第2章温度检测

第2章温度检测温标及测温方法膨胀式温度计热电阻温度传感器热电偶传感器集成温度传感器光纤传感器辐射法测温（非接触式测温）第2章温度检测

温度是表征物体或系统冷热程度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一。本章在简单介绍温标及测温方法的基础上，重点介绍膨胀式温度计、电阻式温度传感器、薄膜热传感器、热电偶传感器、辐射式温度传感器、光纤温度传感器、集成温度传感器等的原理与应用。温度变送器2.1

温标及测温方法

2.1.1

温标常用温标:①国际温标②摄氏温标③华氏温标常用温标换算：2.1

温标及测温方法2.1.2温度检测方法分类及其特点

温度检测方法可分为接触式测温和非接触式测温两大类。常用测温方法及其特点？（[1]p.156-157,[2]p.209-210）

2.2

膨胀式温度计

膨胀式温度计分为固体膨胀式温度计和气体（或液体）膨胀式温度计两大类。2.2.1固体膨胀式（双金属）温度计原理？特点:结构简单，牢固可靠，抗震性能好，读数方便，廉价；精度不高，测量范围也不大。2.2

膨胀式温度计Bimetallicthermometer02040-40-2002040-20-40℃℃2.2

膨胀式温度计

Realizationsofbimetallicthermometers2.2

膨胀式温度计双金属温度计应用举例：电烤箱的温度指示、控制和调节。电火锅？~220V2.2

膨胀式温度计

2.2.2气体膨胀式（压力式）温度计

压力表？温度标度原理？特点？误差与补偿？气体介质弹簧管温包毛细管常见的液体膨胀式（压力式）温度计如酒精温度计、水银温度计等。更复杂的（带补偿措施）见后。(波登管)Principle:

liquidfilledthermometersconsistofabulbconnectedwithacapillaryandaBourdonelement,abelloworadiaphragm.Compensationmethods？Liquidfilledexpansionthermometers2.3热电阻温度传感器2.3.1热电阻传感器

测温基础：多数金属的电阻率随温度升高而增大，具有正的温度系数。

特点:精度高，适宜于测低温。

对金属材料要求：电阻温度系数大，电阻率大，热容量小；在测温范围内有稳定的物理和化学性质；电阻与温度的关系最好近似于线性，或为平滑的曲线；容易加工，复制性好，价格便宜。

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化的原理制成的，可将温度变化转换为电阻变化。由金属（铂、铜、镍等）材料制成的称为热电阻；由半导体材料制成的称为热敏电阻。一、铂电阻精度高，稳定性好，性能可靠。主要用作标准电阻温度计，也常用于工业测量。铂电阻的优缺点？0~850℃：-200~0℃：工业标准：50/100/1000Ω；Pt50/Pt100/Pt1000分度表及其应用铂电阻分度表：

注：手册上温度步长为1℃。必要时可插值。后同！二、铜电阻铂是贵金属，价格昂贵，因此在测温范围比较小(-50~+150℃)的情况下，可采用铜制成的测温电阻，称铜电阻。铜电阻的优缺点？工业标准：50/100Ω；Cu50/Cu100分度表及其应用铜电阻分度表：分度号：Cu50，

温度/℃0102030405060708090电阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13铂电阻传感器实物

铂电阻传感器实物（续）耐磨、防腐热电阻传感器实物：装配式热电阻传感器实物：软导线式热电阻传感器实物：三线制？三、铁电阻和镍电阻这两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可做成体积小，灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，且电阻值与温度的关系线性差。

四种金属电阻温度特性比较比较线性和灵敏度（电阻的相对变化率）！t/℃2.3热电阻温度传感器四、热电阻传感器的测量电路

1、三线连接法(原因？条件？优点？)三线连接法（1）2.3热电阻温度传感器

三线连接法（2）(原因？条件？优点？)2.3热电阻温度传感器2、四线连接法(原因？条件？优点？)2.3热电阻温度传感器铂热电阻测温电路:电桥→差动放大器→有源低通滤波器调零点？调增益？2.3热电阻温度传感器热电阻数字温度计:MAX138为31/2位ADC。RT=1kΩ（0℃）调RP2显0；RT=1.385kΩ

（100℃）调RP1显100。2.3热电阻温度传感器热电阻电热水器加热声提示（停止加热光提示）：①加热温度可调。②在实践中，若精度要求不高，为降低成本、减小体积及减轻重量，常采用简易直流电源!简易直流电源的具体形式可根据需要而定。测低温和超低温的热电阻:国际制冷学会:T>120K为冷冻温区;120K>T>0.3K为低温区;T<0.3K为超低温区。常压下，液氦沸点4.2K，液氮沸点77.3K。H.K.Onnes，1911，Hg，略低于4.2K，电阻突然消失。后来发现很多其他材料也有类似现象。一些材料在某一低温下电阻消失的现象称为超导（superconducting）现象，相应的温度称为该超导材料的临界温度Tc。超导材料有重要而广泛的用途，研究热点。Tc<30K，液氦条件下工作（昂贵、复杂），称为低温超导材料。重点研究高温超导材料（1986年到液氮温区）。测低温和超低温的热电阻:超导材料进展2004年12月，中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功75m、10.5kV/1500A交流高温超导电缆，并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行。测低温和超低温的热电阻:铂电阻和铜电阻不适合测低温和超低温。铟电阻：300~4.2K，4.2~15K灵敏度比铂电阻高10倍。材料软，复制性差。锰电阻：63~2K，灵敏度高。材料脆，难拉丝。碳电阻：液氦温区，廉价，对磁场不敏感。热稳定性差。2.3.2热敏电阻传感器

热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化。制造热敏电阻的材料很多，如锰、铜、镍、钴和钛等氧化物，它们按一定比例混合后压制成型，然后在高温下焙烧而成。热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点，因此得到较为广泛的应用，尤其是应用于远距离测量和控制中。一、热敏电阻的分类正温度系数/PTC(positivetemperaturecoefficient)。用于彩电消磁、电器热保护、发热源的恒温控制、限流等。负温度系数/NTC(negativetemperaturecoefficient)

。用于测温、温度补偿等。一般不能并联使用！临界温度系数/CTR(criticaltemperatureresistor)

（在某一特定温度下电阻值发生突变）。用作温度开关。三类热敏电阻的特性：PTC、NTC系列热敏电阻实物：

恒温加热

彩电消磁电机延时启动

超大功率型

NTC非标准贴片式二、热敏电阻的主要参数三、热敏电阻的特点

优点：灵敏度高（温度系数较热电阻的大得多）、体积小、热贯性小、结构简单、化学稳定性好、机械性能强、价格低廉、寿命长。缺点：复现性和互换性差、非线性严重、测温范围较窄(目前只能达到-50~300℃)。四、热敏电阻特性线性化串联补偿电阻并联补偿电阻它线性化电路

五、热敏电阻的应用1、温度测量（点温计，体温表）2、温度补偿（举例）3、温度控制（举例）4、过热保护

点温计：利用热敏电阻对温度变化的高度敏感性能，可以制成测量点温、反应迅速的点温计。点温计不仅可以用来测量一般的气体、液体或固体的温度，而且还适宜于测量微小物体或物体局部的温度。例如，测量运行中电机轴承的温度、晶体管外管的温升、植物叶片温度、人体内血液的温度等。

S1、S2均为同轴联动开关，S1选择“断开、校准、测量”，S2选择“量程”。R5、R6、RW作用？热敏电阻温度计（表）

热敏电阻

面板式手持式热敏电阻体温表原理（动画）?测温电路：温度→NTC→多谐振荡器→频率（输出）NTC

温度补偿:仪表中的一些常用零件，如线圈、线绕电阻等，一般用金属丝制作。金属一般具有正的温度系数。采用NTC进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。常见补偿方式如图示。温控电路：加热指示灯NTC温度调节电磁继电器:

（配套插座）电磁继电器是利用电磁力操纵触点动作的自动开关，分为直流、交流两大类，也分为电流继电器（串于电路）、电压继电器（并于电路）、中间继电器、时间继电器等。电流继电器（上图）常用于弱电控制强电。固态继电器（SSR）优点多（小、轻、无机械触点/无火花/无噪声、功耗低、寿命长等），越来越多地取代电磁继电器。额定电流？触点对数？触点容量？电流继电器原理图J~220V~220VJ1J2J3RLABCCCC接触器的三对主触点也可并联使用，以增加触点容量。接触器:接触器是利用电磁力操纵触点动作的自动开关，常用于接通或断开主（大电流）电路及其控制电路，分为直流、交流两大类。主触点（3对）→主电路辅助触点（若干对/常开/常闭）→控制电路继电器和接触器控制交流负载：

温控电路：

Rt~220V①被控温度可调。②变压器隔离强电与弱电。③大功率加热用晶闸管（可控硅）或三相加热。④在实践中，若精度要求不高，为降低成本、减小体积及减轻重量，常采用简易直流电源!简易直流电源的具体形式可根据需要而定。PTC热保护：将CTR与被测物紧密接触，并与继电器串联。给电路加上恒定电压。当被测物温度升到某一定数值时，电路中的电流可以由十分之几毫安变为几十毫安，致继电器动作，从而实现温度控制或过热保护。图示为热敏电阻组成的热敏继电器，用于电动机过热保护。2.3.3

薄膜热电阻传感器（[3]p.32-35）

1.金属薄膜热电阻结构:薄膜热电阻是把金属铂粉碎成微细铂粉，用真空沉积的薄膜技术把铂粉附着在陶瓷基片上，膜厚在2m以内，用玻璃烧结材料把引线固定，经过激光调阻制成。测表面温度、微小体积温度、瞬变温度等，对温度传感器的特殊要求：热容量（惯性）小、反应快、体积小。薄膜热电阻具备这些特点。常用薄膜热电阻主要有金属薄膜热电阻和多晶硅薄膜热电阻。2.

多晶硅薄膜热电阻2.4热电偶传感器

热电偶作为敏感元件的主要优点：①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的。②有较高的准确度。③测量范围宽：常用的热电偶可测-50℃~1600℃；用特殊材料的热电极，可测-271℃~2800℃。④有良好的敏感度。⑤使用方便。热电效应热电偶基本定律热电偶材料及常用热电偶热电偶冷端温度补偿热电偶测温电路

2.4.1热电效应如图，由两段不同的匀质导体A、B组合，能将温度信号转换成电势（或电流）信号的温度传感器称为热电偶。热电偶测温原理是热电效应。热电效应也称为塞贝克效应。热电势也称为温差电势或塞贝克电势。回路中产生的电流称为热电流。导体A、B称为热电极。测温时，结点1置于测温点，称为测量端(工作端、热端)；结点2通常保持某一恒定温度，称为参考端(自由端、冷端)。

两种导体的接触电势：测量端结点的接触电势为式中

k—波尔兹曼常数，1.380×10-23J·K-1

T

—接触处的绝对温度

e

—电子电荷数，1.602×10-19C

NA、NB—热电极A、B的自由电子密度

参考端结点的接触电势为热电偶中的接触电势为二者的代数和，即

单一导体的温差电势：热电极A的温差电势为

式中A—热电极A的汤姆逊系数。同理，可得热电极B的温差电势。热电偶中的温差电势为二者的代数和，即

热电偶的热电势为接触电势与温差电势之和（后者相对较小），即

①若两热电极材料相同，即使两结点温度不同(T≠T0)，热电势也为零。所以，两个热电极必须选用不同材料。②若两结点温度相同，则热电势也为零。③热电势的大小只与热电极材料性质和结点温度有关，与热电极的尺寸、形状及沿热电极温度分布无关。注意：若热电极不是匀质的，则沿热电极的温度梯度会引起附加电势。④给定热电偶，，测温原理？

2.4.2热电偶的基本定律中间导体定律标准电极定律连接导体定律中间温度定律

中间导体定律:

在热电偶回路中，只要中间导体两端的温度相同，那么接入中间导体后，对热电偶回路的热电势无影响，即

EABC(T,T0)=EAB(T,T0)

可接入仪表、降低焊接要求！

标准电极定律:

如果将导体C(热电极，一般为纯铂丝)作为标准电极(也称参考电极)，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，则在相同结点温度(T，T0)下，任意两导体A、B组成的热电偶，其热电势可由下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)可简化热电偶的选配！

连接导体定律:

在热电偶回路中，如果热电极A、B分别与连接导线A′、B′相连接，结点温度分别为T、Tn、T0

，那么回路的热电势将等于热电偶的热电势EAB(T,Tn

)

与连接导线A′、B′在温度Tn、T0

时热电势

EA′B′

(Tn,

T0)的代数和，即

EABB′A′

(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA′B′

(Tn,T0)

中间温度定律：

热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值EAB(T,T0)，等于热电偶在(T,Tn

)、

(Tn,T0)

时相应的热电势EAB(T,Tn

)与EAB(Tn,T0)

的代数和，即

EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)

中间温度定律与热电偶的分度表？

【例】：已知S型热电偶的冷端温度为30℃，测得热电势为6.526mV，被测温度是多少？

2.4.3热电偶材料及常用热电偶对热电极材料主要要求：①配成的热电偶的热电势大，热电势与温度之间成线性关系或近似线性关系。②测温范围宽，长期工作物理性能、化学性能和热电性能都比较稳定。③电阻率和电阻温度系数都小（否则热电偶的电阻随测量端的温度不同而有较大的变化，影响测量精度）。④易于复制，工艺简单，价格便宜。标准化热电偶（[1]p.173-175）：种类？分度号？主要技术数据？热电势与温度之间的关系？分度表（[1]p.287-291）？非标准化热电偶（[1]p.175）：标准化热电偶主要技术数据：热电偶名称分度号热电极识别E（100,0）（mV）测温范围（℃）对分度表允许偏差（℃）新极性识别长期短期等级使用温度允差铂铑10-铂S正亮白较硬0.6460~13001600Ⅲ≤600±1.5℃负亮白柔软＞600±0.25%t铂铑13-铂R正较硬0.6470~13001600Ⅱ＜600±1.5℃负柔软＞1100±0.25%t铂铑30-铂铑B正较硬0.0330~16001800Ⅲ600~900±4℃负稍软＞800±0.5%t镍铬-镍硅K正不亲磁4.0960~12001300Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t负稍亲磁Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t镍铬硅-镍硅N正不亲磁2.774-200~12001300Ⅰ-40~1100±1.5℃或±0.4%t负稍亲磁Ⅱ-40~1300±2.5℃或±0.75%t镍铬-康铜E正暗绿6.319-200~760850Ⅱ-40~900±2.5℃或±0.75%t负亮黄Ⅲ-200~40±2.5℃或±1.5%t铜-康铜T正红色4.279-200~350400Ⅱ-40~350±1℃或±0.75%t负银白色Ⅲ-200~40±1℃或±1.5%t铁-康铜J正亲磁5.269-40~600750Ⅱ-40~750±2.5℃或±0.75%t负不亲磁

标准化热电偶热电势与温度之间的关系：有的非线性较重，必要时非线性补偿。硬件法？软件法？（[1]p.177-178）铂铑10-铂热电偶（S型）分度表：安装式热电偶传感器实物：软导线式热电偶传感器实物：铠装式热电偶传感器实物：薄膜热电偶简介:原理由德国人P.Hackeman

于二次世界大战期间提出，并将研制成的薄膜热电偶（其薄膜厚度为2m

）用于测量枪膛在子弹射出时壁温的变化。测温原理与普通丝式热电偶相似。热偶结点（测量端）既小又薄（为nm或m级的薄膜，0.01~0.1m

），具有热惯性小、反应快（动态时间常数可达s量级）、体积小、便于安装、耐磨、耐压、耐热冲击、抗剥离等优点。适合于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。能应用于发动机缸壁、枪炮膛内壁、相对运动部件表面、切割刀具等温度变化很快的瞬态温度测试。缺点是动态标定精度要求较高，且冷端需要补偿。2.4.4热电偶冷端温度补偿补偿导线法（冷端延长线法）冰浴法（恒温法）补偿电桥法计算法AD590补偿法AD594~AD597系列单片集成热电偶冷端温度补偿器（集冷端温度补偿器和仪表放大器于一体）软件处理法（如DS18B20）冷端温度补偿的必要性？1.补偿导线法（冷端延长线法）①工业中测量现场与控制室常常较远。②热电偶材料较贵，热电偶尺寸不宜过长，冷端往往在现场，不仅难以保持0℃，而且温度随环境温度变化。③为解决上述问题，用冷端延长线（冷端补偿导线）。冷端延长线是把一定温度范围内（一般为0~100℃

）与热电偶具有相同热电性质的两种较长的金属线与热电偶配接。④延长线与热电偶配套；温度范围；极性；两个接点温度必须相同。（[1]p.171-172）

2.冰浴法（恒温法）

4.计算法（[1]p.172）5.AD590补偿法（见后）6.单片集成补偿器AD594~AD597（[1]p.179）7.软件处理法（如DS18B20）（[2]p.221-222）

3.补偿电桥法

商品化；配套；极性；20℃输出为零；规定温度范围。RSRS为限流电阻，由热电偶类型决定。6.

AD590补偿法①保持AD590与冷端温度相同。②先在室温下调RT使仪表指示温度与实际温度一致。③不同分度号的热电偶，R取值不同。高精度电压源2.5VR

习题:请简要说明热电偶的基本定律及其主要应用。请简要说明常用的热电偶冷端温度补偿方法及其主要特点。2.4.5热电偶测温电路1.热电偶直接与指示仪表配用

热电偶与动圈式仪表连接，如图所示。这时流过仪表的电流不仅与势电势大小有关，而且与测温回路的总电阻有关，因此要求回路总电阻必须为恒定值，即Rr+Rc+RG=常数式中：Rr—热电偶电阻；Rc

—连接导线电阻；RG—指示仪表的内阻这种线路结构简单、价格便宜，常用于测温精度要求不高的场合。2.串联

为了提高测量精度和灵敏度，也可将n支型号相同的热电偶依次串接，如图所示。这时线路的总电势为

EG=E1+E2+…+En=nE

式中的E1，E2，…,En为单支热电偶的热电势。显然，总电势是单支热电偶的热电势的n倍。若每支热电偶的绝对误差为ΔE1，ΔE2，…,ΔEn，则整个串联线路的绝对误差为

若E1

=E2=…=

En=E，则故串联电路的相对误差为：

个别热电偶烧断即可发现！

3.并联

用若干个热电偶并联，测出各点温度的算术平均值。如图所示。若n支热电偶的电阻值相等，则并联电路总热电势为：个别热电偶烧断不易发现！讨论题：上图中R的作用与要求？

R称为均衡电阻。作用是为了在T1、T2、T3不相等时，使每只热电偶的线路中的电流免受电阻不相等的影响。与热电偶本身的电阻相比，R必须很大。

4.测两点温度差两支相同型号的热电偶配用相同的补偿导线，并反串连接，使两热电势相减，从而测出T1和T2的温度差。5.测多点温度之和电表总热电势为每个热电偶的热电势之和，可测微小温度变化。6.依次测多点温度

分布于数个测温点的热电偶，由专用切换开关依次换接至公用的一套测量电路（电表），从而依次测量多点温度。优缺点？

热电偶炉温测控系统（[1]p.179）

PID晶闸管触发器晶闸管执行器XCT-101型动圈式温度指示调节仪

自动电位差计测温仪：如果要求高精度测温并自动记录，常采用自动电位差计。上图为XWT系列自动平衡记录仪表原理图。热电偶后的滤波器和放大器前的滤波器未画出。调零电位器未画出。在测量前调节调零电位器使仪表指针置于正确的标度尺起点。调零电位器记录仪主要用来记录被检测对象的动态变化过程。无纸记录仪有冷端补偿的热电偶放大电路：热电偶变送器电路：桥型热电偶变送器电路：2.5

集成温度传感器集成温度传感器是一种利用晶体管PN结的电流与电压特性随温度变化的规律，把敏感元件、放大电路、补偿电路等集成化，并装封于同一壳体内的一体化温度检测元件。一般只能测150℃以下的温度。集成温度传感器可分为电压型、电流型、数字型三类。常用后两类。电压型如PC616A/C、LM135、AN6701等；电流型如AD590、LM134等；数字型如DS18S20、ETC-800等。2.5.1电流输出型集成温度传感器AD590

工作原理：2.5

集成温度传感器简化的电流型集成温度传感器的基本原理图AD590的实际电路2.5

集成温度传感器AD590的主要性能指标：

电源电压：4~30V

测温范围：-55~150℃

标定系数：1A/K

重复性：±0.1℃AD590的特点:

实现温度与电流之间的线性变换（电流信号适于远传）；廉价；使用方便（如多点温度测控）。2.5

集成温度传感器

Thiscircuitallows"zeroadjustment"aswellasslopeadjustment.TheICL8069bringstheinputwithinthecommon-moderange,whilethe5kohmpotstrimanyoffsetat218°K(-55℃),andsetthescalefactor.AD590构成数字温度计：TheICL7106is

ahigh

performance,low

power,31/2digitA/Dconverters.Includedareseven

segmentdecoders,displaydrivers,areference,andaclock.

TheICL7106isdesignedtointerfacewithaliquidcrystal

display(LCD)

andincludesamultiplexedbackplanedrive.2.5

集成温度传感器

AD590用于测温差：2.5

集成温度传感器①几个AD590串联使用可测几个被测点的最低温度。②几个AD590并联使用可测几个被测点的平均温度。2.5

集成温度传感器AD590用于温控：共性问题：设定、调整给定值？获得开关信号？抑制临界点附近干扰引起抖动？提高开关信号驱动能力？控制大功率电器（弱电控制强电）？AD581为高精度10V基准电压源。LM311为集电极开路输出型单电压比较器。2.5

集成温度传感器AD590用于多点温度自动巡检：I/V放大PADC显示打印控制...多路模拟开关AD590商品化滤波地址码习题:请给出一款用AD590实现的简易温度计原理图，并简要说明测温原理。请给出一款用两个AD590测量两点温差的原理图，并简要说明测量原理。请用AD590设计一款温控电路。电热元件用220V交流电源，功率为2kW。要求：①画出原理图；②简要说明工作原理。请用AD590设计多点温度自动巡检系统。要求：①画出结构框图；②简要说明工作原理。→放大器→电压表（按温度标定）或→DVM（按温度标定）2.5

集成温度传感器2.7.2数字输出型集成温度传感器DS18S20（programmableresolutionone-wiredigitalthermometer）

将温度信号转换为数字信号（适于远传）；使用方便；廉价；尤其适合多点温度智能测控网。

主要性能指标：①测温范围：-55~125℃。②精度：±0.1℃。③可程序设置9~12的分辨率。④传送的是串行数字信号，放大器和ADC均可省去。

BLOCKDIAGRAMHARDWARECONFIGURATION2.5

集成温度传感器2.5.3

集成温控开关将测温-比较-控制电路集成为一体的温度测量与控制电路，称为集成温控开关，如AD22105（LowVoltage,ResistorProgrammableThermostaticSwitch）。2.6

光纤传感器2.6.1

光纤的结构和导光原理光纤结构:中心是纤芯，纤芯外是包层。纤芯和包层都是玻璃材料，纤芯折射率n1略大于包层折射率n2，以保证光在纤芯中传播。包层外是保护套，用于保护纤芯和包层，并提高机械强度。相对折射率差2.6

光纤传感器工作原理:光纤是根据光的全反射原理工作的。2.6

光纤传感器入射角小于的入射光，即在光锥角内的入射光，均能在光纤中理想传播。光纤按传输的模式分为单模光纤和多模光纤两类。单模光纤纤芯直径最小，一般在9m以内；多模光纤纤芯直径大些，一般在50m以内。典型的包层直径大约为125m。光缆中有多根光纤。光缆在现代通信领域有重要而广泛应用。

2.6

光纤传感器Commonprofilesforindexofrefraction,(a)step-indexmultimode,(b)gradedindex(GRIN)multimode,(c)step-indexsinglemode,and(d)dispersionshiftedfiber

2.6.2

光纤传感器结构与原理把被测量的状态转变为可测的光信号的装置

光受到被测量的调制，已调光经光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，经信号处理系统得到被测量。2.6.3

光纤传感器的分类1.功能型2.非功能型3.拾光型

根据光纤在传感器中的作用分类：

1.

功能型（全光纤型）光纤传感器光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高。典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。

2.非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。

实用化的大都是非功能型的光纤传感器。

3.拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。

典型例子： 光纤激光多普勒速度计 辐射式光纤温度传感器2.6.4

光纤传感器的特点

（1）电绝缘。

（2）抗电磁干扰。

（3）非侵入性。

（4）高灵敏度。

（5）容易实现对被测信号的远距离监控。（根据光受被测对象的调制形式分类见[1]p.123-124）2.6

光纤传感器

光纤传感器有重要而广阔的应用前景。现已证明，光纤传感器可用于位移、振动、转动、弯曲、压力、应变、速度、加速度、电流、电压、磁场、温度、湿度、声场、流量、浓度、pH值等多种物理量测量。光纤传感器研制与应用已成为传感器技术领域的热点之一。2.6.5

光纤温度传感器（[3]p.54-56）

光纤压力传感器（[1]p.124-127）2.7

辐射法测温（非接触式测温）

高温测量应用广泛，如冶金、铸造、热处理、玻璃、陶瓷、耐火材料等生产过程。高温测量通常采用非接触式测温仪表，如辐射式测温仪表。测量时，只需把辐射式测温仪表的光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，所以，可以测量运动物体的温度，且不破坏物体的温度场。此外，由于辐射式测温仪表的感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，没有上限，可以测量高温。2.7.1

辐射法测温的物理基础

任何物体温度高于0K时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，且辐射能随温度变化。辐射法测温就是利用物体的辐射能随温度变化的规律。2.7

辐射法测温（非接触式测温）1.普朗克定律（单色辐射强度定律）:

当波长一定时，黑体辐射能力只是温度的函数，即这是光学高温计和比色高温计测温的理论依据。2.斯忒藩-波耳兹曼定律（全辐射强度定律）这是辐射式温度计测温的理论依据。2.7

辐射法测温（非接触式测温）2.7.2光学高温计

精密光学高温计用于科学实验中的精密测试。标准光学高温计用于量值的传递，例如，在物质熔点、热容量和相变点的测定中使用。光学高温计可用来测量800～3200℃的高温。由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度(TL)，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。2.7

辐射法测温（非接触式测温）工业用光学高温计分类：①隐丝式：利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。②恒定亮度式：利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，所以应用广泛。2.7

辐射法测温（非接触式测温）隐丝