測(cè)技術(shù)涉及的領(lǐng)域、檢測(cè)系統(tǒng)的組成、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、傳感器的組成、基本原理、傳感器的特性、制圖法求取靈敏度、線性度、滯差等參數(shù)的方法。簡(jiǎn)要介紹了測(cè)量誤差及處理。一、主要內(nèi)容介紹1、檢測(cè)技術(shù)的定義利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過程，稱為檢測(cè)技術(shù)。能夠自動(dòng)地完成整個(gè)檢測(cè)處理過程的技術(shù)稱為自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。例：曹沖稱象方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測(cè)量，從而得到：定性、定量的結(jié)果。一、主要內(nèi)容介紹2、檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用。神舟飛船回收過程的測(cè)控技術(shù)檢測(cè)技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星一、主要內(nèi)容介紹北京天安門金水橋2、檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用。提問：人造衛(wèi)星是怎樣獲得天安門立體圖？提問：放大該照片，可以看到汽車的車牌嗎？一、主要內(nèi)容介紹、檢測(cè)技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用海浪振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)浮標(biāo)深海地溝提問：大海嘯死亡幾十萬人。請(qǐng)問，當(dāng)海嘯發(fā)生的時(shí)刻，如果采取哪些措施，可以大大減少死亡人數(shù)？一、主要內(nèi)容介紹生命探測(cè)儀在地震中的應(yīng)用提問：為什么說上圖不是在直接監(jiān)聽人的心臟的聲音以判斷是否有人活著？一、主要內(nèi)容介紹生命探測(cè)儀原理雷達(dá)信號(hào)發(fā)送器連續(xù)發(fā)射電磁信號(hào)，對(duì)一定空間進(jìn)行掃描，接收器不斷接收反射信號(hào)。如果被探測(cè)者保持靜止,返回信號(hào)頻率不變。如果目標(biāo)在動(dòng),則產(chǎn)生多普勒信號(hào)。通過接收的信號(hào)進(jìn)行算法處理，就可以判斷目標(biāo)是否有心跳、呼吸和移動(dòng)。一、主要內(nèi)容介紹檢測(cè)技術(shù)在飛機(jī)安全檢查中的應(yīng)用提問：每趟飛機(jī)到達(dá)機(jī)場(chǎng)都要進(jìn)行檢查？還是抽查？為什么？一、主要內(nèi)容介紹3、工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及的內(nèi)容熱工量（t、p、q、h）：溫度t（℃、K、℉）例：0℃相當(dāng)于32℉，20℃相當(dāng)于68℉，100℃相當(dāng)于212℉

壓力（壓強(qiáng)）p（Pa）、壓差Δp

、真空度、流速v（m/s）、流量q（t、m3

）、物位、液位h（m）機(jī)械量：直線位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、振動(dòng)、噪聲、轉(zhuǎn)速n（r/min）、力F、力矩T（Nm）、應(yīng)變?chǔ)牛?/p>

m/m）、質(zhì)量（重量）m（kg、t）幾何量：長(zhǎng)度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等一、主要內(nèi)容介紹3、檢測(cè)技術(shù)涉及的內(nèi)容物體的性質(zhì)和成分量：空氣的濕度（絕對(duì)、相對(duì)）、氣體的化學(xué)成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色狀態(tài)量：工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（啟停等）、生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂、振動(dòng)等）電工量：

U、I、f、R、Z、E、B……

絕大多數(shù)已在電工、電子等課程中講授，不屬于本課程的范圍，僅介紹霍爾電流、電壓傳感器。一、主要內(nèi)容介紹4、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

圖1-4自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)原理框圖所謂系統(tǒng)原理框圖，就是將系統(tǒng)中的主要功能或電路的名稱畫在方框內(nèi)，按信號(hào)的流程，將幾個(gè)方框用箭頭聯(lián)系起來，有時(shí)還可以在箭頭上方標(biāo)出信號(hào)的名稱。不帶微處理器時(shí)一、主要內(nèi)容介紹人體信息測(cè)控過程與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的比較自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與人體信息測(cè)控過程的比較一、主要內(nèi)容介紹航天服與傳感器檢測(cè)技術(shù)在車輛碰撞預(yù)防系統(tǒng)中的應(yīng)用提問：微處理器安在頭盔里面嗎？胸部？大腿上？提問：汽車ECU發(fā)現(xiàn)車速太快，又產(chǎn)生太大的轉(zhuǎn)向角時(shí)，應(yīng)該自動(dòng)產(chǎn)生什么控制信號(hào)？二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)傳感器：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置（GB/T7665－2005）“Asensorisadevicethatreceivesastimulusandrespondswithanelectricalsignal”傳感器的共性：利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量傳感器功能：檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)信息（非電量）的元件轉(zhuǎn)換元件則是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性母惺埽ɑ蝽憫?yīng)）信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的部分1.傳感器的概念傳感器：在本教材中是指一個(gè)能將被測(cè)的非電量變換成電量的器件玻璃溫度計(jì)是一種傳感器。

能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器—熱電偶

二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)目前常用的顯示器：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示及記錄儀等

模擬顯示的特點(diǎn)：直觀、穩(wěn)定，但不夠準(zhǔn)確。二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)光柱也屬于模擬顯示光柱顯示的特點(diǎn)：直觀101線/240°車用光柱儀表顯示既能用光柱顯示被測(cè)值，也有數(shù)字顯示光柱直觀地指示出儲(chǔ)液罐中的液位設(shè)定值實(shí)際值（分辨力較高）二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字式儀表

數(shù)字式儀表的特點(diǎn)：1）準(zhǔn)確；2）但最后一位可能會(huì)跳動(dòng)不止。熱敏電阻LED亮度高、耐振動(dòng)LED、LCD顯示的比較LCD耗電省、集成度高，但不利于夜間觀察。二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

圖像顯示

特點(diǎn)——能顯示復(fù)雜的圖形和曲線，

但價(jià)格比數(shù)碼顯示昂貴，可能丟失數(shù)據(jù)。二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字萬用表通過USB接口連接到PC上能將采集到的波形及數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中，可隨時(shí)重放。記錄儀用來記錄被檢測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化過程。二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)傳感器樣例氣敏傳感器壓電式壓力傳感器溫度傳感器熱電偶超聲波傳感器工作原理？測(cè)量方法？典型工程應(yīng)用方案？二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)2.傳感器的組成傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測(cè)量電路組成，有時(shí)還加上輔助電源，如圖1-1所示。信號(hào)調(diào)理電路：常見有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等作用：（1）把來自傳感器的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大（將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等）；（2）進(jìn)行信號(hào)處理（濾波、調(diào)制與解調(diào)、衰減、運(yùn)算、數(shù)字化等）二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)2.傳感器的組成一種氣體壓力傳感器，圖中膜盒2的下半部與殼體1固接，上半部通過連桿與磁芯4相連，磁芯4置于兩個(gè)電感線圈3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路5。這里的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣壓力Pa相通，內(nèi)部與被測(cè)量壓力P相通。當(dāng)P變化時(shí)，引起膜盒上半部移動(dòng)，即輸出相應(yīng)的位移量。轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。敏感元件是傳感器的核心，也是研究、設(shè)計(jì)和制作傳感器的關(guān)鍵。二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)3.傳感器的分類按傳感器的輸入量（即被測(cè)參數(shù)）進(jìn)行分類：位移、速度、溫度、壓力傳感器等按傳感器的輸出量進(jìn)行分類：模擬式和數(shù)字式按傳感器的工作原理進(jìn)行分類：電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁敏式、熱電式、光電式傳感器等按傳感器的基本效應(yīng)分類：物理型、化學(xué)型、生物型物理傳感器按構(gòu)成進(jìn)行分類：物性型（敏感材料的物理特性變化，如水銀溫度計(jì)）和結(jié)構(gòu)型（轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，如變極距型電容式傳感器）二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)按傳感器的能量變換關(guān)系進(jìn)行分類：無源（能量控制型或參量型）、有源（能量變換型或發(fā)電型）按傳感器所蘊(yùn)含的技術(shù)特征分類：普通傳感器與新型傳感器按傳感器的尺寸大小進(jìn)行分類：宏傳感器和微傳感器按傳感器的存在形式進(jìn)行分類：硬傳感器和軟傳感器3.傳感器的分類二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展這些發(fā)展不是獨(dú)立的，往往相輔相成、彼此關(guān)聯(lián)、相互融合，從而推動(dòng)傳感器由分離器件向低功耗、多功能、高精度、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成、功能復(fù)合和應(yīng)用創(chuàng)新方向發(fā)展傳感器的無線化；傳感器的微型化；傳感器的集成化；傳感器的網(wǎng)絡(luò)化；傳感器的智能化；傳感器的安全化；傳感器的虛擬化；二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)傳感器性能的改善差動(dòng)技術(shù)

（正反行程誤差偏大、偏小的“中和”效應(yīng)，改善靈敏度、非線性）平均技術(shù)

（減小誤差、增大信號(hào)量）補(bǔ)償與修正技術(shù)

（針對(duì)傳感器本身或測(cè)量環(huán)境兩種情形）屏蔽、隔離與干擾抑制

（針對(duì)惡劣的電磁、溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、氣流等工作環(huán)境）穩(wěn)定性處理

（針對(duì)時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化等）計(jì)量基準(zhǔn)量子化二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)開展基礎(chǔ)理論研究尋找新原理

（引力波、量子特性，量子傳感器，化學(xué)傳感器、生物傳感器，電子皮膚）開發(fā)新材料

半導(dǎo)體敏感材料陶瓷敏感材料磁性材料智能材料柔性材料納米材料（石墨烯）采用新工藝

主要是微細(xì)加工技術(shù)（離子束、電子束、分子束、激光束、化學(xué)蝕刻等探索新功能

多參數(shù)的檢測(cè)、處理與評(píng)價(jià)二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)企業(yè)的創(chuàng)新能力及自主開發(fā)水平滯后于國(guó)外，導(dǎo)致我國(guó)擁有自主開發(fā)和擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果不多，同時(shí)，在新型高端傳感器研究方面投入的資金相對(duì)不足，科研設(shè)備較為落后，制約了本領(lǐng)域高精技術(shù)的突破。由此帶來的產(chǎn)業(yè)安全、信息安全挑戰(zhàn)不容忽視

面對(duì)儀器儀表制造業(yè)的“短板”與“痛點(diǎn)”，國(guó)家發(fā)改委等規(guī)劃通過核心技術(shù)攻關(guān)工程推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)向中高端升級(jí)，推動(dòng)技術(shù)、人才、工藝全面提升，啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)工程，完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)布局傳感器及儀表元件領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標(biāo)之一是力爭(zhēng)到2020年，使國(guó)產(chǎn)傳感器和儀表元器件的品種占有率達(dá)到70%-80%，高檔產(chǎn)品達(dá)60%以上。推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展新時(shí)代，為“質(zhì)量強(qiáng)國(guó)”貢獻(xiàn)力量二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)二、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差1.測(cè)量概述1.測(cè)量測(cè)量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)的方法，把被測(cè)量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定出被測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測(cè)量值。2.測(cè)量方法測(cè)量方法對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)是十分重要的，它直接關(guān)系到檢測(cè)任務(wù)是否能夠順利完成。對(duì)于測(cè)量方法，從不同的角度出發(fā)，可有不同的分類方法。靜態(tài)測(cè)量是相對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量而言的。便攜式儀表顯示

動(dòng)態(tài)波形三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差（1）直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量1）直接測(cè)量在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運(yùn)算，就能直接表示測(cè)量所需要的結(jié)果，稱為直接測(cè)量。

2）間接測(cè)量有的被測(cè)量無法或不便于直接測(cè)量，這就要求在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先對(duì)與被測(cè)物理量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過計(jì)算得到所需的結(jié)果，這種方法稱為間接測(cè)量。3）組合測(cè)量在應(yīng)用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若被測(cè)物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱這樣的測(cè)量為組合測(cè)量（又稱聯(lián)立測(cè)量）。2.測(cè)量方法三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差（2）偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量與微差式測(cè)量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的量值，這種測(cè)量方法稱為偏差式測(cè)量。零位式測(cè)量是用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí)，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值的測(cè)量方法。微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。它將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差法測(cè)得此差值。2.測(cè)量方法三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量方法（3）等精度測(cè)量與非等精度測(cè)量在整個(gè)測(cè)量過程中，若影響和決定測(cè)量精度的全部因素（條件）始終保持不變，如由同一個(gè)測(cè)量者，用同一臺(tái)儀器，采用同樣的方法，在同樣的環(huán)境條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，稱為等精度測(cè)量。在實(shí)際中，很難做到這些因素（條件）全部始終保持不變，所以一般情況下只是近似地認(rèn)為是等精度測(cè)量。用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法，或在環(huán)境條件相差很大的情況下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量稱為非等精度測(cè)量。（4）靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量被測(cè)量在測(cè)量過程中認(rèn)為是固定不變的，這種測(cè)量稱為靜態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量不需要考慮時(shí)間因素對(duì)測(cè)量的影響。若被測(cè)量在測(cè)量過程中是隨時(shí)間不斷變化的，這種測(cè)量稱為動(dòng)態(tài)測(cè)量。三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差（1）靜態(tài)測(cè)量。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)量。地震測(cè)量振動(dòng)波形最高、最低溫度計(jì)三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量誤差

絕對(duì)誤差：被測(cè)量值A(chǔ)x與真值A(chǔ)0之間總是存在著一個(gè)差值，這種差值稱為絕對(duì)誤差，用Δ表示：Δ=Ax－Ａ0

真值有理論真值、約定真值、相對(duì)真值之分。準(zhǔn)確度高2級(jí)以上的儀表的誤差與準(zhǔn)確度低的儀表的誤差相比，則高一級(jí)儀表的測(cè)量值可以認(rèn)為是相對(duì)真值。

某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg（絕對(duì)誤差相同），但該采購(gòu)員對(duì)賣巧克力的商店意見最大，是何原因？三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量誤差相對(duì)誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)示值相對(duì)誤差γx

：引用誤差γm（也稱滿度相對(duì)誤差）：準(zhǔn)確度等級(jí)S

我國(guó)的工業(yè)模擬儀表有下列常用的7種等級(jí)：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量誤差例：用同一臺(tái)磅秤測(cè)量三個(gè)不同重量物體的示值相對(duì)誤差的比較（動(dòng)畫），請(qǐng)得出結(jié)論！γx100kg

=0.5%

γx10kg

=5%

γx1kg

=50%

三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量誤差測(cè)量誤差的表現(xiàn)型式

（1）粗大誤差超出在規(guī)定條件下預(yù)計(jì)的誤差，或明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差、疏忽誤差或粗差。粗大誤差主要是由于測(cè)量人員的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

電磁干擾高壓放電造成ECG系統(tǒng)的干擾三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次重復(fù)測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差，即：系統(tǒng)誤差=(無限次測(cè)量的平均值)－真值系統(tǒng)誤差可分為恒值誤差和變值誤差兩大類。恒值誤差在整個(gè)測(cè)量過程中，其數(shù)值和符號(hào)都保持不變。2.測(cè)量誤差

在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差，稱為系統(tǒng)誤差。

凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，多屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的,因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正,也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

（2）系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差2.測(cè)量誤差（3）隨機(jī)誤差測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)條件下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值之差稱為隨機(jī)誤差。也可以采用如下的表達(dá)：在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差。

存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。測(cè)量值的隨機(jī)誤差=測(cè)量結(jié)果－算術(shù)平均值

差值可能是正的或負(fù)的,大小每次均不相同。具有隨機(jī)誤差的測(cè)量值的分布呈正態(tài)分布。三、測(cè)量方法及測(cè)量誤差（4）動(dòng)態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動(dòng)態(tài)誤差當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上不能與被測(cè)量的變化精確吻合，這種誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。

2.測(cè)量誤差測(cè)量與測(cè)試

測(cè)量MEASUREMENT：用以確定被測(cè)物屬性量值為目的的全部操作。按照一定規(guī)則，給事物的屬性指派量值（數(shù)字或符號(hào)）的過程。測(cè)量的三個(gè)要素：①事物及其屬性——測(cè)量的對(duì)象或目標(biāo)。

如：身體的溫度、桌子的高度、汽車的速度、位移的大小等。②指派數(shù)字或符號(hào)——某一事物或事物的某一屬性的量。

如：37度、0.75米、80公里/小時(shí)、5毫米等③法則、標(biāo)準(zhǔn)——測(cè)量所依據(jù)的規(guī)則和方法。

如：標(biāo)準(zhǔn)的溫度計(jì)、量尺、雷達(dá)測(cè)速器、位移計(jì)等

測(cè)試TEST：具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量——測(cè)量和試驗(yàn)的綜合。

測(cè)試和測(cè)量緊密相關(guān)，實(shí)際使用中往往不加嚴(yán)格區(qū)分。四、測(cè)試技術(shù)概述四、測(cè)試技術(shù)概述實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：為了檢驗(yàn)?zāi)撤N科學(xué)理論或假設(shè)而進(jìn)行某種操作或從事某種活動(dòng)；試驗(yàn)：為了察看某事的結(jié)果或某物的性能而從事某種活動(dòng)。

測(cè)試技術(shù)：Measurement&TestTechniques是指測(cè)試過程中所涉及的測(cè)試?yán)碚?、測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備等四、測(cè)試技術(shù)概述測(cè)試的意義測(cè)試是科學(xué)研究的基本方法發(fā)現(xiàn)、表達(dá)與驗(yàn)證科學(xué)理論與規(guī)律測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)是三大信息技術(shù)測(cè)試是工程技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)重要的技術(shù)新工藝、新產(chǎn)品研制、生產(chǎn)均離不開測(cè)試裝備系統(tǒng)越先進(jìn)、自動(dòng)化和智能化程度越高、對(duì)測(cè)試技術(shù)要求越高測(cè)量成本已達(dá)到裝備成本的50%~70%

測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)學(xué)科研究、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、軍事國(guó)防、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、智能建筑、汽車、家用電器、生物工程、商檢質(zhì)檢、公共安全、甚至文物保護(hù)等。四、測(cè)試技術(shù)概述機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)是大量高端裝備的靈魂一些裝備可以視為高性能傳感器的集合體“阿波羅10”溫度傳感器559個(gè)壓力傳感器140個(gè)信號(hào)傳感器501個(gè)遙控傳感器142個(gè)一架飛機(jī)需要3600只傳感器及其配套的監(jiān)測(cè)儀器一輛汽車需要30～150只傳感器及其配套的監(jiān)測(cè)儀器四、測(cè)試技術(shù)概述工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器等。b)AGV(AutomatedGuidedVehicle)自動(dòng)送貨車

超聲波測(cè)距傳感器判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器識(shí)別運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置；

條形碼傳感器識(shí)別貨品。四、測(cè)試技術(shù)概述流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)四、測(cè)試技術(shù)概述產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。

汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖測(cè)量參數(shù)包括：潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量四、測(cè)試技術(shù)概述家庭與辦公自動(dòng)化在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器、水溫傳感器、水質(zhì)傳感器、透光率光傳感器(洗凈度)、液位傳感器、電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))等指紋傳感器透光率傳感器溫、濕度傳感器溫度傳感器四、測(cè)試技術(shù)概述傳感器的選擇顯示方式的選擇需要解決的問題后續(xù)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效能分析交流旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)光電檢測(cè)器的光軸編碼器霍爾效應(yīng)傳感器動(dòng)圈式儀表示波器因此，本課程的目的就是：設(shè)計(jì)測(cè)試方案選擇測(cè)試儀器進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析感謝您的觀看COMPANYNAME傳感器與測(cè)試技術(shù)目錄contents01020304引言傳感器的靜態(tài)特性傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性項(xiàng)目二、三

傳感器的一般特性什么是傳感器的基本特性？傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關(guān)系特性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)。輸入信號(hào)分為：穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)。對(duì)應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性。對(duì)傳感器的要求：高精度→信號(hào)（或能量）無失真轉(zhuǎn)換→反映被測(cè)量的原始特征。什么是傳感器的基本特性？引言引言傳感器的特性一般是指輸出與輸入之間的關(guān)系，可用數(shù)學(xué)函數(shù)、坐標(biāo)曲線、圖表等方式表示。根據(jù)被測(cè)量狀態(tài)的不同，傳感器的特性可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)，即被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入、輸出關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間快速變化（如機(jī)械振動(dòng)）時(shí)，傳感器的輸入、輸出關(guān)系。由于動(dòng)態(tài)特性的研究方法與控制理論中介紹的研究方法相似，本書不再重復(fù)介紹，這里僅介紹傳感器靜態(tài)特性的一些指標(biāo)?；咎匦悦枋鲆悦糠N傳感器都有其測(cè)量范圍，是由該傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)（或測(cè)量?jī)x表）按規(guī)定的精度測(cè)量被測(cè)量，所能測(cè)量出的最大值稱為測(cè)量上限值，用xmax表示，所能測(cè)量出的最小值稱為測(cè)量下限值，用xmin表示，測(cè)量下限值與測(cè)量上限值之間的范圍稱為測(cè)量范圍。

傳感器的量程可用測(cè)量范圍的大小來表示，即量程就是傳感器測(cè)量上限值與測(cè)量下限值的代數(shù)差。測(cè)量下限值xmin與測(cè)量上限值xmax對(duì)應(yīng)的輸出值分別為輸出下限值ymin和輸出下限值ymax，則滿量程輸出值記為測(cè)量范圍與量程引言傳感器基本特性思維導(dǎo)圖什么是傳感器的基本特性？傳感器的靜態(tài)特性：在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入－輸出關(guān)系。不含有時(shí)間變量。2.2傳感器的靜態(tài)特性線性度靈敏度分辨力閾值遲滯重復(fù)性漂移精度什么是傳感器的基本特性？2.2.1線性度2.2傳感器的靜態(tài)特性傳感器的輸入、輸出間成線性關(guān)系的程度；非線性特性的線性化處。什么是傳感器的基本特性？2.2.2靈敏度2.2傳感器的靜態(tài)特性傳感器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值。什么是傳感器的基本特性？2.2.3分辨力2.2傳感器的靜態(tài)特性分辨力是指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量，反映傳感器能夠分辨被測(cè)量微小變化的能力。分辨力可以用能夠分辨最小增量的絕對(duì)值或能夠分辨最小增量與滿量程的百分比來表示（此時(shí)稱為分辨率，resolution）通常將模擬式傳感器的分辨率規(guī)定為最小刻度分格值的一半。數(shù)字式傳感器的分辨率是最后一位的一個(gè)字。靈敏度越高，分辨力越強(qiáng)（?。?；反之亦然。什么是傳感器的基本特性？2.2.4閾值2.2傳感器的靜態(tài)特性

閾值（thresholdvalue）是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零位附近的分辨力。

大多數(shù)情況下，閾值主要取決于傳感器的噪聲大小。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.5遲滯在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：傳感器機(jī)械部分存在摩擦、間隙、松動(dòng)、積塵等。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.6重復(fù)性傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入－輸出特性曲線一致的程度。也稱重復(fù)誤差、再現(xiàn)誤差。重復(fù)性表征傳感器測(cè)量結(jié)果的分散性和隨機(jī)性。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.7漂移傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。漂移與被測(cè)輸入量無關(guān)，將影響傳感器的穩(wěn)定性或可靠性。產(chǎn)生原因：（1）傳感器自身敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)老化(時(shí)間漂移，分為零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移)；（2）測(cè)試過程中環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化(常見溫度漂移)。

溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為20℃）時(shí)的輸出值的變化量與溫度變化量之比來表示。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.8精度精度（precision）也稱靜態(tài)誤差，是傳感器在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)的測(cè)量輸出值相對(duì)被測(cè)量理論值（真值）的偏離（或逼近）程度。典型地，可用標(biāo)準(zhǔn)差來表征測(cè)量結(jié)果的精度。引言課程思政

追求精準(zhǔn)，“進(jìn)”無止境；精度的每一步提升都會(huì)引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命；計(jì)量單位最新的量子化利用了原子和量子現(xiàn)象不斷提高準(zhǔn)確度水平，達(dá)到當(dāng)前人類觀測(cè)能力的極限，體現(xiàn)人類對(duì)精準(zhǔn)的永恒追求。什么是傳感器的基本特性？傳感器的動(dòng)態(tài)特性：是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用來分析。常采用階躍信號(hào)和正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)。2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性kcx0m什么是傳感器的基本特性？在采用階躍輸入研究傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等來表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。在采用正弦輸入信號(hào)研究傳感器的頻域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用幅頻特性和相頻特性來描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出隨時(shí)間變化的規(guī)律，將能再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律，即具有相同的時(shí)間函數(shù)。動(dòng)態(tài)誤差（如溫度計(jì)測(cè)溫）。2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性什么是傳感器的基本特性？2.3.1傳感器的數(shù)學(xué)模型2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的理想動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)，輸出量能立即隨之無失真地變化。（關(guān)系表達(dá)式？）實(shí)際上：存在彈性、慣性、阻尼元件，與輸入量、輸入量的變化速度、輸入量變化的加速度等有關(guān)工程上常用線性時(shí)不變系統(tǒng)理論來描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性用常系數(shù)線性微分方程（線性定常系統(tǒng)）表示傳感器輸出量與輸入量的關(guān)系什么是傳感器的基本特性？2.3.1傳感器的數(shù)學(xué)模型線性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)重要的性質(zhì)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性疊加性如果則：頻率保持特性如果則：什么是傳感器的基本特性？2.3.2傳遞函數(shù)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性特性關(guān)系式（常系數(shù)線性微分方程。如果輸入信號(hào)為靜態(tài)信號(hào)，表達(dá)式？）：拉氏變換（設(shè)各階時(shí)間導(dǎo)數(shù)的初始值為0）：變形（體現(xiàn)內(nèi)部敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)的外部反映，只與系統(tǒng)敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)）：傳遞函數(shù)：什么是傳感器的基本特性？2.3.3頻率響應(yīng)函數(shù)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性傅立葉變換得到頻率響應(yīng)特性：指數(shù)表示：幅頻特性：相頻特性：2.3.4傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性一階傳感器的頻率響應(yīng)時(shí)間常數(shù)越小，頻率響應(yīng)特性越好：無失真！二階傳感器的頻率響應(yīng)阻尼在0－1之間，工作頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有角頻率時(shí)，頻率響應(yīng)特性越好：無失真！固有角頻率：被測(cè)非周期信號(hào)分解為各次諧波，諧波的最高頻一般取基頻的2－3倍。課程思政一階、二階傳感器的階躍響應(yīng)特性告訴我們∶只要目標(biāo)明確，有強(qiáng)烈的敬業(yè)精神，追求堅(jiān)持不懈，即使過程艱辛，有時(shí)甚至還有跌宕起伏（振蕩），但“沒有比人更高的山，沒有比腳更長(zhǎng)的路”“山再高，往上攀，總能登頂；路再長(zhǎng)，走下去，定能到達(dá)”。

屠呦呦幾十年如一日，守著清貧，耐著寂寞，甚至親自服藥試驗(yàn)，她帶領(lǐng)研究人員攻堅(jiān)克難，不斷探索，從祖國(guó)的中醫(yī)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)中得到有益啟示，敢于用乙醚提取青蒿素，在無數(shù)次的失敗中不服輸，不斷戰(zhàn)勝前進(jìn)道路上的各種艱難險(xiǎn)阻，青蒿素是在第191次試驗(yàn)中獲得成功的，為攻克世界醫(yī)學(xué)難題發(fā)揮了不可替代的作用，“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”，因此，2015年她獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，正所謂“心必在一藝，其藝必工；心必在一職，其職必舉”。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)目的：保證傳感器測(cè)量結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，保證測(cè)量的統(tǒng)一和便于量值的傳遞傳感器的標(biāo)定是利用某種標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行技術(shù)檢定和標(biāo)度；它是通過實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量間的關(guān)系，并確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系或測(cè)量精度。傳感器的校準(zhǔn)是指對(duì)使用或儲(chǔ)存一段時(shí)間后的傳感器性能進(jìn)行再次測(cè)試和校正，校準(zhǔn)的方法和要求與標(biāo)定相同（“年檢”“強(qiáng)檢”）。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。我國(guó)將標(biāo)定過程分為三級(jí)精度：中國(guó)計(jì)量院的標(biāo)定是一級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)傳遞，得到標(biāo)準(zhǔn)傳感器，具有二級(jí)精度，生產(chǎn)廠家再用標(biāo)準(zhǔn)傳感器對(duì)出廠的傳感器進(jìn)行標(biāo)定，得到三級(jí)精度的傳感器（即各種實(shí)測(cè)用的傳感器）2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)2.4.1靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)標(biāo)定是在輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性等。靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)是指沒有加速度、沒有振動(dòng)、沒有沖擊（如果它們本身是被測(cè)量除外）及環(huán)境溫度一般為室溫（20±5℃），相對(duì)濕度不大于85%，大氣壓力為（101±7）kPa的情形。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)2.4.2動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。常用的標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)源是正弦信號(hào)和階躍信號(hào)。根據(jù)傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要涉及到一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)一、二階動(dòng)態(tài)參數(shù)的確定

要確定一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，通?？疾閭鞲衅鞯碾A躍響應(yīng)。一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為：

只要測(cè)量出一系列的t-y(t)對(duì)應(yīng)值，就可以通過數(shù)據(jù)處理確定一階傳感器的時(shí)間常數(shù)。

要確定二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)，通?？疾閭鞲衅鞯恼逸斎腠憫?yīng)，測(cè)定傳感器的輸出和輸入的幅值比和相位差來確定幅頻特性、相頻特性。階躍響應(yīng)的峰值（即超調(diào)量）為：因此，只要測(cè)得超調(diào)量，便可求出阻尼比。引言課程思政實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件一個(gè)理想的傳感器就是要確保被測(cè)信號(hào)的無失真轉(zhuǎn)換，使測(cè)量結(jié)果盡量反映被測(cè)量的原始特征，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述就是輸出和輸入滿足：其中和都是常數(shù)，表明輸出與輸入波形一致，只是幅值放大了倍，時(shí)間上延遲了。那么，實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量傳感器的幅頻特性和相頻特性是什么？2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)課程思政一階、二階傳感器的階躍響應(yīng)特性告訴我們∶只要目標(biāo)明確，有強(qiáng)烈的敬業(yè)精神，追求堅(jiān)持不懈，即使過程艱辛，有時(shí)甚至還有跌宕起伏（振蕩），但“沒有比人更高的山，沒有比腳更長(zhǎng)的路”“山再高，往上攀，總能登頂；路再長(zhǎng)，走下去，定能到達(dá)”。

感謝您的觀看COMPANYNAME傳感器與測(cè)試技術(shù)*項(xiàng)目2溫度傳感器的應(yīng)用知識(shí)儲(chǔ)備:溫度測(cè)量和溫標(biāo)任務(wù)2.1熱電偶測(cè)溫任務(wù)2.2熱電阻測(cè)溫任務(wù)2.3集成溫度傳感器測(cè)溫2.4同步技能訓(xùn)練常用溫度傳感器

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫高溫

溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。

公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展概況示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計(jì)1.溫度測(cè)量

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。知識(shí)儲(chǔ)備：溫度測(cè)量和溫標(biāo)

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)生的電動(dòng)勢(shì)；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。

溫度傳感器的物理原理物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)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、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)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)1．熱鐵氧體2．Fe-Ni-Cu合金

此外，還有微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。2.溫標(biāo)熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。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)K表示。它是國(guó)際基本單位制之一。1．熱力學(xué)溫標(biāo)2．國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)1968年國(guó)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，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。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)單位開爾文并用。攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：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℉，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37

C

，相當(dāng)于華氏溫度多少度？機(jī)械工業(yè)出版社休息一下*任務(wù)2.1熱電偶測(cè)溫2．1．1熱電偶的工作原理2．1．2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料2．1．3熱電偶的冷端補(bǔ)償2．1．4熱電偶測(cè)溫基本電路2.1熱電偶測(cè)溫

熱電偶在溫度的測(cè)量中應(yīng)用十分廣泛。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍寬，并且有較高的精確度和穩(wěn)定性。2.1.1熱電偶測(cè)溫原理1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。

看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A自由端（參考端、冷端）

測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB

熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱電勢(shì)之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

的函數(shù)：

EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）熱電勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

成正比從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），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?。ㄓ终f明什么？）

。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。

結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀解釋及圖形符號(hào)

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。

自由電子＋ABeAB（

T）T1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-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=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(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/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)EAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)-EAB(T0)-EA(T,T0)或EAB(t,t0)=EAB(t)+EB(t,t0)-EAB(t0)-EA(t,t0)

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)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。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。熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無關(guān)。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。結(jié)論(4點(diǎn))：

在總電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為：

EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)

對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，EAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：

EAB(T,T0)=EAB(T)-c

=f(T)

實(shí)際應(yīng)用中，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是通過熱電偶分度表來確定。分度表是在參考端溫度為00C時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。

熱電偶的分度表

熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法

我國(guó)從1991年開始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0

C。K熱電偶的分度表

比較查出的3個(gè)熱電勢(shì)，可以看出熱電勢(shì)是否線性？幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測(cè)溫上限較高？

結(jié)論：

哪幾種熱電偶的線性較差？

哪一種熱電偶的靈敏度較高？

哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？2.熱電偶的基本定律(1)勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT（2）中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則結(jié)論：將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：T2T1AaBC23EABaA23ABEABT1T0CT0EAB（T1,T0）=EAB（T1）-EAB（T0）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖(2)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢(shì)不變。圖示回路總的熱電勢(shì)

EABC(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T,T0)

具有中間導(dǎo)體的熱電偶回路ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。

（3）

中間溫度定律

如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢(shì)為EAB(T1,T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T2,T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T1,T3)，則BBAT2T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：(4)參考電極定律（也稱組成定律）參考電極定律示意圖已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為(T，T0)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)也可按下面公式計(jì)算：

EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)【例2.1】用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷端溫度＝30℃，在直流電位計(jì)上測(cè)得的熱電勢(shì)＝30.838mV，求爐溫。解：查鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表（30℃，0℃）=1.203mVEAB(T,0℃)=E(T,30℃)+EAB(30℃,0℃)=30.838+1.203=32.041(mV)

再查分度表得T=770℃。【例2.2】已知鉻合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=+3.13mV，鋁合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=-1.02mV，求鉻合金—鋁合金組成熱電偶材料的熱電動(dòng)勢(shì)E(100℃，0℃)。解：設(shè)鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C，即

EAC(100℃，0℃)=+3.13mVEBC(100℃，0℃)=-1.02mV

則：

EAB(100℃,0℃)=EAC(100℃,0℃)–EBC(100℃,0℃)=4.15mV休息一下2.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料1．熱電偶的種類（1）普通型熱電偶

工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保護(hù)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測(cè)溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—康銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國(guó)試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。測(cè)溫范圍為-200~500℃。測(cè)量端既小又薄，熱容量小，響應(yīng)速度快。適用于測(cè)量微小面積上的瞬變溫度。（4）表面熱電偶

主要用于現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)的測(cè)量，廣泛用于紡織、印染、造紙、塑料及橡膠工業(yè)；探頭有各種形狀(弓形、薄片形等)，以適應(yīng)于不同物體表面測(cè)溫用。在其把手上裝有動(dòng)圈式儀表，讀數(shù)方便。測(cè)量溫度范圍有0~250℃和0~600℃兩種。

（5）防爆熱電偶

在石油、化工、制藥工業(yè)中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有各種易然、易爆等化學(xué)氣體，這時(shí)需要采用防爆熱電偶。它采用防爆型接線盒，有足夠的內(nèi)部空間、壁厚及機(jī)械強(qiáng)度，其橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性符合國(guó)家的防爆標(biāo)準(zhǔn)。因此，即使接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)，其壓力也不會(huì)破壞接線盒，其產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆，可達(dá)到可靠的防爆效果。隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線其他熱電偶外形小形K型熱電偶2.熱電偶組成材料及分度表

為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測(cè)量，必須對(duì)熱電偶組成材料嚴(yán)格選擇。熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)?。槐阌谥圃?；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。

目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為:

鉑銠30－鉑銠6、鉑銠10－鉑、鎳鉻－鎳硅、鎳鉻－銅鎳（通常稱為鎳鉻－康銅）組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為負(fù)極。熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之關(guān)系表，稱之為分度表。

八種國(guó)際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6

、R:鉑銠13—鉑、

S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、

N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、

J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)

分度號(hào)名稱測(cè)量溫度范圍1000C熱電勢(shì)/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800C——5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？（1）補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)(0~150℃)，其熱電性能與相應(yīng)熱電偶的熱電性能相同的廉價(jià)導(dǎo)線。采用補(bǔ)償導(dǎo)線，可將熱電偶的自由端延伸到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對(duì)穩(wěn)定。由此可見，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約大量的貴重金屬，減小熱電偶回路的電阻，而且柔軟易彎便于敷設(shè)安裝，但必須指出，使用補(bǔ)償導(dǎo)線僅能延長(zhǎng)熱電偶的自由端，對(duì)測(cè)量電路不起任何溫度補(bǔ)償作用。2.1.3熱電偶測(cè)溫及參考端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護(hù)層方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法原因熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。（2）冷端溫度補(bǔ)償冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0冰點(diǎn)槽法（冰浴法）接線圖

1—被測(cè)流體管道

2—熱電偶

3—接線盒

4—補(bǔ)償導(dǎo)線

5—銅質(zhì)導(dǎo)線

6—毫伏表

7—冰瓶

8—冰水混合物

9—試管

10—新的冷端

計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測(cè)溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡(jiǎn)便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。

零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表面板上的“機(jī)械零點(diǎn)”，使指針指到氣溫t0（圖中為40

C）的刻度上。機(jī)械零點(diǎn)指針被預(yù)調(diào)到室溫（40

C

）可補(bǔ)償冷端損失機(jī)械零位調(diào)整法

冷端補(bǔ)償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生不平衡電壓補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。

冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3RT0

UabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。冷端補(bǔ)償器法(補(bǔ)償電橋法)國(guó)產(chǎn)WBC型冷端溫度補(bǔ)償器的工作原理圖

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器軟件處理法對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。對(duì)于T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。2.1.4熱電偶測(cè)溫基本電路圖（a）表示了測(cè)量某點(diǎn)溫度連接示意圖。圖（b）表示兩個(gè)熱電偶并聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)平均溫度。圖（c）為兩熱電偶正向串聯(lián)測(cè)兩點(diǎn)溫度之和。圖（d）為兩熱電偶反向串聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差。

常用的熱電偶測(cè)溫電路示意圖熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測(cè)熱電勢(shì)的±1%2.熱電偶的定期校驗(yàn)校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測(cè)試儀表；8-試管機(jī)械工業(yè)出版社休息一下*任務(wù)2.2熱電阻測(cè)溫

2．2．1常用熱電阻2．2．2熱電阻傳感器的測(cè)量電路2．2．3熱敏電阻2．2．4熱敏電阻的應(yīng)用

金屬熱電阻傳感器一般稱作熱電阻傳感器，是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。熱電阻廣泛用來測(cè)量-220～+850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K（-272℃），高溫可測(cè)量至1000℃。2.2熱電阻測(cè)溫

熱電阻材料特點(diǎn)（1）高溫度系數(shù)、高電阻率（2）較寬測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性（4）良好工藝性2.2.1常用熱電阻其它熱電阻——低溫、超低溫

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

1.鉑熱電阻的電阻—溫度特性

鉑電阻的特點(diǎn)是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范圍為-200～+850℃。鉑電阻的電阻—溫度特性方程，在