感測器基本知識

2021-06-01 16:38:50 字數 4975 閱讀 3345

一、溫度測量的基本概念

溫度是表徵物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點(零點)和測量溫度的基本單位。

目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。

攝氏溫標(℃)規定:在標準大氣壓下,冰的熔點為0度,水的沸點為100度,中間劃分100等份,每等分為攝氏1度,符號為℃。

華氏溫標(℉)規定:在標準大氣壓下,冰的熔點為32度,水的沸點為212度,中間劃分180等份每等份為華氏1度符號為℉。

熱力學溫標(符號t)又稱開爾文溫標(符號k),或絕對溫標,它規定分子運動停止時的溫度為絕對零度。

國際溫標:國際實用溫標是乙個國際協議性溫標,它與熱力學溫標相接近,而且復現精度高,使用方便。目前國際通用的溫標是2023年第15屆國際權度大會通過的《2023年國際實用溫標-2023年修訂版》,記為:

ipts-68(rev-75)。但由於ipts-68溫度存在一定的不捉,國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權予2023年會議通過2023年國際its-90,its-90溫標替代ips-68。我國自2023年1月1日起全面實施its-90國際溫標。

a、 溫度單位:熱力學溫度是基本功手物理量,它的單位開爾文,定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16,使用了與273.

15k(冰點)的差值來表示溫度,因此現在仍保留這個方法。根據定義,攝氏度的大小等於開爾文,溫差亦可用攝氏度或開爾文來表示。國際溫標its-90同時定義國際開爾文溫度(符號t90)和國際攝氏溫度(符號t90)。

b、 國際溫標its-90的通則:its-90由0.65k向上到蒲朗克輻射定律使用單色輻射實際可測量的最高溫度。

its-90是這樣制訂的即在全量程,任何於溫度採納時t的最佳估計值,與直接測量熱力學溫度相比t90的測量要方便的多,而且更為精密,並且有很高的復現性。

c、 its-90的定義:

第一溫區為0.65k到5.00k之間,t90由3he和4he的蒸汽壓與溫度的關係式來定義。

第二溫區為3.0k到氖三相點(24.5661k)之間t90是氦氣體溫度計來定義。

第三溫區為平蘅氫三相點(13.8033k)到銀的凝固點(961.78℃)之間,t90是由鉑電阻溫度計來定義,它使用一組規定的定義內插法來分度。

銀凝固點(961.78℃)以上的溫區,t90是按蒲朗克輻射定律來定義的,復現儀器為光學高溫計。

二、度測量儀表的分類

溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表比較簡單、可靠、測量精度較高;但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交金剛,需要一定的時間才能達到熱平衡,所以存在測溫的延遲現象,同時受耐高溫材料的限制,不能應用於很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的,測量元件不需要與被測介質接觸,測溫範圍廣,不受測溫上限的限制,也不會破壞被測物體的溫度場,反應速度一般也比較快;但受到物體的發射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響,其測量誤差較大。

三、感測器的選用

國家標準gb7665-87對感測器下的定義是:「能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用訊號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成」。感測器是一種檢測裝置,能感受到被測量的資訊,並能將檢測感受到的資訊,按一定規律變換成為電訊號或其他所需形式的資訊輸出,以滿足資訊的傳輸、處理、儲存、顯示、記錄和控制等要求。

它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

(一)、現代感測器在原理與結構上千差萬別,如何根據具體的測量目的、測量物件以及測量環境合理選用感測器,是在進行某個量時首先要解決的問題。當感測器確定之後,與之相配套的測量方法和測量裝置也可以確定了。

測量結果的成敗,在很大程度上取決於感測器的選用是否合理。

1、根據測量物件與測量環境確定感測器的型別:要進行乙個具體的測量工作,首先要考慮採用何種原理的感測器,這需要分析多方面的因素之後才能確定。因為,即使測量同一物理量,也有多種原理的感測器可供選用,那一種原理的感測器更為合適,則需要根據被測量的特點和感測器的使用條件考慮以下具體問題:

量程的大小;被測位置對感測器的體積要求;測量方式為接觸式或非接觸式;訊號的引出方法,有線或是非接觸測量;感測器的**,是進口還是國產的,**能否接受,還是自行研製。

2、靈敏度的選擇:通常,在感測器的線性範圍內,希望感測器的靈敏度越高越好,因為只有靈敏度高時,與被測量變化對應的輸出訊號才比較大有利於訊號處理。但要注意的是,感測器的靈敏度高,與被測量無關的外界雜訊也容易混入,也會被放大系統放大,影響測量精度,因此要求感測器本身具有很高的信躁比,儘量減少從外界引入的廠憂訊號。

感測器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量,而且對其方向性要求較高,則應選擇其它方向靈敏度小的感測器,如果被測量是多維向量,則要求感測器的交叉靈敏度越小越好。

3、頻率響應特性:感測器的頻率響應特性決定了被測量的頻率範圍,必須在允許頻率範圍內保持不失真的測量條件,實際上感測器的響應總有一定的延遲,希望延遲越短越好。感測器的頻率響應高,可測的訊號頻率範圍就寬,而由於受到結構特性的影響,機械系統的慣性較大,因有頻率低的感測器可測訊號的頻率較低。

在動態測量中,應根據訊號的特點(穩態、隨機等)響應特性,以免產生過火的誤差。

(二)測溫器:

1、熱電阻:熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,效能穩定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的,它不廣泛應用於工業測溫,而且被製成標準的基準儀。

①熱電阻測溫原理及材料:熱電阻測溫是基於金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由金屬材料製成,目前應用最多的是鉑和銅,此外,現在已開始採用銠、鎳、錳等材料製造熱電阻。

②熱電阻測溫系統的組成:熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連線導線和數碼溫度控制顯示表等組成。必須注意兩點:

「熱電阻和數碼溫度控制顯示表的分度號必須一致;為了消除連線導線電阻變化的影響,必須採取三線制接法。」

2、熱敏電阻: ntc熱敏電阻器,具有體積小,測試精度高,反應速度快,穩定可靠,抗老化,互換性,一致性好等特點。廣泛應用於空調、暖氣裝置、電子體溫計、液位感測器、汽車電子、電子檯曆等領域。

3、熱電偶:熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。其優點是:

①測量精度高。因熱電偶直接與被測物件接觸,不受中間介質影響。

② 測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電偶最低-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。

③ 構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

(1).熱電偶測溫基本原理

將兩種不同材料的導體或半導體a和b焊接起來,構成乙個閉合迴路。當導體a和b的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在迴路中形成乙個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

(2).熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。

標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關係、允許誤差、並有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。

非標準化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用於某些特殊場合的測量。

我國從2023年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按iec國際標準生產,並指定s、b、e、k、r、j、t七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。

(3).熱電偶冷端的溫度補償

由於熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是採用***時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常採用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內,連線到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上,它本身並不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需採用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連線端的溫度不能超過100℃。

四、我國在溫控領域的八大進展

我國儀器儀表在實現微型化、數位化、智慧型化、整合化和網路化等方面緊跟國際發展的步伐,加大具有自主智財權部分的開發研製及產業化的力度,取得了顯著的進展。其中,值得提出的重大科技進展主要包括以下八個方面:

1.先進工業自動化儀器儀表及系統實現了模組化與全數字整合,達到產業化要求,廣泛用於鋼、電、煤、化、油、交通、建築、國防、食品、醫藥、農業、環保等領域,向具有自主智財權方向邁出了堅實的一步。

2.智慧型式系列測試儀器與自動測試系統的研究及產業化水平大幅度提高,組建了航空航天測試、機電產品測試、家用電器測試、**監測、氣象探測、環境監測等各行業的自動測試系統。總體水平達到國外先進產品水平,而售價明顯低於國外產品。

3.微波公釐波向量網路分析儀研製成功及批量生產,標誌著我國成為繼美國之後世界第二個能生產此類高精尖儀器的國家。

4.研究開發出有自己特色的奈米測控及微型儀器,碳奈米管的定向製備及結構與物理性質的探測居世界領先地位。

5.完成完整的電學量子標準和1.5×10-5級國家電能標準裝置,使我國電計量標準處於國際先進水平。

6.開展了具有自主智財權的科學儀器攻關,提公升了我國科學儀器的整體水平。

7.建立了產學研相結合、國內外相結合的發展機制,拓寬了科學儀器的應用領域,如開發成功海關防偽票證的光譜儀器,在全國海關推廣後,累計查獲假票證價值540億元,為國家挽回巨大經濟損失。國產科學儀器的市場占有率由「八五」期間的13%提高到「九五」末期的25%。

8.高強度聚焦超聲腫瘤**系統研製成功並批量生產,超聲醫療儀器在腫瘤無創**方面具有國際領先優勢。

五、液晶屏三怕

(一)、怕水

千萬不要讓任何帶有水分的東西進入lcd。當然,一旦發生這種情況也不要驚慌失措。如在開機前發現只是螢幕表面有霧氣,用軟布輕輕擦掉就可以了。

然後再開機。如果水分已進入lcd,那就把lcd放在溫暖的地方。比如說檯燈下,將裡面的水分蒸發掉。

如果發生螢幕「泛潮」的情況比較嚴重時,普通使用者還是打**請服務商幫助解決,因為,較嚴重的潮氣會損害lcd的元器件,會導致液晶電極腐蝕,造成永久性損壞。

(二)、怕撞擊

尊重lcd脆弱性。在使用清潔劑的時候也要注意,不要把清潔劑直接噴到螢幕上,它有可能流到lcd內部造成短路。正確的做法是用軟布粘上清潔劑輕輕擦試螢幕。

記住,lcd的抗撞擊力的能力很小。許多晶體和靈敏的電器元件在遭受撞擊時會損壞。

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