溫度傳感器內(nèi)容提要在本章中，首先介紹溫度的檢測方法及其特點，通過對接觸式溫度檢測（熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、集成溫度傳感器）及非接觸式溫度檢測器（光學(xué)高溫計、輻射溫度計、紅外溫度傳感器、光纖溫度傳感器）工作原理的分析，詳細(xì)地介紹了溫度測量的各種方法及應(yīng)用技術(shù)。通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)會利用各種測溫元件實現(xiàn)溫度的接觸式和非接觸式測量。3.1.1溫度與溫標(biāo)溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運動程度的標(biāo)志，是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍、最重要的熱工參數(shù)之一。由于溫度是直接影響生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、能源使用情況等的因素，因而對溫度的檢測提出了更高的要求。為了定量地描述溫度，引入一個概念─—溫標(biāo)。溫標(biāo)是衡量物體溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，是溫度的數(shù)值表示方法，是規(guī)定溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量的基本單位。溫標(biāo)的種類很多，目前國際上常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。1.攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是根據(jù)液體（水銀）受熱后體積膨脹的性質(zhì)建立起來的。攝氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點為0℃，水沸點為100℃，在0℃～100℃之間分一百等份，每一等份定義為1攝氏度。單位符號為℃，變量符號記作t。3.熱力學(xué)溫標(biāo)1948年，威廉.湯姆首先提出的；熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)；是以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的理論溫標(biāo)，與物體任何物理性質(zhì)無關(guān)，是國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。單位符號為K，變量符號記作T。熱力學(xué)溫標(biāo)有一個絕對零度，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，因此它又稱為絕對溫標(biāo)。熱力學(xué)第二定理的表述①熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，這是按照熱傳導(dǎo)的方向來表述的)。

②不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他任何影響(這是從能量消耗的角度說的,它說明第二類永動機(jī)是不可能實現(xiàn)的）。4.國際實用溫標(biāo)由于熱力學(xué)溫標(biāo)是理論溫標(biāo)無法付諸實用。為此需要建立一種緊密接近熱力學(xué)溫標(biāo)的簡單溫標(biāo)，即國際實用溫標(biāo)。（InternationalpracticalTermperturescaleof1968）簡稱IPTS-68，又稱國際溫標(biāo)。國際實用溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的；溫標(biāo)單位大小定義為水三相點（固、液、氣三相并存）的熱力學(xué)溫度的1/273.16，其單位符號為K（開爾文），變量符號記作T90。T90：1990年國際溫標(biāo)（ITS－90）定義的國際開爾文溫度。4.國際實用溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)與國際實用溫標(biāo)：（3）利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度關(guān)系測溫對于鉑、銅等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度變化發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)R-t關(guān)系測量溫度。如鉑電阻溫度計。（4）利用熱輻射原理測溫物體輻射能隨溫度而變化，利用這一性質(zhì)制成選擇物質(zhì)不與被測物質(zhì)相接觸而測溫的輻射式溫度計。如單色輻射高溫計、光學(xué)高溫計和比色高溫計等。在溫度檢測系統(tǒng)中，感受溫度變化的元件稱為感溫元件；將溫度轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電阻等）輸出的儀表稱為溫度傳感器。習(xí)慣上，按測溫范圍不同，將600℃以上的測溫儀表稱為高溫計；把測量600℃以下的測溫儀表稱為溫度計。根據(jù)感溫元件與被測物質(zhì)是否接觸，將溫度檢測儀表分為接觸式和非接觸式兩大類。3.2接觸式溫度檢測技術(shù)接觸式測溫的方法就是使溫度敏感元件與被測對象相接觸，使其進(jìn)行充分的熱交換，當(dāng)熱交換平衡時，溫度敏感元件與被測對象的溫度相等；測溫傳感器的輸出大小即反映了被測溫度的高低。常用的接觸式測溫儀表有將溫度轉(zhuǎn)化為非電量的熱膨脹式；將溫度轉(zhuǎn)化為電量的熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。接觸式測溫傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低；缺點是有較大的滯后現(xiàn)象（測溫時由于要進(jìn)行充分的熱交換），不方便對運動物體進(jìn)行溫度測量，被測對象的溫場易受傳感器的影響，感溫元件材料的性質(zhì)決定測溫范圍等。3.2.1熱電阻及溫度檢測金屬（包括合金）導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過對其阻值的測量可以推算出被測物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器。熱電阻經(jīng)常用來測量-200℃～+850℃區(qū)間內(nèi)的溫度。熱電阻的優(yōu)點：測量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等。溫度的基本概念和測量方法 反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。

溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎(chǔ)的。

溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導(dǎo)熱、換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。測量方法：接觸式測溫和非接觸式測溫上一頁下一頁返回非接觸測溫 溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。

常用的非接觸式測溫儀表： (1)輻射式溫度計：基于普朗克定理 光電高溫計，輻射溫度計，比色溫度計。 (2)光纖式溫度計：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。 光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計。優(yōu)點：不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場，在被測物體為運動物體時尤為適用。缺點：精度一般不高。上一頁下一頁返回(1)經(jīng)驗溫標(biāo) 由特定的測溫質(zhì)和測溫量所確定的溫標(biāo)華氏溫標(biāo) 1714年德國人華倫海特(Fahrenheit)以水銀的體積隨溫度而變化為依據(jù)，制成了玻璃水銀溫度計，并規(guī)定了氯化氨和冰的混合物為00F，水的沸點為2120F,冰的熔點為320F,在沸點和冰點之間等分為180份，每份為華氏1度(10F)。上一頁下一頁返回PTC熱敏電阻－正溫度系數(shù)鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成用途：彩電消磁，各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。

CTR熱敏電阻－臨界溫度系數(shù) 以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成。在某個溫度上電阻值急劇變化,具有開關(guān)特性。用途：溫度開關(guān)

上一頁下一頁返回?zé)崦綦娮璧慕Y(jié)構(gòu)形式上一頁下一頁返回?zé)犭娕蓟芈返目偀犭妱?/p>

1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成，熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。上一頁下一頁返回3.連接導(dǎo)體定律為在工業(yè)測量溫度中使用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論基礎(chǔ)。上一頁下一頁返回銅-銅鎳（康銅）T－270~350400準(zhǔn)確度高，價格低，廣泛用于低溫測量鎳鉻-銅鎳E－270~8701000熱電勢較大，中低溫穩(wěn)定性好，耐磨蝕，價格便宜，廣泛用于中低溫測量鐵-銅鎳J－210~7501200價格便宜，耐H2和CO2氣體腐蝕，在含碳或鐵的條件下使用也很穩(wěn)定，適用于化工生產(chǎn)過程的溫度測量熱電偶(J分度號)

測量范圍：0℃～600℃，固定螺紋式。熱電絲材料為鐵-康銅，既可用于氧化性氣體，也可用于還原性氣體，并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工。光電高溫計光學(xué)高溫計是由人工操作來完成亮度平衡工作的，其測量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不能進(jìn)行連續(xù)測量和記錄，當(dāng)被測溫度低于8000C時，光學(xué)高溫計對亮度無法進(jìn)行平衡。光電高溫計是在光學(xué)高溫計測量理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型測溫儀表。它采用新型的光電器件，自動進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測量的目的。上一頁下一頁返回比色溫度計

原理：通過測量熱輻射體在兩個或兩個以上波長的光譜輻射亮度之比來測量溫度。

特點：準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快，可觀察小目標(biāo)(最小可到2mm)。 因為實際物體的單色黑度系數(shù)和全輻射黑度系數(shù)的數(shù)值相差很大，但是對同一物體的不同波長的單色黑度系數(shù)和來說，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計測得的溫度稱為比色溫度，它與物體的真實溫度很接近，一般可以不進(jìn)行校正。上一頁下一頁返回（2）熱電阻材料目前使用純金屬材質(zhì)的有鉑（Pt）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鎢（W）等；合金材質(zhì)的有銠鐵及鉑鈷等。工業(yè)中應(yīng)用最廣的金屬熱電阻是鉑電阻和銅電阻。它們隨溫度變化的曲線如圖3-1所示。（3）常用熱電阻1）鉑熱電阻。使用測溫范圍為-200℃～+850℃，有Pt10（電阻值為10Ω）和Pt100（電阻值為100Ω）兩種。Pt10熱電阻感溫元件是用較粗的鉑絲繞制而成，主要用于650℃以上測溫區(qū)。Pt100熱電阻主要用于650℃以下測溫區(qū)。鉑熱電阻精度高、線性好、測溫范圍寬，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，但價格高。2）銅熱電阻。使用測溫范圍為-40℃～+140℃，有Cu50（電阻值為10Ω）和Cu100（電阻值為100Ω）兩種。銅熱電阻線性好，價格低，但電阻率低，因而體積大，熱響應(yīng)慢。（1）熱敏電阻材料熱敏電阻材料按溫度特性可分為正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)（CTC）熱敏電阻三類。它們隨溫度的變化關(guān)系曲線如圖3-6所示。圖3-6半導(dǎo)體熱敏電阻特性3）熱電阻感溫元件的結(jié)構(gòu)（a）裝配式熱電阻（b）鎧裝式熱電阻2.熱電阻測溫電路（1）四線測溫電路為了消除熱電阻測溫電路中電阻體內(nèi)導(dǎo)線以及連線引起的誤差，熱電阻體采用四線連接方式，如圖3-3所示。這樣方便對電阻溫度計進(jìn)行校正，獲得高精度的測量結(jié)果。圖中，RX為熱電阻，G為檢流計或微電流檢測器，R為固定電阻，R1～R4為平衡調(diào)節(jié)電阻。（3）二線測溫電路這種接線方式配線簡單，安裝費用低，但不能消除連線電阻隨溫度變化引起的誤差，不適用于高精度測溫場合使用，而且，應(yīng)確保連線電阻值遠(yuǎn)低于測溫的熱電阻值。熱敏電阻各種材料的使用溫度范圍如表3-3所示。熱敏電阻的種類使用溫度范圍基本原則NCT熱敏電阻超低溫1×10－3K～100K低溫-130℃～0℃常溫50℃～350℃中溫150℃～750℃高溫500℃～1300℃1300℃～2000℃碳、鍺、硅在常用組成中添加銅、降低電阻錳、鎳、鈷、鐵等過渡族金屬氧化物的燒結(jié)體Al2O3+過渡族金屬氧化物的燒結(jié)體ZrO2+Y2O3復(fù)合燒結(jié)體原材料同上，但只能短時測量PTC熱敏電阻-50℃～150℃以BaTiO3為主的燒結(jié)體CTR熱敏電阻0℃～350℃BaO、P與B的酸性氧化物，硅的酸性氧化物，MgO、CuO、SrO、B、Pb、La等氧化物，由上述材料構(gòu)成的燒結(jié)體（2）熱敏電阻的外形及應(yīng)用領(lǐng)域常用熱敏電阻的外形如圖3-7所示圖3-7常用的熱敏電阻的外形（a）玻璃罩式；（b）墊圈式；（c）圓片式；（d）棒狀；（e）片式熱電動勢是由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分組成，其大小與兩端點的溫差有關(guān)，還與所采用的材料性質(zhì)有關(guān)。實驗和理論都表明，在A、B間接入第三種材料C，只要結(jié)點2、3溫度相同，則和2、3直接連接時的熱電動勢一樣。這樣可以在熱電偶回路中接入電位計，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式如圖3－9（a）、（b）所示。這一點很重要，它為熱電偶測量時接測量引線帶來方便。顯然，利用熱電偶這一特性做成測溫計，但要求材料的熱性能要穩(wěn)定、電阻率小、電導(dǎo)率高、熱電效應(yīng)強(qiáng)、復(fù)制性好。2.熱敏電阻測溫電路熱敏電阻測溫電路的基本連接方式如圖3-8所示。

圖3-8熱敏電阻的基本測溫電路圖3-8（a）是一個熱敏電阻RT與一個電阻RS的并聯(lián)方式，這可簡單構(gòu)成線性電路，若在50℃以下的范圍內(nèi)，其非線性可抑制在±1％以內(nèi)，并聯(lián)電阻RS的阻值為熱敏電阻RT的阻值RRT的0.35倍。圖3-8（b）、（c）為合成電阻方式，溫度系數(shù)小，適用于寬范圍的溫度測量，測量精度也較高。圖3-8（d）為比率式，電路構(gòu)成簡單，具有較好的線性。3.2.3熱電偶及溫度檢測1.熱電偶的工作原理熱電偶是由兩種不同的導(dǎo)體A和B組成閉合回路構(gòu)成，如圖3-9所示。圖3-9熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)體A和B稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個端點固定焊接，用于對被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，這一接點稱為測量端或工作端，俗稱熱端；兩熱電極另一接點處通常保持為某一恒定溫度或室溫，被稱作基準(zhǔn)點或參考端，俗稱冷端。若將熱電偶的兩端分別放在溫度不同的環(huán)境中（T0和T），則在熱電偶回路中將產(chǎn)生電流，即可實現(xiàn)溫度的測量。熱電偶回路中產(chǎn)生的電流所對應(yīng)的電動勢稱為熱電動勢。這種由兩種不同導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電動勢一般情況和兩端點溫度T、T0都有關(guān)。若使T0為給定的恒定溫度，如取為0℃，則熱電動勢僅為T端溫度T的單值函數(shù)。（3-1）2.熱電偶的材料及特性參數(shù)（1）熱電偶的材料常見的熱電偶有鉑銠-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）熱電偶和銅-康銅熱電偶。鉑銠-鉑熱電偶用于較高溫度的測量，測量范圍為0℃～1800℃時，誤差為±15％。鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）熱電偶是貴重金屬熱電偶中最穩(wěn)定的一種，用途很廣，可在0℃～1000℃（短時間可在1300℃）下使用，誤差不大于1％，其線性度較好。但這種熱電偶不易做的均勻，誤差比鉑銠-鉑大。銅-康銅熱電偶用于較低的溫度（0℃～400℃）具有較好的穩(wěn)定性，尤其是在0℃～100℃范圍內(nèi)，誤差小于0.1℃。（2）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶國際電工委員會（IEC）推薦了8種類型為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。名稱分度號適用范圍測溫范圍／℃熱電動勢／mV優(yōu)點銅－銅鎳T低溫-200～+350-5.603／-200℃+17.816／+350℃最適用于-200℃～+100℃適應(yīng)弱氧化性環(huán)境鎳鉻－銅鎳E中溫-200～+800-8.82／-200℃+61.02／800℃熱電動勢大鐵－銅鎳J-200～+750-7.89／-200℃+42.28／750℃熱電動勢大適應(yīng)還原性環(huán)境鎳鉻－鎳硅K高溫-200～+1200-5.981／-200℃線性度好，工業(yè)用最多適應(yīng)氧化性環(huán)境鉑銠30－鉑銠6①B超高溫+500～+1700+1.241／+500℃+12.426／+1700℃可用到高溫適應(yīng)氧化、還原性環(huán)境鉑銠13－鉑R0～+16000／0℃+18.842／1600℃鉑銠10－鉑S0～+16000／0℃+16.771／1600℃由表3-4可知，B、R、S和K型熱電偶適應(yīng)氧化性環(huán)境，以及還原性環(huán)境；E、J和T型熱電偶適應(yīng)還原性環(huán)境，而不適應(yīng)氧化性環(huán)境，因此，要根據(jù)使用場所與周圍環(huán)境選用熱電偶，并將其放在保護(hù)管內(nèi)使用。B、R和S型熱電偶的線性度較差，但穩(wěn)定、蠕變小，而且可靠性高，因此，適合高溫情況下使用，在低溫時也可用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。高溫以外的情況下可使用K、E、J和T型熱電偶，即測量溫度為1000℃時選用K型熱電偶，測量溫度為700℃以下選用E型熱電偶，測量溫度為600℃左右選用J型熱電偶，測量溫度為300℃以下選用T型熱電偶即可。（3）熱電偶的結(jié)構(gòu)形式及安裝工藝1）熱電偶的結(jié)構(gòu)形式。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶有各種結(jié)構(gòu)形式，如圖3-10所示。最常用的有普通型、鎧裝型和薄膜型熱電偶。其中，普通型熱電偶主要用于測量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度；鎧裝型熱電偶具有熱容量小、動態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高、撓性好、耐高壓和耐沖擊等特點，應(yīng)用更為普遍。圖3-10熱電偶的外形在安裝中常采用直插、斜插（45°角）等插入方式，如管道較細(xì)，宜采用斜插。在斜插和管道肘管（彎頭處）安裝時，其端部應(yīng)對著被測介質(zhì)的流向（逆流），不要與被測介質(zhì)形成順流。幾種插入方式安裝如圖3-12所示。圖3-12熱電偶插入方式1－墊片；2－45°角連接頭；3－直形連接頭④在測爐膛溫度時，應(yīng)避免熱電偶與火焰直接接觸，避免安裝在爐門旁或與被加熱物體距離過近之處。在高溫設(shè)備上測溫時，應(yīng)盡量垂直安裝；⑤熱電偶的接線盒引出線孔應(yīng)向下，以防密封不良而使水汽、灰塵與臟物落入，影響測量精度；⑥為減少測溫滯后，可在保護(hù)外套管與保護(hù)管之間加裝傳熱良好的填充物，如變壓器油（＜150℃）或銅屑、石英砂（＞150℃）等。薄膜型熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，它的測量端既小又薄，熱容量很小，可用于微小面積上的溫度測量；動態(tài)響應(yīng)快，可測快速變化的表面溫度。片狀薄膜型熱電偶如圖3-11所示，它采用真空蒸鍍法將兩種電極材料蒸鍍到絕緣基板上，上面再蒸鍍一層二氯化硅薄膜作為絕緣和保護(hù)層。

圖3-11鐵—鎳薄膜熱電偶2）熱電偶的安裝工藝①為確保測量的準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)工作壓力、溫度、介質(zhì)等方面因素，選擇合理的熱電偶結(jié)構(gòu)和安裝方式；②選擇測溫點要具有代表性，即熱電偶的工作端不應(yīng)放置在被測介質(zhì)的死角，應(yīng)處于管道流速最大處；③要合理確定插入深度。一般管道安裝取150～200mm，設(shè)備上安裝取小于等于400mm；?管道安裝通常使工作端處于管道中心線1/3管道直徑區(qū)域內(nèi)。3.熱電偶的應(yīng)用技術(shù)熱電偶使用時有兩種溫度，一種是常用溫度，另一種是過熱溫度。常用溫度是在空氣中連續(xù)使用時的溫度，過熱溫度是短時間使用的溫度。熱電偶的使用溫度與線徑有關(guān)，線徑越粗使用溫度越高。熱電偶使用溫度與線徑之間的關(guān)系如表3-5所示。熱電勢是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)T0=0℃時，f(T0)=0則有：E與T之間有唯一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此就可以用測量到的熱電勢E來得到對應(yīng)的溫度值T，熱電偶熱電勢的大小，只是與導(dǎo)體A和B的材料有關(guān)，與冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。上一頁下一頁返回6.3.2熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律2.中間導(dǎo)體定律3.連接導(dǎo)體定律上一頁下一頁返回2.中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。上一頁下一頁返回?對于在管道公稱直徑DN＜80mm的管道上安裝熱電偶時，可以采用擴(kuò)大管，其安裝方式如圖3-13所示。圖3-13熱電偶在擴(kuò)大管上的安裝1－墊片；2－45°角連接頭；3－擴(kuò)大管1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成，熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。上一頁下一頁返回3.連接導(dǎo)體定律為在工業(yè)測量溫度中使用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論基礎(chǔ)。上一頁下一頁返回例6.3.1用（S型）熱電偶測量某一溫度，若參比端溫度T0=30℃，測得的熱電勢E(T,Tn)=7.5mV，求測量端實際溫度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測量端實際溫度為830℃上一頁下一頁返回由表3-5可知，線徑越粗即使在高溫環(huán)境中其耐久性也非常強(qiáng)，因此，在高溫而較長時間進(jìn)行溫度測量時，要選用線徑盡量粗的熱電偶。但線徑越粗響應(yīng)時間會變長，因此，在對響應(yīng)時間要求短，或測量距離較短時，可選用線徑較細(xì)的熱電偶。6.3.3熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償 熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，通過測量熱電勢的大小得到熱端的溫度。

熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償:

當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動較大的地方時，必須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長到一個溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為０℃。上一頁下一頁返回?zé)犭娕挤N類線徑/mm常用溫度/℃過熱溫度/℃T0.320.651.001.60200200250300250250300350K0.651.001.602.303.206507508509001000850950105011001200E0.651.001.602.303.20450500550600700500550650750800J0.651.001.602.303.20400450500550600500550650750750B0.515001700RS0.514001600表3-5熱電偶使用的溫度與線徑的關(guān)系（2）基準(zhǔn)結(jié)點及補(bǔ)償1）基準(zhǔn)結(jié)點。由上述原理可知，熱電偶輸出的熱電勢由其冷熱兩個結(jié)點間溫度T0和T差值決定，這樣要獲得正確的測量結(jié)果，就需要設(shè)置基準(zhǔn)結(jié)點。通常選用冷結(jié)點（T0＝0℃）作為基準(zhǔn)結(jié)點。2）對基準(zhǔn)溫度結(jié)點的補(bǔ)償。理想基準(zhǔn)結(jié)點要求溫度保持恒定。但實際應(yīng)用中，由于熱電偶的冷、熱端距離通常很近，冷端（接線盒處）又暴露于空間，受到周圍環(huán)境溫度波動的影響，冷端溫度很難保持恒定，保持在0℃更難。因此必須采取措施，常用的方法有以下幾種：①補(bǔ)償導(dǎo)線法。被測點與基準(zhǔn)結(jié)點之間距離相當(dāng)長時，熱電偶端子到基準(zhǔn)結(jié)點間可用導(dǎo)線連接，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線隨使用的熱電偶及其構(gòu)成材料的不同而不同，它要與各自對應(yīng)的熱電偶組合使用。補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。圖3-14補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)使用時熱電偶的“＋”端要接補(bǔ)償導(dǎo)線的“＋”（A‘）側(cè)芯線，熱電偶的“—”端要接補(bǔ)償導(dǎo)線的“—”（B’）側(cè)芯線，如圖3-15所示。圖3-15接有補(bǔ)償導(dǎo)線的測量電路（a）用于冰點式基準(zhǔn)結(jié)點場合；（b）用于室溫式基準(zhǔn)結(jié)點場合采用補(bǔ)償導(dǎo)線要注意以下兩點：其一，熱電偶的長度由補(bǔ)償結(jié)點的溫度決定。熱電偶長度與補(bǔ)償導(dǎo)線長度要最佳配合，例如，熱電偶長50cm，補(bǔ)償導(dǎo)線5m為宜。熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線結(jié)點（這點稱為補(bǔ)償結(jié)點）的溫度不能超過補(bǔ)償導(dǎo)線的使用溫度。若測溫結(jié)點溫度高于補(bǔ)償結(jié)點溫度時，熱電偶就需要延長，使補(bǔ)償結(jié)點遠(yuǎn)離測溫區(qū)，從而保證了補(bǔ)償導(dǎo)線在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。反之，測溫結(jié)點溫度低，熱電偶可縮短。其二，熱電偶與計量儀器之間增加一個溫度結(jié)點（補(bǔ)償結(jié)點），誤差要盡可能地小。為此，結(jié)點要緊靠，做到不產(chǎn)生溫差。②機(jī)械零位調(diào)整法。當(dāng)熱電偶與動圈式儀表配套使用時，若熱電偶的冷端溫度比較恒定，對測量準(zhǔn)確度要求不高時，可在儀表未工作前將儀表機(jī)械零位調(diào)至冷端溫度處。由于外線路電勢輸入為零，調(diào)整機(jī)械零位相當(dāng)于預(yù)先給儀表輸入一個電勢E（T0，0）。當(dāng)接入熱電偶后，外電路熱電勢E（T，T0）與表內(nèi)預(yù)置電勢E（T0，0）疊加，使回路總電勢正好為E（T，0），儀表直接指示出熱端溫度T。在用此方法時，應(yīng)先將儀表電源和輸入信號切斷，再將儀表指針調(diào)整到進(jìn)行T0刻度處。當(dāng)冷端溫度變化時，應(yīng)及時修正指針位置。這種方法操作簡單，在工業(yè)上普遍采用。④冰浴法。將熱電偶的冷端延長到裝有冰水混合液的瓶中，基準(zhǔn)結(jié)點與連接熱電偶和計量儀器的導(dǎo)線接在一起，如圖3-17所示。由于冰水保持熱平衡，因此，基準(zhǔn)結(jié)點就保持在冰點（0℃），它消除了t0不等于0℃而引入的誤差。圖3-17冰浴法接線圖1－被測流體管道；2－熱電偶（測溫結(jié)點）；3－接線盒；4－補(bǔ)償導(dǎo)線；5－銅導(dǎo)線；6－毫伏表；7－冰瓶；8－冰水混合物；9－試管；10－新冷端（基準(zhǔn)結(jié)點）③電橋補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可以自動地將冷端溫度校正到補(bǔ)償電橋的平衡溫度上。如圖3-16所示。1－熱電偶；2－補(bǔ)償導(dǎo)線；3－銅導(dǎo)線；4－指示儀表；5－冷端補(bǔ)償器可購買與被補(bǔ)償熱電偶對應(yīng)型號的補(bǔ)償電橋。冰浴法要使用潔凈的飲用水，瓶中要保持水與冰處于良好的平衡狀態(tài)。長時間使用時熱電偶周圍的冰就會溶解，若水少則冰中出現(xiàn)空隙，在結(jié)點周圍會有空氣侵入，這時就不是冰點狀態(tài)；若水多則冰就會漂浮在水上，則結(jié)點就會置于水中，這時也不是冰點狀態(tài)。因此，需要經(jīng)常檢查，隨時補(bǔ)充水。為了避免插入深度不同引起的誤差，熱電偶浸入冰水的長度要足夠長。為了避免冰水導(dǎo)電引起T0處的連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管中。由于冰融化較快，所以這種方法常用于實驗室溫度測量及溫度計校準(zhǔn)等要求精度較高的場合。⑤計算修正法。當(dāng)熱電偶的基準(zhǔn)結(jié)點溫度T0≠0℃時，所測得的熱電勢值與基準(zhǔn)結(jié)點溫度為0℃時的值ET（T，0）不等，可用下式進(jìn)行修正式中：E0（T0，0）為基準(zhǔn)結(jié)點溫度T0≠0℃時產(chǎn)生的熱電勢值。這種方法適合于微機(jī)檢測系統(tǒng)，即通過其它方法將采集到的T0輸入微機(jī)，用軟件進(jìn)行處理，可實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動補(bǔ)償。4.熱電偶實用測量電路（1）測量某點溫度的基本電路熱電偶直接和儀表配用的測溫電路如圖3-18所示。圖3-18熱電偶基本測溫電路（2）熱電偶反向串聯(lián)電路將兩個同型號的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)連接，如圖3-19所示。圖中A′、B′是與測量熱電偶熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，電路中兩熱電勢反向串聯(lián)，儀表可測得T1和T2之間的溫度差值。圖3-19熱電偶反向串聯(lián)測量電路（3）熱電偶并聯(lián)電路用幾個同型號的熱電偶并聯(lián)在一起，在每一個熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻R，并要求熱電偶都工作在線性段，如圖3-20所示。根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時，回路中總的熱電勢等于熱電偶輸出電勢之和的平均值，即圖3-20熱電偶并聯(lián)測量電路（4）熱電偶串聯(lián)電路熱電偶串聯(lián)電路如圖3-21所示。用幾個同型號的熱電偶依次將正負(fù)相連，回路總的熱電勢為這種電路輸出電勢大，可感應(yīng)較小的信號。但只要有一個熱電偶斷路，總的熱電勢消失；若熱電偶短路，將會引起儀表值的下降。圖3-21熱電偶多點溫度求和電路5．熱電偶的定期校驗校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖3-22為熱電偶校驗裝置示意圖，最佳校驗方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見表3-6所示。熱電偶分度號校驗溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600、800、1000、12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%EU–2400、600、800，1000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%EA–2300、400、6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%圖3-22熱電偶校驗圖1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管3.2.4集成溫度傳感器及溫度檢測集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的正向壓降隨溫度升高而降低的特性，將晶體管的PN結(jié)作為感溫元件，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成，并把它們封裝在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。它與半導(dǎo)體熱敏電阻一樣具有體積小、反應(yīng)快的優(yōu)點外，還具有線性好、性能高、價格低、抗干擾能力強(qiáng)等特點，雖然由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，只能用來測1500C以下的溫度，但在低溫測量領(lǐng)域仍得到了廣泛的應(yīng)用。下面主要介紹常用的集成溫度傳感器AD590、LM35和智能溫度控制器DS18B20的應(yīng)用。1.AD590及其應(yīng)用AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片電流型兩端集成溫度傳感器，其表征為一個輸出電流與溫度成比例的電流源。AD590共有I、J、K、L、M五檔，在出廠前已經(jīng)校準(zhǔn)，其中M檔精度最高/I檔最低，在測溫范圍內(nèi)的非線性誤差M檔小于±0.3℃/I檔小于±10℃，I檔在應(yīng)用時需校正。AD590的主要特征如下：?線性電流輸出：流過器件電流的微安數(shù)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。即1μA/K；?測溫范圍寬：-55℃～+150℃；?二端器件：電壓輸入，電流輸出；?精度高：±0.5℃（AD590M）；?線性度好：在整個測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于±0.3（AD590M）；?工作電壓范圍寬：4～30V。電源由5V變到10V時，最大只有l(wèi)μA的電流變化，相當(dāng)于1℃的等效誤差。可以承受44V的正向電壓和20V的反向電壓，因而不規(guī)則的電源變化或管腳反接也不會損壞器件；?功耗低：1.5mW／+5V／+25℃；?輸出阻抗高：710MΩ。長線上的電阻對器件工作影響不大，用絕緣良好的雙絞線連接，可以使器件在距電源25m處正常工作。高輸出阻抗又能極好地消除電源電壓漂移和紋波的影響；?器件本身與外殼絕緣。由上述特性可知AD590具有：單電源工作、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，特別適于進(jìn)行運動測量。1.AD590及其應(yīng)用AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片電流型兩端集成溫度傳感器，其表征為一個輸出電流與溫度成比例的電流源。AD590共有I、J、K、L、M五檔，在出廠前已經(jīng)校準(zhǔn)，其中M檔精度最高/I檔最低，在測溫范圍內(nèi)的非線性誤差M檔小于±0.3℃/I檔小于±10℃，I檔在應(yīng)用時需校正。AD590的主要特征如下：?線性電流輸出：流過器件電流的微安數(shù)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。即1μA/K；?測溫范圍寬：-55℃～+150℃；?二端器件：電壓輸入，電流輸出；?精度高：±0.5℃（AD590M）；?線性度好：在整個測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于±0.3（AD590M）；（2）AD590的外形和基本測溫電路AD590采用金屬殼3腳封裝。其中，1腳為電源正端V+，2腳為電流輸出端V-，3腳為管殼，一般不用。其外形和符號如圖3-23所示。（a）外形（b）符號圖3-23AD590外形與符號AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本電路如圖3-24所示。因為流過AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，需對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中（0℃），調(diào)整電位器R2，使VO=273.2mV。或在室溫下（25℃）條件下調(diào)整電位器，使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。（3）AD590的應(yīng)用電路AD590可串聯(lián)工作也可并聯(lián)工作，如圖3-25所示。將幾個AD590單元串聯(lián)使用時，顯示的是幾個被測溫度中的最低溫度；而并聯(lián)可獲得幾個被測溫度的平均值。圖3-24AD590的基本應(yīng)用電路圖3-25AD590的串并聯(lián)使用（a）串聯(lián)使用；（b）并聯(lián)使用（4）AD590的應(yīng)用實例AD590具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測溫且使用方便等優(yōu)點。可廣泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、糧倉、冰庫、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測量和控制等領(lǐng)域。下面以利用AD590構(gòu)成的數(shù)字顯示溫度計為例來介紹其應(yīng)用。①AD590的測溫電路。AD590的測溫及電流/電壓和絕對/攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路如圖3-26所示。圖3-26AD590的測溫及轉(zhuǎn)換電路圖3-26中，運算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運放A2的作用是把絕對溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個恒定的電壓（如1.235V），然后將此電壓放大到2.73V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。2.LM35及其應(yīng)用常用的電壓輸出型集成溫度傳感器有LM135系列和LM35兩大類。其中，LM135系列的工作方式類似于齊納二極管，其反向擊穿電壓隨絕對溫度以+10mV/K的比例變化，工作電流為0.4～5mA，動態(tài)阻抗僅為1Ω，便于和測量儀表配接。LM135系列具有測量精度高，應(yīng)用簡單，且測溫范圍很寬等優(yōu)點，LM135測溫范圍為-55℃～+150℃，LM235和LM335測溫范圍分別為-40℃～+125℃和-40℃～+100℃；另一種，LM35具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，其輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。從使用角度來說，LM35相比用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器更具有優(yōu)勢，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度，LM35從電源吸收的電流很小（約60μA），且?guī)缀跏遣蛔儯孕酒陨韼缀鯖]有散熱的問題。LM35和LM135系列相比LM35就相當(dāng)于是無需校準(zhǔn)的LM135，而且測量精度比LM135高，不過價格也稍高。這里就以LM35介紹電壓輸出型集成溫度傳感器的應(yīng)用。②A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路。用MC14433實現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路如圖3-27所示。圖3-27A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路圖3-27中，將圖3-26輸出的模擬電壓送入中MC14433進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并由MC14433將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送LED顯示器顯示。其中MC14511為譯碼/鎖存/驅(qū)動電路，它的輸入為BCD碼，輸出為七段譯碼。LED數(shù)碼顯示由MC14433的位選信號DS1~DS4通過達(dá)林頓陣列MC1413來驅(qū)動，并由MC14433的DS1、Q2端來控制“＋”、“－”溫度的顯示。當(dāng)DS1=1，Q2=1時，顯示為正；Q2=0時，顯示為負(fù)。（1）LM35特性?工作電壓：直流4～30V；?工作電流：小于133μA；?輸出電壓：+6V～-1.0V；?輸出阻抗：1mA負(fù)載時0.1Ω；?精度：0.5℃精度（在+25℃時）；?漏泄電流：小于60μA；?比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃；?非線性值：±1/4℃；?校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；?封裝：密封TO-46、塑料TO-92、貼片SO-8和TO-220，如圖3-28所示；?使用溫度范圍：-35℃～+150℃額定范圍。（a）TO-46（b）TO-92（c）SO-8（d）TO-220圖3-28LM35的封裝形式（2）LM35的應(yīng)用1）基本應(yīng)用電路。單電源供電時，通過在輸出端Vout接一個電阻，在GND引腳對地之間串接兩個二極管，就可以得到全量程的溫度范圍，電路如圖3-29（a）所示。圖中，電阻為18kΩ普通電阻，VD1、VD2為1N4148，＋UO為與溫度相應(yīng)的輸出電壓。圖3-29采用LM35構(gòu)成的傳感器電路（a）單電源電路；（b）雙電源電路在雙電源供電情況下，在輸出端與負(fù)電源接一個電阻，就可以得到全量程的溫度范圍，電路如圖3-29（b）所示。R1的阻值由下式?jīng)Q定R1＝（-Vs）/50μA2）溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路。采用溫度傳感器LM35D的溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路如圖3-30所示。它將20℃～150℃的溫度轉(zhuǎn)換為200～1500Hz的TTL電平的輸出頻率信號，其測量溫度范圍為-55℃～+150℃，靈敏度為10mV/℃。當(dāng)測溫范圍為2℃～150℃，其輸出電壓為20～1500mV。電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換器采用LM331，R1C1構(gòu)成低通濾波器濾除LM35D的輸出噪聲。RPl用于調(diào)零，當(dāng)溫度為2℃時，調(diào)整RPl，使輸出頻率f0為20Hz。RP2用于滿量程調(diào)整，當(dāng)溫度為150℃時，調(diào)整RP2，使輸出頻率f0為1500Hz。V/F輸出通常是以TTL電平脈沖列傳送出去，這里L(fēng)M331輸出通過VT放大為0/20mA的電流脈沖列，即電流0對應(yīng)的邏輯0電平，電流20mA對應(yīng)的邏輯1電平。采用扭絞二線電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，接收部分采用光耦合器TLP521進(jìn)行隔離。0/20mA的電流脈沖列直接驅(qū)動TLP501，HC14輸出f0為20～1500Hz的TTL電平的頻率信號，接到F/V轉(zhuǎn)換器或者計數(shù)器進(jìn)行必要的處理。圖3-30采用LM35D的溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路3.DS18B20智能溫度控制器及其應(yīng)用（1）DS18B20性能特點DS18B20的性能特點：①采用單總線專用技術(shù)，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，無須經(jīng)過其它變換電路；②測溫范圍為-55℃～+125℃，測量分辨率為0.0625℃；③內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM；④適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)；⑤用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；⑥其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。以上特點使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。（2）DS18B20的封裝形式及內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20有3引腳TO-92小體積封裝和SOIC封裝形式，其管腳排列如圖3-31所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。圖3-31DS18B20的管腳與封裝DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-32所示，主要由64位光刻ROM、溫度傳感器和溫度傳感器的存儲單元三部分組成。圖3-32DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分的結(jié)構(gòu)、作用和工作方式簡述如下。1）64位光刻ROM。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，每片序列號均不相同，它可以看作是該片DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。2）溫度傳感器。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，并以二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式輸出。以12位數(shù)字轉(zhuǎn)換（0.0625℃/LSB）為例：轉(zhuǎn)換后得到的12位數(shù)據(jù)，存放在DS18B20的兩個8bit的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位（用S表示），如果測得的溫度大于0℃，這5位為“0”，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度值；如果溫度小于0℃，這5位為“1”，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度值。兩個8bitRAM格式如表3-7所示。在DS18B20的-55℃～+125℃測溫范圍內(nèi)對應(yīng)的數(shù)字輸出如表3-8所示。溫度數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.0625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.0625℃1111111001101111FE6FH-55℃1111110010010000FC90H表3-8在測溫范圍內(nèi)溫度與對應(yīng)數(shù)字輸出的關(guān)系表3）溫度傳感器的存儲單元。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器用于存放所測得的溫度信息，包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PROM。其中E2PROM存放高低溫報警觸發(fā)器TH、TL和配置寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，其分布如表3-9所示。前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。寄存器內(nèi)容字節(jié)地址寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位溫度最高數(shù)字位高溫限值低溫限值保留01234保留計數(shù)剩余值每度計數(shù)值CRC效驗5678表3-9DS18B20暫存寄存器分布高低溫報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的E2PROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。其中配置寄存器的格式如下：TMR1R011111低五位一直都是“1”，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如表3-10所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）：R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms表3-10分辨率設(shè)置表（3）測溫步驟根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60μs左右，后發(fā)出60～240μs的低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。（4）DS18B20與單片機(jī)的典型接口以MCS-51系列單片機(jī)為例，DS18B20與8031的典型連接如圖3-33（a）所示。圖中DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地。圖3-33（b）中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V～5.5V電源供電。由于DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。所以單片機(jī)須編寫了三個子程序：初始化子程序，寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，讀數(shù)據(jù)子程序，即可完成溫度的測量。基于圖3-33的DS18B20測溫程序見附錄2。圖3-33DS18B20與8031的典型連接（a）寄生電源方式；（b）外接電源方式（5）DS18B20使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用端口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：1）由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，最好采用匯編語言實現(xiàn)。2）單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要特別注意。3）連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。因此，在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。4）在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時要綜合考慮。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在電源端單點接地。3.3非接觸式溫度檢測技術(shù)非接觸式測溫的方法:利用被測對象的熱輻射能量隨其溫度的變化而變化的原理，通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度來確定被測對象的溫度。非接觸式溫度檢測技術(shù)主要應(yīng)用于冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中的高溫檢測。常見的傳感器有:光學(xué)高溫計、輻射溫度計、光纖溫度傳感器、紅外溫度傳感器等。這類傳感器的優(yōu)點:不存在測量滯后和溫度范圍的限制，可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體及固體、液體表面的溫度，不影響被測物體的溫度場；缺點:易受被測對象熱輻射率的影響，測量精度低，測量距離和中間介質(zhì)對測量結(jié)果都有較大影響。方式接觸式非接觸式測量條件感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度；被測對象不對感溫元件產(chǎn)生腐蝕需準(zhǔn)確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對象的輻射能充分照射到檢測元件上測量范圍特別適合12000C以下，熱容量大，無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫，對高于13000C以上的溫度測量較困難原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但10000C以下測量誤差大，能測運動物體和熱容量小的物體溫度精度工業(yè)用表通常為1.0、0.5、0.2、0.1級，實驗室用表可達(dá)0.01級通常為1.0、1.5、2.0級響應(yīng)速度慢，退出為幾十秒到幾分快，通常為2～3s其他特點整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠，維護(hù)方便，價格低廉；儀表讀數(shù)直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng)整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，調(diào)整麻煩，價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表面溫度（需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換）；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制系統(tǒng)3.3.1光學(xué)高溫計(opticalpyrometer)可用來測量800℃～3200℃的高溫勒夏特列/勒夏特利埃（LeChatelier,HenriLouis），法國化學(xué)家。根據(jù)物體的輻射隨著溫度上升而變化制成的。

直接將物體的顏色和比色表對照就可以判斷其溫度。近代的高溫計用可調(diào)溫度的鎢絲做參照物。調(diào)節(jié)鎢絲的發(fā)光，使得其與被測目標(biāo)光色融合的時候，兩者溫度就相同。但鎢絲在什么電流下發(fā)怎么的光，這需要事先標(biāo)定。所以精度依然不高。現(xiàn)代的高溫計分析物體熱輻射的峰值來判斷其溫度，不需要參照物，精度進(jìn)一步提高。以國產(chǎn)WGG2-201型光學(xué)高溫計為例，介紹光學(xué)高溫計的測溫方法。WGG2-201型光學(xué)高溫計WGG2-201型光學(xué)高溫計圖3-34WGG2-201型光學(xué)高溫計外形和原理圖1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色慮光片；5－目鏡；6－指示儀表；7－滑線電阻；E－電源；R1－刻度調(diào)整電阻產(chǎn)品說明：

此光學(xué)高溫計能在環(huán)境溫度10-50℃,相對濕度不大於85%的情況下連續(xù)工作

物鏡與目標(biāo)之間的距離不小于700mm

標(biāo)尺長度不小于90mm

凈重約1.8kg這時在指示儀表6上指示出燈絲兩端的電壓值，利用電壓與溫度的關(guān)系曲線，將表盤直接刻度成溫度值。為了改善刻度的非線性，指針式指示儀表的磁鋼采用了不均勻磁場的方式。與指示儀表串聯(lián)的電阻R1在儀表標(biāo)定時配置、校準(zhǔn)，調(diào)節(jié)它的阻值可以改變儀表的誤差。儀表電源采用3V干電池，安裝于儀表下部手柄內(nèi)。（a）電流過低（b）平衡（c）電流過高圖3-35亮度平衡示意圖由于光學(xué)高溫計是以黑體的光譜輻射亮度來刻度的，如果被測物體為非黑體時就會出現(xiàn)偏差。因為在同一溫度下非黑體的光譜輻射亮度比黑體低，因此用光學(xué)高溫計測量非黑體的溫度比真實溫度偏低，需要校正。3.3.2輻射溫度計輻射溫度計是根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理即物體的總輻射強(qiáng)度與物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來進(jìn)行測量的。輻射溫度計由輻射感溫器和顯示儀表兩部分組成，它可用來測量400℃～2000℃的高溫，多為現(xiàn)場安裝式結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)現(xiàn)場高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計測量的溫度稱為輻射溫度（TF），被測對象為非黑體時，要通過修正才能得到非黑體的真實溫度。（a）熱電堆結(jié)構(gòu)（b）自動補(bǔ)償器圖3-36熱電堆結(jié)構(gòu)和補(bǔ)償光闌（a）：1－云母基片；2－受熱靶面；3－熱電偶絲；4－引出線（b）：1－補(bǔ)償片；2－雙金屬片輻射溫度計的測溫是使被測物體的輻射能經(jīng)過透鏡和光闌聚焦在接收元件（熱電堆）的受熱片上如圖3-36（a）所示。在受熱片上有8支串聯(lián)的熱電偶，每支熱電偶的熱端在受熱片的中央部位圍成一圈，用點焊把熱端焊接在0.01mm的軟鎳箔圓片上，然后8等份切開，使熱端呈扁薄箭頭狀。鎳圓片直徑3mm，用電解法鍍上一薄層黑色的鉑黑，以提高其吸收比。熱電偶的冷端焊在一個金屬箔上，金屬箔固定在兩片絕緣絕熱的云母環(huán)中間，云母環(huán)固定有引出線，從引出線上可以得到8支熱電偶熱電勢的和。這種熱電堆能量損失小，具有較小的熱慣性和較高的靈敏度。受熱片上的鉑黑接收到物體的輻射能量并轉(zhuǎn)化為熱能使鉑黑處的溫度升高，熱電堆產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢，這個熱電偶的大小除與熱端有關(guān)外，還與冷端有關(guān)，為了補(bǔ)償冷端溫度（環(huán)境溫度）的變化所造成的影響，采用了可變光闌，它是熱電堆冷端的自動補(bǔ)償器。它由雙金屬片控制，從圖3-36（b）可以看出，共有4個補(bǔ)償元件，它由補(bǔ)償片和雙金屬片組成，雙金屬片的一端固定在鋁合金框架上，補(bǔ)償片垂直焊接在雙金屬片的自由端上，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，熱電堆的冷端溫度也隨之升高，這樣熱電堆輸出的熱電勢將減少，這時雙金屬片也會隨環(huán)境溫度升高而變形，由軸心向外圍伸展，則4個補(bǔ)償片均向外移動，使光闌孔相應(yīng)擴(kuò)大，照射到熱電堆鉑黑上的能量也會增加，使熱電勢增加，起到了自動補(bǔ)償?shù)淖饔谩a(chǎn)WFT-202型輻射溫度計的結(jié)構(gòu)圖圖3-37輻射感溫器結(jié)構(gòu)圖1－物鏡；2－外殼；3－補(bǔ)償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒輪它主要由光學(xué)系統(tǒng)和熱接收器件兩部分組成。它采用透射式光學(xué)系統(tǒng)，外殼為鋁合金材料，內(nèi)外表面為涂黑處理，物鏡的直徑是37mm，厚8mm，材料為石英玻璃（400℃～1200℃）或K9中性光學(xué)玻璃（900℃～2000℃）制成。殼體內(nèi)裝有一開孔的圓筒狀鋁合金座架，上面裝有熱電堆和補(bǔ)償光闌。在光闌前有一長方形的校正片（寬約1mm），校正片安裝在與小齒輪嚙合的偏心齒圈上，齒圈套在金屬架上。打開后蓋可用螺絲刀旋動小齒輪，可以調(diào)節(jié)校正片的位置，改變阻擋面積的大小，調(diào)節(jié)照射到熱電堆上的熱輻射能量，用以調(diào)節(jié)精度。在后蓋上有瞄準(zhǔn)用目鏡，它由K9光學(xué)玻璃制成凸透鏡，起放大作用。通過它透過熱電堆的縫隙可觀察到被測物體的成像，以便使光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)被測物體。太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分：近紅外線，波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長為1.50～6.0μm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長為6.0～l000μm之間。

輻射感溫器必須與毫伏計或電子電位差計配套使用，用它們來測量熱電堆的熱電勢信號。WFT-202型輻射溫度計規(guī)定了外接電阻為245Ω。3.3.3紅外傳感器及溫度檢測1、紅外輻射的基本概念（1）紅外輻射俗稱紅外線infraredray由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)凡是存在于自然界中的物體，都會輻射出紅外線，只是其紅外線的波長不同而已。如人體溫度為36℃～37℃，所輻射的紅外線波長為9～10μm（屬于遠(yuǎn)紅外線區(qū)），物體被加熱到400℃～700℃時，其所輻射的紅外線波長為3～5μm（屬于中紅外線區(qū)）。利用被測物體輻射的紅外線實現(xiàn)檢測的技術(shù)就是紅外檢測技術(shù)。電磁波譜圖醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠(yuǎn)紅外線。近紅外線或稱短波紅外線，波長0.76～1.5微米，穿入人體組織較深,約5～10毫米；遠(yuǎn)紅外線或稱長波紅外線，波長1.5～400微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。2）穿透云霧的能力強(qiáng)大氣窗口（atmosphericwindow）指天體輻射中能穿透大氣的一些波段。由于地球大氣中的各種粒子對輻射的吸收和反射，只有某些波段范圍內(nèi)的天體輻射才能到達(dá)地面。紅外窗口：2～2.6μm,3～5μm，8～14μm(3)紅外輻射源任何溫度高于0K的物體，會向周圍空間輻射紅外線，可視為紅外輻射源。根據(jù)輻射源的幾何尺寸的大小及距探測器的遠(yuǎn)近，分為點源和面源。點源的輻射強(qiáng)度僅與源面積無關(guān)；面源的輻射強(qiáng)度與被照面在面源表面上的位置、方向及面源的面積有關(guān)。（4）紅外線的應(yīng)用高溫殺菌，紅外線夜視儀，監(jiān)控設(shè)備，手機(jī)的紅外口，賓館的房門卡，汽車、電視機(jī)的遙控器、洗手池的紅外感應(yīng)2.紅外傳感器的分類紅外傳感器（也稱紅外探測器）是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件，用來檢測物體輻射的紅外線。從工作原理和性能上紅外傳感器可分為熱電型和量子型兩類，如表3-12所示。分類光敏元件特征應(yīng)用領(lǐng)域量子型光電導(dǎo)式、光生伏特式、光電磁式、肖特基勢疊式靈敏度低、響應(yīng)慢、波長響應(yīng)范圍寬、價廉測溫、自動控制熱電型熱電偶式、電阻式、電容式、熱釋電式靈敏度高、響應(yīng)快、波長響應(yīng)范圍窄、有的需在低溫條件下才能使用遙測、遙感、成像、測溫（2）紅外線的物理特性1）有熱效應(yīng)

2）穿透云霧的能力強(qiáng)

1）紅外線的物理本質(zhì)是熱輻射太陽光譜中最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此紅外輻射成為熱輻射。現(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。實驗表明：波長為0.1μm～l000μm的電磁波被物體吸收時，可以顯著地轉(zhuǎn)換變?yōu)闊崮堋?.熱釋電紅外傳感器（1）熱釋電效應(yīng)當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。（2）熱釋電效應(yīng)紅外線光敏元件的材料能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱熱電元件。常用的熱電元件材料有鉭酸鋰（LiTaO3）、硫酸三甘肽（LATGS）及鈦鋯酸鉛（PZT）和高分子薄膜聚偏二氟乙烯（PVF2）等。（3）熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路如圖3-38所示。圖3-38熱釋紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖圖3-38中，熱釋電紅外傳感器主要由外殼、濾光片、熱電元件PZT、結(jié)場效應(yīng)管FET、電阻、二極管等組成，并向殼內(nèi)充入氮氣封裝起來。其中濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6μm多層膜干涉濾光片，它對5μm以下短波長光有高反射率，而對6μm以上人體發(fā)射出來的紅外線熱源（10μm）有高穿透性，阻抗變換用的FET管和電路元件放在管底部分。敏感元件用紅外線熱釋電材料PZT（或其它材料）制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個反向串聯(lián)的有極性的小電容。這樣，當(dāng)入射的能量順序地射到兩個元件時，由于是兩個元件反相串聯(lián)，故其輸出是單元件的兩倍；由于兩個元件反相串聯(lián)，對于同時輸入的能量會相互抵消。由于雙元件紅外敏感元件具有上面的特性，可以防止因太陽光等紅外線所引起的誤差或誤動作；由于周圍環(huán)境溫度的變化影響整個敏感元件產(chǎn)生溫度變化，兩個元件產(chǎn)生的熱釋電信號互相抵消，起到補(bǔ)償作用。熱釋電紅外傳感器可用作人體探測和測溫，其響應(yīng)波長范圍為2～15μm，測溫范圍可達(dá)-80℃～1500℃。3.量子型紅外傳感器（1）PbS紅外光敏元件及工作原理PbS紅外光敏元件結(jié)構(gòu)如圖3-39所示；它先在玻璃基板上制成雙電極，然后蒸鍍PbS薄膜，再引出電極線即成。為防PbS氧化，一般將PbS光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或藍(lán)寶石做光窗。圖3-39PbS紅外光敏元件結(jié)構(gòu)圖圖3-40ZnSb紅外光敏元件結(jié)構(gòu)圖PbS紅外光敏元件對近紅外光到3μm紅外光有較高靈敏度，可在室溫下工作。當(dāng)紅外光照射存PbS光敏元件上時，因光電導(dǎo)效應(yīng)，PbS光敏元件的阻值發(fā)生變化，電阻的變化引起PbS光敏元件兩電極間電壓的變化。（2）ZnSb紅外光敏元件及工作原理ZnSb紅外光敏元件結(jié)構(gòu)如圖3-40所示。其結(jié)構(gòu)和具有PN結(jié)的光敏二極管相似。它把雜質(zhì)Zn等用擴(kuò)散結(jié)滲入N型半導(dǎo)體中形成P層構(gòu)成PN結(jié)，再引出引線制成的。當(dāng)紅外光照射在ZnSb元件的PN結(jié)上時，因光生伏特效應(yīng)，在ZnSb光敏元件兩端產(chǎn)生電動勢，此電動勢的大小與光照強(qiáng)度成正比。ZnSb紅外光敏元件靈敏度高于PbS紅外光敏元件，能在室溫下工作也可在低溫下工作。若在低溫下工作可采用液態(tài)氮進(jìn)行冷卻。4.紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問題?必須首先注意了解紅外傳感器的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍，掌握它的使用條件；?必須關(guān)注傳感器的工作溫度，一般要選擇能在室溫下工作的紅外傳感器，便于維護(hù)；?適當(dāng)調(diào)整紅外傳感器的工作點。一般情況下，傳感器有一個最佳工作點。只有工作在最佳偏流工作點時，紅外傳感器的信噪比最大。實際工作點最好稍低于最佳工作點；?選用適當(dāng)前置放大器與紅外傳感器配合，以獲取最佳探測效果；?調(diào)制頻率與紅外傳感器的頻率響應(yīng)相匹配；?傳感器光學(xué)部分不能用手摸、擦，防止損傷與沾污；?傳感器存放時注意防潮、防振、防腐。5．紅外測溫傳感器紅外測溫傳感器就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的傳感器。（1）紅外測溫的特點?紅外測溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測溫，特別適合于高速運動物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測量；?紅外測溫反應(yīng)速度快。它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程。只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫。反映時間一般都在毫秒級甚至微秒級；?紅外測溫靈敏度高。因為物體的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會引起輻射能量成倍的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測出來；?紅外測溫準(zhǔn)確度較高。由于是非接觸測量，不會破壞物體原來溫度分布狀況，因此測出的溫度比較真實。其測量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1℃以內(nèi)，甚至更小；?紅外測溫范圍廣泛。可測攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。（2）紅外測溫種類紅外測溫主要有主動式和被動式兩種。1）主動式。主動式紅外檢測是利用紅外輻射源對被測物照射。被測物對紅外光進(jìn)行吸收、反射和透射后，使紅外光發(fā)生了變化，此變化與被測物的某些參數(shù)有關(guān)，由此實現(xiàn)檢測。2）被動式。被動式紅外檢測是被測物本身就是紅外輻射源，利用其輻射特性檢測紅外輻射能實現(xiàn)溫度的測量；或把物體各個點輻射能大小轉(zhuǎn)換成熱圖象；或利用氣體輻射在紅外波段有固定的譜線完成氣體分析等。（3）紅外輻射溫度計應(yīng)用實例常見的紅外輻射溫度計的測溫范圍可以從-30℃到3000℃，可根據(jù)需要選擇不同的規(guī)格。（a）表面溫度測量示意圖（b）內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖3-41紅外輻射溫度計的外形結(jié)構(gòu)與原理框圖1－便攜式紅外輻射溫度計；2－紅色瞄準(zhǔn)激光束；3－濾光片；4－聚焦透鏡圖3-41（a）是電動機(jī)表面溫度測量示意圖。測試時，按下手槍形測量儀的開關(guān)，槍口射出一束低功率的紅色激光，自動匯聚到被測物上（瞄準(zhǔn)用）。被測物發(fā)出的紅外輻射能量就能準(zhǔn)確地聚焦在紅外輻射溫度計“槍口”內(nèi)部的光電池上。紅外輻射溫度計內(nèi)部的CPU根據(jù)距離、被測物表面黑度輻射系數(shù)、水蒸氣及粉塵吸收修正系數(shù)、環(huán)境溫度以及被測物輻射出來的紅外光強(qiáng)度等諸多參數(shù)，計算出被測物體的表面溫度。其反應(yīng)速度只需0.5s，有峰值、平均值顯示及保持功能，可與計算機(jī)串行通信。廣泛用于鐵路機(jī)車軸溫檢測，冶金、化工、高壓輸變電設(shè)備、熱加工流水線表面溫度測量，還可快速測量人體溫度。紅外線氣體分析儀：是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進(jìn)行分析的。紅外熱成像紅外無損探傷紅外檢測在軍事上的應(yīng)用紅外線商品導(dǎo)購紅外線節(jié)能控制器紅外線防盜報警器幾種氣體對紅外線的透射光譜3.3.4光纖傳感器及溫度檢測光纖傳感器（FOSFiberOpticalSensor）是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。因此，它同時具有光纖及光學(xué)測量的特點。①電絕緣性能好。②抗電磁干擾能力強(qiáng)。③非侵入性。④高靈敏度。⑤容易實現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。光纖耐腐蝕，在水中、溶液中、化學(xué)氣體中也能使用。特別是由于它不受電磁感應(yīng)的影響，不用擔(dān)心出現(xiàn)火花，因此，在煤礦、石油和氣體貯藏所等易燃易爆環(huán)境下，也可正常進(jìn)行測量。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量。1.光纖簡介

光的全反射實驗光纖呈圓柱形，它由玻璃纖維芯（纖芯）和玻璃包皮（包層）兩個同心圓柱的雙層結(jié)構(gòu)組成。纖芯材料為直徑5～75μm的以二氧化硅為主，摻雜微量元素的石英玻璃；包層是用低折射率的玻璃或塑料制成，直徑100～200μm。圖3-42光纖的結(jié)構(gòu)光的反射、折射

當(dāng)一束光線以一定的入射角θ1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。

（2）原理：光在光纖中的全反射

各種裝飾性光導(dǎo)纖維

發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠球體的表面。在計算機(jī)控制下，可產(chǎn)生動態(tài)圖案。上海東方明珠光纖傳感器外形

(1)光纖的結(jié)構(gòu)

所以，為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射，光入射到光纖端面的入射角θi應(yīng)滿足一般光纖所處環(huán)境為空氣，則n0=1，這樣式（5）可表示為實際工作時需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍然繼續(xù)前進(jìn)。可見這里的光線“轉(zhuǎn)彎”實際上是由光的全反射所形成的。（5）（6）光纜的外形及光纖的拉制

(3)光纖的種類A.按材料分：玻璃光纖和塑料光纖B.按傳輸模式分：單模光纖：纖芯直徑很小（5~10m），只能傳播一個模；多模光纖：纖芯直徑較大（50m以上），能傳播幾百個以上的模。C.按折射率分布規(guī)律分：a.梯度型(也稱漸變型)，也稱自聚焦光纖b.階躍型(也稱臺階型)c.單孔型塑料光纖塑料光纖由光導(dǎo)塑膠材料以及PVC護(hù)套組成。我們通常根據(jù)塑料光纖外形尺寸小以及光束直徑窄的特點，來選擇適合的光纖。塑料光纖一般用于檢測小元件，譬如IC芯片上的針腳。塑料光纖的長度可隨意切割，因此塑料光纖訂貨時并沒有必要對長度進(jìn)行詳細(xì)說明。一般來說，為了在應(yīng)用中獲得最佳的光強(qiáng)效果，往往截取塑料光纖至最佳長度。因為這樣可以將光纖內(nèi)的“光損耗”降至最低。光纖的標(biāo)準(zhǔn)長度為2m。玻璃光纖玻璃光纖由特殊應(yīng)用的護(hù)套以及內(nèi)部細(xì)小的玻璃光束組成。有四種標(biāo)準(zhǔn)類型的護(hù)套可選：不銹鋼、硅、PVC及金屬硅材料。玻璃光纖的直徑往往比塑料光纖要大，且檢測距離更遠(yuǎn)。不銹鋼材質(zhì)護(hù)套類型的玻璃光纖能夠承受的最高溫度為482℃。單模光纖單模光纖