XPAN JIAOTONG UNVERSITY 《工程训练》之 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 讲义V12
XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 《工程训练》之一 讲义 V 1.2
第六讲温度的测量 引言 温度的测量是生活中 设计一个恒温热水器:水温下降可以自动 启动加热,当加热到需要的电压时停止加 热,以保持水温恒定。你会选用什么传感 器?传感器选用有什么原则?如何设计电 路? Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-1 第六讲 温度的测量 引言 ➢温度的测量是生活中 ➢设计一个恒温热水器：水温下降可以自动 启动加热，当加热到需要的电压时停止加 热，以保持水温恒定。你会选用什么传感 器？传感器选用有什么原则？如何设计电 路？
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(炼钢) 石英:温度→石英震荡频率 >形变 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-2
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-2 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（炼钢） ➢石英：温度➔石英震荡频率 ➢形变
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,必须进行流压转换。 传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。 对此的验证过程称为标定 而由于系统存在误差,需要对测量电路校准来 消除。 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-3
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-3 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，必须进行流压转换。 ➢ 传感器或测量系统测量的结果应该是可信的。 对此的验证过程称为标定。 ➢ 而由于系统存在误差，需要对测量电路校准来 消除
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 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-4 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
96温度系统的热惯量 热容:物体温度发生变化需要吸热或放热 △Q=CmAt C为比热容,m为质量,A为温度变化 热阻:表征了介质的传热能力,即介质传热的 快 手拿盛了开水的玻璃杯不感觉烫,是因为玻璃杯热 阻很大,传热很優,且大爹散在空气中 保温:浴蛇热庭痕尔,最是冷皿粉 阻,所以人可以 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 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-5
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-5 §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=CmDt C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 ➢手拿盛了开水的玻璃杯不感觉烫，是因为玻璃杯热 阻很大，传热很慢，且大多散失在空气中 ➢人体皮肤以及皮下脂肪有很大的热阻，所以人可以 保温；而蛇热阻很小，故是冷血动物 ➢ 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
96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 少传感器与被测物达到热平衡需要一定的时间 传感器热惯量过大的危害 不能迅速反应被测温度的变化 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) Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-6
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-6 §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 ➔传感器与被测物达到热平衡需要一定的时间 ➢ 传感器热惯量过大的危害 ➢不能迅速反应被测温度的变化 ➢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）
分62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 >灵敏度适中 >精度适中(误差限±0.05、相对误差限 ±0.05%、标准偏差、方差) Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-7
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-7 §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 ➢灵敏度适中 ➢精度适中（误差限±0.05、相对误差限 ±0.05％、标准偏差、方差）
分62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已知的, 传感器或测量系统测量的结果应该是可信 的。对此的验证过程称为标定。 标定的过程:用待标定的传感器对标准物 理量进行测量,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:验证传感器输出信号值与被 测量值之间的对应关系 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-8
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-8 §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已知的， 传感器或测量系统测量的结果应该是可信 的。对此的验证过程称为标定。 ➢标定的过程：用待标定的传感器对标准物 理量进行测量，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：验证传感器输出信号值与被 测量值之间的对应关系
分62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) >标定的目的是验证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) 蔆矜瓣權感器的输入输出关系,并不 标 标定无法直接提高系统的精度,但我们可以根 据标定的绩果调整系统的参数或煮传感器的输 系式的参数 高系统的精 传感器使用一段时间之后,一般要重新标定 Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-9
Industry Training Center 《工程训练》——温度的测量 6-9 §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） ➢ 标定的目的是验证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） ➢ 标定只是是验证传感器的输入输出关系，并不 改变传感器的特性 ➢ 标定无法直接提高系统的精度，但我们可以根 据标定的结果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