《温度的测量》教学课件

《温度的测量》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《温度的测量》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用第六讲 温度的测量

引言温度的测量是生活中有很多应用第六讲 温度的测量

引言温度的测量是生活中有很多应用第六讲 温度的测量

引言——温度的测量方法温度会引起什么变化？金属热电阻：温度/热量电阻热电偶：温度/热量温差电动势半导体热敏电阻：温度/热量电阻红外释热测温：温度红外热辐射色温法：温度金属颜色变化石英：温度石英震荡频率形变第六讲 温度的测量

引言——温度的测量方法温度会引起什么变化第六讲 温度的测量

引言由于传感器本身存在热容以及传热介质含有热阻，这导致了温度测量的特殊问题——热惯量。因此，对温度传感器有特殊的要求。有些传感器输出是电流信号，如果想得到电压信号，必须进展流压转换。传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。对此的检验过程称为标定。而由于存在系统误差，需要对测量电路校准来消除。第六讲 温度的测量

引言由于传感器本身存在热容以及传热介质含第六讲 温度的测量

本讲内容〔2课时〕温度系统的热惯量传感器的标定测量系统的校准温度传感器AD590测温电路训练内容1：热电阻阻值随温度的变化训练内容1：热电阻测温电路训练内容2：用AD590测温电路测体温第六讲 温度的测量

本讲内容〔2课时〕温度系统的热惯量§6.1温度系统的热惯量

热容、热阻及热惯量热容：物体温度发生变化需要吸热或放热

DQ=CmDtC为比热容，m为质量，Dt为温度变化热阻：表征了介质的传热能力，即介质传热的快慢系统具有热容量，传热介质有热阻 温度升降需要经历一定的时间此种性质称为系统的热惯量热容量越大，热阻越大热惯量越大§6.1温度系统的热惯量

热容、热阻及热惯量热容：§6.1温度系统的热惯量

温度传感器的特殊要求传感器的外壳和内部材料具有一定热容和热阻 传感器具有一定的热惯量

传感器与被测物到达热平衡需要一定的时间传感器热惯量过大的危害不能迅速反映被测温度的变化传感器吸热和放热会干扰被测系统的温度温度传感器的热惯量要尽可能小①体积要小，材料比热容要小；②使用导热良好的封装材料〔热阻小〕§6.1温度系统的热惯量

温度传感器的特殊要求传感§6.2传感器的标定

对传感器的要求线性度好无滞环误差重复性好精度适中§6.2传感器的标定

对传感器的要求线性度好§6.2传感器的标定

标定的过程及目的标定：传感器的输入输出关系是的，传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。对此的检验过程称为标定。标定的过程：用待标定的传感器对标准物理量进展测量，记录一系列的对应量值，并由此得到传感器的线性度、精度、灵敏度、迟滞特性、重复性等。标定的目的：检验传感器输出信号值与被测量值之间的对应关系§6.2传感器的标定

标定的过程及目的标定：传感器§6.2传感器的标定

对标定的进一步说明传感器的标定是对个体〔某个传感器〕标定的目的是检验传感器的输入输出关系，而不是建立输入输出关系。如果是建立输入输出关系，称为测试〕标定的结果用于调整系统的参数或者传感器的输入输出关系式的参数，以提高系统的精度传感器使用一段时间之后，一般要重新标定§6.2传感器的标定

对标定的进一步说明传感器的标§6.2传感器的标定

标准物理量的生成方法标准设备：配有高精度的传感器、高精度的测量系统及控制装置，可以提供高精度的标准被测量，一般至少比传感器精度高一个数量级，这个被测量对于传感器来说可以看成理想的。此时标定的实质：进展待标定传感器与标准传感器之间的比较如：温度——温箱；重量——标准质量原器、砝码；长度——块规其它方法：标准大气压下水的冰点作为0℃，沸点作为100℃§6.2传感器的标定

标准物理量的生成方法标准设备§6.3测量系统的校准

校准的原因：系统存在误差，如元件的不准确〔R、L、C、运放等〕，环境的影响校准的目的：消除系统误差。校准的方法：调节R、L、C及其配比等测量系统的校准：调零点〔或量程下限〕调满度〔或量程上限〕测量系统进展零点或满度校准时，必须保证被测量到达并稳定在对应值。已调整好的零点和满度应保持不变§6.3测量系统的校准

校准的原因：系统存在误差，§6.4几种常用的温度传感器

金属热电阻原理：在一定温度范围内，金属材料的电阻与温度成一定函数关系。 纯金属：Rt=R0〔1+at+bt2+…〕热电阻材料： 要求：线性度好、特性稳定、测量范围宽 主要是铂、铜、镍等。负面效应： 如果连接导线很长，导线的电阻受环境温度影响会造成测量误差，通常要采取补偿措施来消除这种误差§6.4几种常用的温度传感器

金属热电阻原理：在§6.4几种常用的温度传感器

热电阻的测温电路差动放大10倍电桥§6.4几种常用的温度传感器

热电训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，50’〕连接电桥，并调平衡：在面包板上连接电桥；在室温下调节电位器，使电桥平衡；用手给热电阻加热，用示波器或万用表观察电桥输出电压的变化情况。接入差动放大器：电桥的两个输出端接到自制温度电路板上差动放大器两个输入端。给热电阻加热，用示波器或万用表观察电桥输出电压的变化情况。训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，训练电路板简介

训练电路板简介

训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，10’〕ⅠⅡ直流电源10kΩ5.1kΩ3kΩ接线要求：横平竖直防止穿插少用导线直流电源的使用：开启之前逆时针旋到底“跟踪〞按下电阻的读取色环万用表面包板P28训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，§6.4几种常用的温度传感器

半导体热敏电阻原理：半导体的导电能力受温度影响较大优点：半导体热敏电阻的阻值较大，即使用长达数千米的连接导线，导线电阻通常也可以忽略不计。缺点：大多数半导体热敏电阻阻值与温度的关系不是线性的。半导体热敏电阻的伏安特性也多是非线性的。测温电路：电桥§6.4几种常用的温度传感器

半导体热敏电阻原理§6.4几种常用的温度传感器

半导体集成温度传感器感温器件：热敏晶体管，采用硅半导体集成工艺而制成特点：集成了温度补偿或非线性补偿电路，感温范围很宽，线性度较好。按输出量分类：电流型：如AD590电压型频率型§6.4几种常用的温度传感器

半导体集成温度传感器§6.5AD590测温电路

AD590的性能和主要参数AD590的特性：温控电流源 I(μA)=T(K) t(℃) T(K) I(mA) -273.16 0 0 0 273.16 273.16 100 373.16 373.16工作电压：4～30V工作范围：AD590JH：0～70℃型号工作范围AD590I、J、K、L、M0～70℃AD590A、B、C-25～70℃AD590S、T、U-55～125℃§6.5AD590测温电路

AD590的性能和主§6.5AD590测温电路

测温电路的设计目标目标：I(mA)=T(K)；uo(V)=0.05t(℃) t(℃) T(K) I(μA) uo(V) 0 273.16 273.16 0 100 373.16 373.16 5需要做的工作：①把电流I转换为电压uo〔流压转换〕②0℃时输出0V；③100℃时输出5V；§6.5AD590测温电路

测温电路的设计目标目§6.5AD590测温电路

简单的流压转换问题：随着温度的升高，电流增大，uo很大，造成AD590的工作电压降低，甚至低于它的稳定工作电压解决思路：最好使AD590的工作电压恒定§6.5AD590测温电路

简单的流压转换问题：§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温电路完成①：流压转换

uo=iR

提供0电位点以及R

——运放完成②：0℃时输出0V

i=iA-i0=iA-273.16mA

选择适当R1完成③：100℃时输出5V

选择适当的R2§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温流压转换§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温电路0℃补偿Rw1：零点校准〔调零〕Rw2：满度校准〔调满度〕流压转换§6.5AD590测温电路

AD590构§6.5AD590测温电路

测温电路的校准为什么需要校准？因为电路中的元件〔如R、C、L、运放等〕含有误差，导线含有电阻，为了使测量电路可以得到准确的测量值，必须对这些误差进展补偿。AD590测温电路中的电位器Rw1、Rw2就是起补偿作用的AD590测温电路的校准过程零点校准：0℃～输出0V。要求将AD590置于0℃的环境中，调节Rw1，使uo=0V。满度校准：100℃～输出5V。要求将AD590置于100℃的环境中，调节反响电阻Rw2，使uo=5V。这些可调元件的参数一经调定就不允许再变动。§6.5AD590测温电路

测温电路的校准为什么训练内容2：用AD590测量体温

操作步骤〔P48，30’〕连接电路之前，先调节R2=50kW； 注意：应把R2从电路中断开连接电路；使用当前室温校准电路〔如室温为20℃，即：使输出uo=1.00V〕测量手的体温，记录测量值。 uo=V；t=℃训练内容2：用AD590测量体温

操作步骤〔P48，30ⅠⅡ直流电源训练内容2：用AD590测量体温

接线示意图〔P54〕示波器电路的检测方法：检查电源供电是否正常？检查电路中各点的电压；有问题，检查①连接点②导线直流电源的使用：开启之前逆时针旋到底“跟踪〞按下ⅠⅡ直流电源训练内容2：用AD590测量体温

接线示意图训练电路板简介

训练电路板简介

训练内容2：用AD590测量体温

误差分析测量中主要存在什么误差？＋10V电源是否准确，否那么无法产生准确的273.16mA的抵消电流传感器元件：如电阻、运放等训练内容2：用AD590测量体温

误差分析测量中主要存思考：

如何实现“压流转换〞请思考并画出电路图。如果思考不出来，请查阅相关的书籍。思考：

如何实现“压流转换〞请思考并画出电路图。思考：

手掌和台灯都可以看作恒温热源。用恒温热源对温度传感器加热，测温系统的输出信号上升需要一定的时间，这是什么原因？为什么希望温度传感器的热惯量小？图6－2电路中R1和R2的值能够计算，并且在调节时能够用仪器测量，为什么还要用在标准温度下校准零点和满度？如果放大器输出缺乏以带动磁电式电压表指针偏转，应如何解决？有哪些因素影响温度测量的精度？温度传感器具有热惯量温度传感器能更快地跟随被测物的温度变化消除系统误差①假设输出电压太小，可以增加一级运放；

②假设输出功率不够，做功率放大；①传感器精度；

②传感器的特性〔线性度等〕；

③系统误差；

④环境影响〔室温、风等〕思考：

手掌和台灯都可以看作恒温热源。用恒温热源对温度传本讲小结

温度测量存在特殊问题——热惯量，所以，设计传感器时体积要小，并选用导热性能好的材料。传感器要进展标定，以验证可用信号与被测量之间的对应关系。测量系统在使用前必须校准，以消除系统误差。AD590相当于温控电流源：I(mA)=T(K)如果要转换为电压，必须作流压转换。常使用运放来完成。本讲小结

温度测量存在特殊问题——热惯量，所以，设计传感器教学中常见的问题

教学中常见的问题

教学安排

2课时〔讲课：；实验：〕教学安排

2课时〔讲课：；实验：〕《温度的测量》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《温度的测量》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用第六讲 温度的测量

引言温度的测量是生活中有很多应用第六讲 温度的测量

引言温度的测量是生活中有很多应用第六讲 温度的测量

引言——温度的测量方法温度会引起什么变化？金属热电阻：温度/热量电阻热电偶：温度/热量温差电动势半导体热敏电阻：温度/热量电阻红外释热测温：温度红外热辐射色温法：温度金属颜色变化石英：温度石英震荡频率形变第六讲 温度的测量

引言——温度的测量方法温度会引起什么变化第六讲 温度的测量

引言由于传感器本身存在热容以及传热介质含有热阻，这导致了温度测量的特殊问题——热惯量。因此，对温度传感器有特殊的要求。有些传感器输出是电流信号，如果想得到电压信号，必须进展流压转换。传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。对此的检验过程称为标定。而由于存在系统误差，需要对测量电路校准来消除。第六讲 温度的测量

引言由于传感器本身存在热容以及传热介质含第六讲 温度的测量

本讲内容〔2课时〕温度系统的热惯量传感器的标定测量系统的校准温度传感器AD590测温电路训练内容1：热电阻阻值随温度的变化训练内容1：热电阻测温电路训练内容2：用AD590测温电路测体温第六讲 温度的测量

本讲内容〔2课时〕温度系统的热惯量§6.1温度系统的热惯量

热容、热阻及热惯量热容：物体温度发生变化需要吸热或放热

DQ=CmDtC为比热容，m为质量，Dt为温度变化热阻：表征了介质的传热能力，即介质传热的快慢系统具有热容量，传热介质有热阻 温度升降需要经历一定的时间此种性质称为系统的热惯量热容量越大，热阻越大热惯量越大§6.1温度系统的热惯量

热容、热阻及热惯量热容：§6.1温度系统的热惯量

温度传感器的特殊要求传感器的外壳和内部材料具有一定热容和热阻 传感器具有一定的热惯量

传感器与被测物到达热平衡需要一定的时间传感器热惯量过大的危害不能迅速反映被测温度的变化传感器吸热和放热会干扰被测系统的温度温度传感器的热惯量要尽可能小①体积要小，材料比热容要小；②使用导热良好的封装材料〔热阻小〕§6.1温度系统的热惯量

温度传感器的特殊要求传感§6.2传感器的标定

对传感器的要求线性度好无滞环误差重复性好精度适中§6.2传感器的标定

对传感器的要求线性度好§6.2传感器的标定

标定的过程及目的标定：传感器的输入输出关系是的，传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。对此的检验过程称为标定。标定的过程：用待标定的传感器对标准物理量进展测量，记录一系列的对应量值，并由此得到传感器的线性度、精度、灵敏度、迟滞特性、重复性等。标定的目的：检验传感器输出信号值与被测量值之间的对应关系§6.2传感器的标定

标定的过程及目的标定：传感器§6.2传感器的标定

对标定的进一步说明传感器的标定是对个体〔某个传感器〕标定的目的是检验传感器的输入输出关系，而不是建立输入输出关系。如果是建立输入输出关系，称为测试〕标定的结果用于调整系统的参数或者传感器的输入输出关系式的参数，以提高系统的精度传感器使用一段时间之后，一般要重新标定§6.2传感器的标定

对标定的进一步说明传感器的标§6.2传感器的标定

标准物理量的生成方法标准设备：配有高精度的传感器、高精度的测量系统及控制装置，可以提供高精度的标准被测量，一般至少比传感器精度高一个数量级，这个被测量对于传感器来说可以看成理想的。此时标定的实质：进展待标定传感器与标准传感器之间的比较如：温度——温箱；重量——标准质量原器、砝码；长度——块规其它方法：标准大气压下水的冰点作为0℃，沸点作为100℃§6.2传感器的标定

标准物理量的生成方法标准设备§6.3测量系统的校准

校准的原因：系统存在误差，如元件的不准确〔R、L、C、运放等〕，环境的影响校准的目的：消除系统误差。校准的方法：调节R、L、C及其配比等测量系统的校准：调零点〔或量程下限〕调满度〔或量程上限〕测量系统进展零点或满度校准时，必须保证被测量到达并稳定在对应值。已调整好的零点和满度应保持不变§6.3测量系统的校准

校准的原因：系统存在误差，§6.4几种常用的温度传感器

金属热电阻原理：在一定温度范围内，金属材料的电阻与温度成一定函数关系。 纯金属：Rt=R0〔1+at+bt2+…〕热电阻材料： 要求：线性度好、特性稳定、测量范围宽 主要是铂、铜、镍等。负面效应： 如果连接导线很长，导线的电阻受环境温度影响会造成测量误差，通常要采取补偿措施来消除这种误差§6.4几种常用的温度传感器

金属热电阻原理：在§6.4几种常用的温度传感器

热电阻的测温电路差动放大10倍电桥§6.4几种常用的温度传感器

热电训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，50’〕连接电桥，并调平衡：在面包板上连接电桥；在室温下调节电位器，使电桥平衡；用手给热电阻加热，用示波器或万用表观察电桥输出电压的变化情况。接入差动放大器：电桥的两个输出端接到自制温度电路板上差动放大器两个输入端。给热电阻加热，用示波器或万用表观察电桥输出电压的变化情况。训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，训练电路板简介

训练电路板简介

训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，10’〕ⅠⅡ直流电源10kΩ5.1kΩ3kΩ接线要求：横平竖直防止穿插少用导线直流电源的使用：开启之前逆时针旋到底“跟踪〞按下电阻的读取色环万用表面包板P28训练内容1：热电阻测温电路

训练工程〔P52，图6-1，§6.4几种常用的温度传感器

半导体热敏电阻原理：半导体的导电能力受温度影响较大优点：半导体热敏电阻的阻值较大，即使用长达数千米的连接导线，导线电阻通常也可以忽略不计。缺点：大多数半导体热敏电阻阻值与温度的关系不是线性的。半导体热敏电阻的伏安特性也多是非线性的。测温电路：电桥§6.4几种常用的温度传感器

半导体热敏电阻原理§6.4几种常用的温度传感器

半导体集成温度传感器感温器件：热敏晶体管，采用硅半导体集成工艺而制成特点：集成了温度补偿或非线性补偿电路，感温范围很宽，线性度较好。按输出量分类：电流型：如AD590电压型频率型§6.4几种常用的温度传感器

半导体集成温度传感器§6.5AD590测温电路

AD590的性能和主要参数AD590的特性：温控电流源 I(μA)=T(K) t(℃) T(K) I(mA) -273.16 0 0 0 273.16 273.16 100 373.16 373.16工作电压：4～30V工作范围：AD590JH：0～70℃型号工作范围AD590I、J、K、L、M0～70℃AD590A、B、C-25～70℃AD590S、T、U-55～125℃§6.5AD590测温电路

AD590的性能和主§6.5AD590测温电路

测温电路的设计目标目标：I(mA)=T(K)；uo(V)=0.05t(℃) t(℃) T(K) I(μA) uo(V) 0 273.16 273.16 0 100 373.16 373.16 5需要做的工作：①把电流I转换为电压uo〔流压转换〕②0℃时输出0V；③100℃时输出5V；§6.5AD590测温电路

测温电路的设计目标目§6.5AD590测温电路

简单的流压转换问题：随着温度的升高，电流增大，uo很大，造成AD590的工作电压降低，甚至低于它的稳定工作电压解决思路：最好使AD590的工作电压恒定§6.5AD590测温电路

简单的流压转换问题：§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温电路完成①：流压转换

uo=iR

提供0电位点以及R

——运放完成②：0℃时输出0V

i=iA-i0=iA-273.16mA

选择适当R1完成③：100℃时输出5V

选择适当的R2§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温流压转换§6.5AD590测温电路

AD590构成的测温电路0℃补偿Rw1：零点校准〔调零〕Rw2：满度校准〔调满度〕流压转换§6.5AD590测温电路

AD590构§6.5AD590测温电路

测温电路的校准为什么需要校准？因为电路中的元件〔如R、C、L、运放等〕含有误差，导线含有电阻，为了使测量电路可以得到准确的测量值，必须对这些误差进展补偿。AD590测温电路中的电位器Rw1、Rw2就是起补偿作用的AD590测温电路的校准过程零点校准：0℃～输出0V。要求将AD590置于0℃的环境中，调节Rw1，使uo=0V。满度校准：100℃～输出5V。要求将AD590置于100℃的环境中，调节反响电阻Rw2，使uo=5V。这些可调元件的参数一经调定就不允许再变动。§6.5AD590测温电路

测温电路的校准为什么训练内容2：用AD590测量体温

操作步骤〔P48，30’〕连接电路之前，先调节R2=50kW；