第5章 环境量检测传感器教学课件.ppt

图 5一8添加ThO2的SnO2气敏元器件在不同体积分数的CO气体中的灵敏度及振荡特性 返回 图 5一9添加ThO2的SnO2气敏元器件在不同体积分数的CO气体中的幅频特性 返回 图 5一10 SnO2气敏电阻温湿特性 返回 第5章 环境量检测传感器 5. 1温度传感器 5. 2气敏传感器 5. 3湿度传感器 5. 4辐射传感器 5. 1温度传感器 5.1.1温度测量的基本概念 温度测量就是将温度变化转换为电磁参量变化，它利用传感元件电磁参数随温度变化的特性来达到测量的目的。例如，将温度的变化转化为电阻、磁导或电动势等的变化，通过适当的测量电路，就可由这些电磁参数的变化来表达所测温度的变化。 5.1.2热电偶传感器的工作原理 热电偶的原理是基于热电效应。如图5一1 ( a)所示，将两种不同导体A, B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同温度环境中，在回路中会产生热电动势而形成电流，这一现象称为热电效应。这样的两种不同导体的组合称为热电偶，相应的电动势和电流称为热电动势和热电流，导体A, B称为热电极，置于被测温度(T)的一端称为工作端(热端)，另一端(T0)称为参考端(冷端)。实验证明，热电动势与热电偶两端的温度差成比例，即 下一页 返回 5. 1温度传感器 当热电偶的材料均匀时，热电偶的热电动势大小与电极的几何尺寸无关，仅与热电偶材料的成分和冷、热两端的温差有关。若冷端温度恒定，热电动势就与被测温度成单值关系。同时也应指出，同种金属导体不能构成热电偶;热电偶两端温度相同不能测温。 热电偶的电路符号如图5一1 ( b)所示，根据国际电工委员会(IEC)规定有两种。图中粗线表示负极，细线表示正极。 下一页 返回 上一页 5. 1温度传感器 5. 1. 3热电偶的种类与应用 目前，在国际上被公认比较好的热电偶的材料只有几种，国际电工委员会(IEC)向世界各国推荐8种标准化热电偶。所谓标准化热电偶，就是它已被列入工业标准化文件中，具有统一的分度表。我国已采用IEC标准生产热电偶，并按标准分度表生产与之相匹配的显示仪表。我国采用的几种热电偶的主要性能和特点见表5一1。 为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶按结构形式可分为普通型、铠装型和薄膜等。 (1)普通型热电偶。普通型热电偶工业上使用最多。其结构如图5 -2所示，由热电极5、绝缘套管3、保护管2和接线盒1组成。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法“今连接、活动法兰连接和无固定装置等多种形式。 下一页 返回 上一页 5. 1温度传感器 (2)恺装型热电偶。恺装型热电偶又称套管热电偶，其结构如图5一3所示。 (3)薄膜热电偶。薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等办法蒸镀到绝缘基板上而制成的一种特殊热电偶，如图5一4所示。 5. 1. 4其他温度传感器 下一页 返回 上一页 5. 1温度传感器 热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类，一般把金属热电阻称为热电阻，而把半导体热电阻称为热敏电阻。热电阻广泛用来测量200℃一850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至一200℃，高温达1 000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，可作为复现国际温标的标准仪器。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如图5一5所示。热电阻也可与温度变送器连接，转换为标准电流信号输出。 与金属材料相比，半导体材料的电阻率温度系数为金属材料的10~100倍，甚至更高，而且根据选择的半导体材料不同，电阻率温度系数可有从一(1~6 ) % /℃到+60%℃范围的各种数值，因此使用半导体材料可以制作灵敏度高、具有各种性能、适用于各种领域的热敏元件，这种热敏元件通常称为热敏电阻。 返回 上一页 5. 2气敏传感器 气敏传感器按其构成材料不同，可分为半导体和非半导体两大类。目前，实际使用最多的是半导体气敏传感器。 5. 2. 1半导体气敏传感器的结构及原理 气敏传感器通常由气敏元器件、加热器和封装体3部分组成 (1)气敏元器件按照制造工艺分类:可分为烧结型、薄膜型和厚膜型3类，典型结构如图5一6所示 (2)气敏器件按照加热方式分类:加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热式和旁热式气敏元器件。 ①直热式是将加热丝直接埋入