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1、溫度的測量,工程訓(xùn)練之一,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-1,第六講溫度的測量引言,溫度的測量是生活中有很多應(yīng)用,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-2,第六講溫度的測量引言溫度的測量方法,溫度會引起什么變化？ 金屬熱電阻：溫度/熱量電阻 熱電偶：溫度/熱量溫差電動勢 半導(dǎo)體熱敏電阻：溫度/熱量電阻 紅外釋熱測溫：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)練溫度的測量,6-3,第六講溫度的測量引言,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)致了溫度測量的特殊問題熱慣量。因此，對溫度傳感器有特殊的要求。 有些傳感器輸出是電流信號，如果想得到電壓信號，必須進(jìn)行流壓轉(zhuǎn)換。 傳感

2、器或測量系統(tǒng)測量的結(jié)果應(yīng)該是可信的。對此的檢驗過程稱為標(biāo)定。 而由于存在系統(tǒng)誤差，需要對測量電路校準(zhǔn)來消除。,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-4,第六講溫度的測量本講內(nèi)容（2課時）,溫度系統(tǒng)的熱慣量 傳感器的標(biāo)定 測量系統(tǒng)的校準(zhǔn) 溫度傳感器 AD590測溫電路 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：熱電阻測溫電路 訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測溫電路測體溫,工程訓(xùn)練溫度的測量,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)歷一定的時間 此種性質(zhì)稱為系統(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物達(dá)到熱平衡需要一定的時間 傳感器熱慣量過大的危害 不能迅速反映被測溫度的變化 傳感器吸熱和放熱會干擾被測系統(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)練溫度的測量,6-7,6.2 傳感器的標(biāo)定對傳感器的要求,線性度好 無滯環(huán)誤差 重復(fù)性好 精度適中,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-8,6.2 傳感器的標(biāo)定標(biāo)

4、定的過程及目的,標(biāo)定：傳感器的輸入輸出關(guān)系是已知的，傳感器或測量系統(tǒng)測量的結(jié)果應(yīng)該是可信的。對此的檢驗過程稱為標(biāo)定。 標(biāo)定的過程：用待標(biāo)定的傳感器對標(biāo)準(zhǔn)物理量進(jìn)行測量，記錄一系列的對應(yīng)量值，并由此得到傳感器的線性度、精度、靈敏度、遲滯特性、重復(fù)性等。 標(biāo)定的目的：檢驗傳感器輸出信號值與被測量值之間的對應(yīng)關(guān)系,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-9,6.2 傳感器的標(biāo)定對標(biāo)定的進(jìn)一步說明,傳感器的標(biāo)定是對個體（某個傳感器） 標(biāo)定的目的是檢驗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，稱為測試） 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、用一段時間之后，一般要重新標(biāo)定,工程訓(xùn)練溫度的測量,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、高精度的測量系統(tǒng)及控制裝置，可以提供高精度的標(biāo)準(zhǔn)被測量，一般至少比傳感器精度高一個數(shù)量級，這個被測量對于傳感器來說可以看成理想的。 此時標(biāo)定的實質(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；長度塊規(guī) 其它辦法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點作為0，沸點作為100,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-11,6.3 測量系統(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 測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)： 調(diào)零點（或量程下限） 調(diào)滿度（或量程上限） 測量系統(tǒng)進(jìn)行零點或滿度校準(zhǔn)時，必須保證被測量達(dá)到并穩(wěn)定在對應(yīng)值。 已調(diào)整好的零點和滿度應(yīng)保持不變,工程訓(xùn)練溫度的測量,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：線性度好、特性穩(wěn)定、測量范圍寬 主要是鉑、銅、鎳等。 負(fù)面效應(yīng)： 如果連接導(dǎo)線很長，導(dǎo)線的電阻受環(huán)境溫度影響會造成測量誤差，通常要采取補償措施來消除這種誤差,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-13,6.4 幾種常用

7、的溫度傳感器 熱電阻的測溫電路,差動放大10倍,電橋,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-14,訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻測溫電路訓(xùn)練項目（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，用示波器或萬用表觀察電橋輸出電壓的變化情況。 接入差動放大器： 電橋的兩個輸出端接到自制溫度電路板上差動放大器兩個輸入端。 給熱電阻加熱，用示波器或萬用表觀察電橋輸出電壓的變化情況。,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-15,訓(xùn)練電路板簡介,,,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-16,,,訓(xùn)練內(nèi)容1：熱電阻測溫電路訓(xùn)練項目（P52，圖6-1，10）,,,,,,,,,,,接線

8、要求： 橫平豎直 避免交叉 少用導(dǎo)線,直流電源的使用： 開啟之前逆時針旋到底 “跟蹤”按下,電阻的讀取 色環(huán) 萬用表 面包板P28,工程訓(xùn)練溫度的測量,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：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值較大，即使用長達(dá)數(shù)千米的連接導(dǎo)線，導(dǎo)線電阻通常也可以忽略不計。 缺點：大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系不是線性的。半導(dǎo)體熱敏電阻的伏安特性也多是非線性的。 測溫電路：電橋,工程訓(xùn)練溫度的測量,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：集成了溫度補償或非

9、線性補償電路，感溫范圍很寬，線性度較好。 按輸出量分類： 電流型：如AD590 電壓型 頻率型,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-19,6.5 AD590 測溫電路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)練溫度的測量,6-20,6.5 AD590 測溫電路測溫電路的設(shè)計目標(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時輸出0V； 100時輸出5V；,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-21,6.5 AD590 測溫電路簡單的流壓轉(zhuǎn)換,問題：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)練溫度的測量,6-22,6.5 AD590 測溫電路AD590構(gòu)成的測溫電路,完成：流壓轉(zhuǎn)換 uo = iR提供0電位點以及R運放 完成：0時輸出0V i = iA - i0 = iA- 273.16mA選擇適當(dāng)R1 完成：100時輸出5V 選擇適當(dāng)?shù)腞2,

11、工程訓(xùn)練溫度的測量,6-23,流壓轉(zhuǎn)換,6.5 AD590 測溫電路AD590構(gòu)成的測溫電路,0補償,,Rw1：零點校準(zhǔn)（調(diào)零） Rw2：滿度校準(zhǔn)（調(diào)滿度）,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-24,6.5 AD590 測溫電路測溫電路的校準(zhǔn),為什么需要校準(zhǔn)？ 因為電路中的元件（如R、C、L、運放等）含有誤差，導(dǎo)線含有電阻，為了使測量電路可以得到精確的測量值，必須對這些誤差進(jìn)行補償。 AD590測溫電路中的電位器Rw1、Rw2就是起補償作用的 AD590測溫電路的校準(zhǔn)過程 零點校準(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。,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-25,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測量體溫操作步驟（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 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 ） 測量手的體溫，記錄測量值。 uo = V； t = ,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-26,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測量體溫接線示意圖（P54）,,,,,,電路的檢測方法： 檢查電源供電是否正常？ 檢查電路中各點的電壓； 有問題，檢查連接點導(dǎo)線,直流電源

13、的使用： 開啟之前逆時針旋到底 “跟蹤”按下,,,,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-27,訓(xùn)練電路板簡介,,,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-28,訓(xùn)練內(nèi)容2：用AD590測量體溫誤差分析,測量中主要存在什么誤差？ 10V電源是否準(zhǔn)確，否則無法產(chǎn)生準(zhǔn)確的 273.16mA 的抵消電流 傳感器 元件：如電阻、運放等,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-29,思考：如何實現(xiàn)“壓流轉(zhuǎn)換”,請思考并畫出電路圖。 如果思考不出來，請查閱相關(guān)的書籍。,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-30,思考：,手掌和臺燈都可以看作恒溫?zé)嵩础Ｓ煤銣責(zé)嵩磳囟葌鞲衅骷訜?，測溫系統(tǒng)的輸出信號上升需要一定的時間，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的值能夠計算，并且在調(diào)節(jié)時能夠用儀器測量，為什么還要用在標(biāo)準(zhǔn)溫度下校準(zhǔn)零點和滿度？ 如果放大器輸出不足以帶動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，可以增加一級運放；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)練溫度的測量,6-31,本講小結(jié),溫度測量存在特殊問題熱慣量，所以，設(shè)計傳感器時體積要小，并選用導(dǎo)熱性能好的材料。 傳感器要進(jìn)行標(biāo)定，以驗證可用信號與被測量之間的對應(yīng)關(guān)系。 測量系統(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。常使用運放來完成。,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-32,教學(xué)中常見的問題,,工程訓(xùn)練溫度的測量,6-33,教學(xué)安排2課時（講課：；實驗：）,,