哈理工温度测量报告

温度传感器系统设计学院：测通学院专业班级：测控12-5班学生姓名:学号:12050102014年11月30日温度测量自学报告-II-目录第1章温度测量系统文献综述........................................................................11.1温度测量的意义.......................................................................................11.2温度测量现状...........................................................................................21.2.1压力式测温系统................................................................................21.2.2热电阻测温系统................................................................................21.2.3双金属温度计....................................................................................31.2.4热电偶测温系统................................................................................31.2.5PN结型及集成电路式温度传感器................................................31.2.6光学高温计测温系统........................................................................41.2.7红外测温仪（便携式）..................................................................4第2章总体方案设计........................................................................................52.1方案一.......................................................................................................52.2方案二.......................................................................................................62.3方案三.......................................................................................................62.4方案分析对比...........................................................................................72.5小结...........................................................................................................7第3章具体设计与特性分析............................................................................93.1传感器设计...............................................................................................93.2转换电路设计.........................................................................................103.3传感器总体分析.....................................................................................113.4使用条件和误差补偿.............................................................................113.5仿真实验.................................................................................................113.6小结.........................................................................................................12结论....................................................................................................................13参考文献............................................................................................................14心得体会............................................................................................................15温度测量自学报告-1-第1章温度测量系统文献综述1.1温度测量的意义（1）随着科技的迅速发展,高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多,越来越复杂;另一方面,武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高。在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制，自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。（2）温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位制中七个基本物理量之一,它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着科学技术水平的不断提高,温度测量技术也得到了不断的发展。传统的热电偶、热电阻测温方法以其技术成熟、结构简单、使用方便等特点,在未来温度测量领域中,依然能够广泛使用。随着新材料、新工艺以及一些新技术的发展,其应用范围更加拓展。但是传统温度测量方法也有缺点，用常规的控制方法，潜力是有限的，难以满足较高的性能要求。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。（3）测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。温度测量自学报告-2-1.2温度测量现状目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，随着科技的迅速发展,高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多,越来越复杂;另一方面,武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高。技术发展日新月异,行业需求不断提高,对从事温度测量操作和温度测量研究的人员素质要求也越来越高。目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成下列几类:1.2.1压力式测温系统是最早应用于生产过程温度测量方法之一，是就地显示、控制温度应用十分广泛的测量方法。带电接点的压力式测温系统常作为电路接点开关用于温度就地位式控制。压力式测温系统适用于对铜或铜合金不起腐蚀作用场合，优点是结构简单，机械强度高，不怕振动；不需外部电源；价格低。缺点是测温范围有限制（-80~400℃）；热损失大，响应时间较慢；仪表密封系统（温包，毛细管，弹簧管）损坏难以修理，必须更换；测量精度受环境温度及温包安置位置影响较大；毛细管传送距离有限制。1.2.2热电阻测温系统热电阻测量精度高,可用作标准仪器，广泛用于生产过程各种介质的温度测量。优点是测量精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷点温度补偿及补偿导线。缺点是需外接电源；热惯性大；不能使用在有机械震动场合。铠装热电阻将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，它的外径可以做得很小，具有良好的力学性能，不怕振动。同时，它具有响应快，时间常数小的优点。铠装热电阻可制成缆状形式，具有可挠性，任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。目前国外N型热电偶得到了广泛的应用,而国内应用仍旧不是很普遍,但随着对加工产品质量控制要求的提高,N型热电偶使用将会越来越多。（参考温度测量技术现状和发展概述杨永军(中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095)）温度测量自学报告-3-1.2.3双金属温度计双金属温度计也是用途十分广泛的就地温度计。优点是结构简单，价格低；维护方便；比玻璃温度计坚固、耐振、耐冲击；示值连续。缺点是测量精度较低。1.2.4热电偶测温系统热电偶在工业测温中占了很大比重。生产过程远距离测温大多使用热电偶。优点是体积小，安装方便；信号远传可作显示、控制用；与压力式温度计相比，响应速度快；测温范围宽；测量精度较高；再现性好；校验容易；价低。缺点是热电势与温度之间是非线性关系；精度比电阻低；在同样条件下，热电偶接点易老化。1.2.5PN结型及集成电路式温度传感器半导体PN结测温是近几年来发展起来的一种新型测温手段.众所周知，PN结的反向电流随温度呈指数规律变化，而当正向电流不变时，其正向压降随温度近似线性变化.现代的PN结温度传感器都是利用正向压降进行测温.PN结正向压降Vbe与绝对温度T间的关系为:Vbe=kT[ln(I/I0)+1]/q,其中I和I0。分别为PN结的正向电流和反向饱和电流，h和q分别为波尔兹曼常数和电子电荷.由此可见，只有I与I0的比值稳定，Vbe与T间的关系才能确定.现代的温度传感器都将恒流源、放大电路、补偿电路集成在一起做成集成温度传感器，其感温部分线路如图2所示.由图可知，输出电压ΔVbe与温度的关系为:ΔVbe=kTln(Ic1/Ic2)/q.只要保持Ic1/Ic2为定值，测量已知电阻R上的电压ΔVbe便可得到温度值.集成电路温度传感器具有体积小、重量轻、精度高等特点，测温范围在-50~150℃.也正好是最常见的温度范围.文献报导的一种电流输出型温度传感器在0---20℃内灵敏度可达1.06μA/℃.线性误差不超过±0.2℃.稳定性为0.02℃/4h温度测量自学报告-4-1.2.6光学高温计测温系统光学高温计结构简单、轻巧、使用方便，常用于金属冶炼、玻璃熔融、热处理等工艺过程中，实施非接触式温度测量。缺点是测量靠人眼比较，容易引入主观误差；价格