第七章 过程参数检测常用传感技术2资料

红外辐射测温：
红外线是物体热辐射光谱中位于可见光红光 以外的光谱，波长范围大致在0.75～1000m。与 各种单色光相比，红外光的热效应是最大的。
红外辐射测温仪的工作波段一般在0.75～ 14m。通常由光学系统、红外探测器、信号放大 器及信号处理、指示器等部分组成，如图所示。
优点：反应速度快；灵敏度高；测温范围广，测 量准确度高；适用范围广，尤其适合于较远距离 的高速物体、带电体、高温高压等物体的温度测 量。
使用时应注意：距离系数、中间介质、环境温度、
杂wk.baidu.com干扰
光学高温计：
光学高温计通过将辐射体在单一波长（通常 采用0.66μm）下的亮度与高温计灯泡亮度比较来 确定物体温度。光学高温计有三种形式：灯丝隐 灭式、恒定亮度式和光电亮度式。
下图是灯丝隐灭式高温计工作原理图。调节 物镜使被测物的像落在灯泡的灯丝平面上，灯泡 温度低时，从目镜中看到被测物像上的暗丝，接 通电源并调节可变电阻，使灯泡变亮，当灯丝两 度与被测物亮度相同时，灯丝隐灭在被测物的像 中。
测温范围 :-260C900C
优点: 性价比高、中低温区稳定性好、准确度高、
灵敏度大、易于测量、便于远传 缺点：
体积较大、热惯性大，不适于测量高温物体、 体积狭小物体和温度快速变化的物体，另外抗振 动冲击能力差。
热电阻分类: 材料分——铂、铜、镍、铁、铑铁、铂钴合金等 精度等级分——标准电阻温度计、工业热电阻 结构分——线绕型、薄膜型、厚膜型 主要参数：
４、辐射测温
任何物体，只要温度超过绝对零度，都会以 电磁波的形式向周围辐射能量，称为热辐射。热 辐射能量与物体自身性质和温度有关。这种通过 接收物体的辐射能量来确定温度的方法称为辐射 测温，利用这种原理测温的仪表和传感器通常称
为辐射式温度计。
光谱辐射式温度计：
光谱辐射温度计是根据热辐射效应进行测量 的。通常由辐射敏感元件、光学系统、测量仪表 及辅助装置等几部分组成。
2、半导体热敏电阻测温
半导体的电阻与温度之间的关系呈指数关系， 可表示为：
式中A、B为常数，与半导体的材料、 结构有关，量纲分别为电阻和温度。对其 微分可得热敏电阻温度系数为:
可以看出，电阻温度系数随着温度变
化而变化，即灵敏度随着温度的升高而降 低，因此限制了热敏电阻只能在低温下使 用。根据电阻温度系数可以将热敏电阻分 为NTC热敏电阻、PTC热敏电阻、CTR热 敏电阻三类。
1、远传式弹性压力计及压力传感器
这类压力计或传感器以弹性元件作为压力的
敏感元件，根据受压产生的弹性变形（位移）可 测知压力。通过一定的转换机构还可构成就地式 或远传式压力计，图为远传式弹性压力计的结构 框图。
常用弹性元件有弹簧管（又称波登管）、弹 性膜、波纹管等。图为各种常用弹性元件示意图。
应变式压力传感器：
过程参数检测中的常用 传感技术
主要内容
一、温度检测 二、压力检测 三、流量检测 四、物位检测 五、相关传感器发展
一、温度检测
温度表征物体分子热运动的剧烈程度， 难以直接测量，因此均是根据物体物理性 质随温度变化的特征进行间接测量。归结 起来温度测量方法分为接触式测量和非接 触式测量两类。
1、金属热电阻测量 利用导体电阻值随温度变化的性质测量温度 。
使用应注意：被测物尺寸应大于测温仪视场，最 好大过50%；被测物和测温仪之间避免有水蒸气、 粉尘、烟雾等，这类物质对红外线有较强吸收能 力；工作环境的温度不应有剧烈变化。
二、压力检测
压力概念：
压力的表示方法 ：绝对压力、大气压力、表
压力、真空度、差压
常用压力检测方法：重力平衡法、弹性力平衡
法、机械力平衡法、物性测量法
应变式压力传感器是基于导体和半导体的应 变效应。由导体或半导体材料制成的弹性元件在 受到压力作用时发生机械变形，其电阻值也将发 生变化，根据阻值变化间接测出压力
应变式压力传感器常见结构形式：
电容式差压传感器：
电容式差压传感器是一组差动电容。电容差 动连接弹簧管提高灵敏度、减小介电常数受温度 影响带来的不稳定性。如图所示，差动电容的两 个定极板为两个尺寸形状相同、内侧镀金属膜的 凹面体，动极板为金属圆形膜片处于两个定极板 中间位置，凹面体中间充满硅油。当传感器两侧 压力相等时，膜片位于中间位置，C1=C2。两侧 有压差时，膜片位置发生偏移，两侧电容因极板 距离变化而产生电容差值。若通过检测电路将电 容变化量转化为420mA标准信号，则输出电流 与被测压差有关，可达到间接检测压力的目的。
在实际测温时，一般应在了解热电偶基本特 性的前提下，根据被测对象、测量气氛、测温范 围等正确选择热电偶。
热电偶冷端处理：
根据热电偶测温原理，热电势是测量端与参
考端温度t、t0的函数差，只有参考端温度恒定，
才能得到热电势与测量端温度之间的关系。实际 上我们通常使用的热电偶分度表是以参考端为 0C制作的。但在工业检测现场，参考端温度则 难以保持恒定不变，更难以维持在0C，因此冷 端处理是热电偶在实际使用时必须面对的问题。
冷端恒温、冷端温度校正、冷端温度自动补 偿、补偿导线
热电偶断偶检查：
在热电偶自动测温电路中如果发生断偶现象， 输出热电势为0，就会得出t=t0的错误结果。为此， 检测电路中应增加一个断偶判断的环节。如图所 示，M—N为热电偶输出端，经R1、R2、CF构成 的滤波网络送入量程放大器A，再经A/D转换后将 测量结果送计算机处理。此电路中有一个UB和 RB构成的断偶判断环节，RB为兆欧级大电阻。 热电偶正常工作时该环节相当于开路；当发生断 偶时，M－N处电压为UB，UB选择为经放大后使 A/D转换器溢出，从而使计算机能够判断出断偶 发生。
常见热敏电阻结构形式:
3、热电偶测温
热电偶是利用金属的热电效应进行温度测量 的。热电偶种类有几百种，应用较广的几十种， 分为标准化和非标准化两大类。标准化热电偶八 种，分度号分别为S、R、B、K、N、T、E、J， 前三种由铂和铂铑合金制成，属于贵金属热电偶， 其余五种由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等 金属合金制成，属于贱金属热电偶。
分度号、标称电阻值、测温范围、允许偏差、 电阻比W（温度为100C和0C时的电阻值之比）、 热响应时间和额定电流等 。
热电阻引线方式：
工业用热电阻由感温元件、引线和保护管组 成。其中引线是感温元件测量线路连接的引线， 通常置于保护管内。热电阻引线对测量结果有较 大影响，常用引线方式有两线制、三线制和四线 制三种。