第12章溫度傳感器傳感器原理與應用

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器主要內容：

12.1熱電偶

12.2熱電阻、熱敏電阻

12.3

紅外線傳感器

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器溫度是諸多物理現象中具有代表性的物理量，是現代生活中不可缺少的信息內容，更是科學實驗與工業過程控制中檢測的重要參數。許多生產過程和日常生活都需要溫度參數和溫度控制。如家用電器：電冰箱、空調、電飯煲、微波爐.隨著測溫技術的發展，測溫范圍和精度都有很大的提高，新型溫度傳感器不斷出現，如紅外、光纖、微波、超聲波、核磁共振（NQR）等都獲得廣泛應用。測溫系統主要由兩部分組成：傳感器及轉換電路。12.1溫度傳感器的分類及溫標現場控制室感溫元件轉換顯示EtRtT

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱力學溫度是國際上公認的最基本溫度，我國目前實行的是1990年國際溫標(ITS—90）

(ITS—90）定義:

國際開爾文溫度（T90）：單位，開爾文（符號K）國際攝氏溫度（t90）：單位，攝氏（符號℃）兩者關系為：

t90/℃=T90/K–273.15

或表示為

t/℃=T/K–273.15

為定量描述溫度的高低，必須建立溫度標尺（溫標），各種溫度計和溫度傳感器的溫度數值均由溫標確定。1.溫度單位

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器

溫度傳感器的種類很多，溫度傳感器按價格和性能可分為：

熱膨脹溫度傳感器:有液體、氣體的玻璃式溫度計\體溫計，結構簡單，應用較廣泛；

家電、汽車上使用的溫度傳感器測溫范圍小（環境溫度）、成本低、價格便宜、用量大、性能差別不大；

工業上使用的溫度傳感器，性能價格差別比較大，因為傳感器的精度直接關系到產品質量和控制過程，通常價格比較昂貴。2.溫度傳感器分類方法根據所用測溫物質的不同和測溫范圍不同有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差溫度計、輻射溫度計、光測溫度計、紅外等等。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器

溫度傳感器按工作原理主要有以下幾類：

熱電偶，利用金屬的溫差電動勢測溫，特點：耐高溫、精度高，可測量上千度；熱電阻，利用金屬導體電阻隨溫度變化，可測溫幾百度；熱敏電阻，利用半導體材料電阻隨溫度變化測溫，特點：體積小、靈敏度高、使用方便，穩定性差；集成溫度傳感器，利用晶體管P-N結的電流、電壓隨溫度變化，有專用集成電路，特點：體積小、響應快、價廉，測量150℃以下溫度。

智能型集成溫度傳感器。2.溫度傳感器分類方法

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器測溫方法測溫原理溫度傳感器接觸式

固體熱膨脹體積變化—液體熱膨脹氣體熱膨脹雙金屬溫度計玻璃管液體溫度計氣體溫度計、壓力溫度計電阻變化金屬電阻溫度傳感器半導體熱敏電阻接觸式熱電效應貴金屬熱電偶普通金屬熱電偶非金屬熱電偶頻率變化石英晶體溫度傳感器光學特性光纖溫度傳感器；液晶溫度傳感器聲學特性超聲波溫度傳感器非接觸式

亮度法熱輻射—全輻射法比色法紅外法光學高溫計全輻射高溫計比色高溫計紅外溫度傳感器氣流變化射流溫度傳感器

按測溫方式分類：

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器3.各種熱電式傳感器液體膨脹

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器3.各種熱電式傳感器固體膨脹溫度計氣體膨脹溫度計

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱電偶熱電偶是工業上應用最廣泛的溫度傳感器

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱電阻和熱敏電阻熱敏電阻是家用電器應用最廣泛的溫度傳感器

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器在線高溫紅外測溫

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器甲型流感紅外測溫

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2

熱電偶熱電效應：為兩種不同類型的金屬導體，導體兩端分別接在一起構成閉合回路，當兩個結點溫度不等有溫差時回路里會產生熱電勢，形成電流，這種現象稱為熱電效應。利用這種效應，只要知道一端結點溫度，通過熱電勢就可以測出另一端結點的溫度。

熱電偶是利用金屬的溫差電動勢測溫12.2.1熱電效應

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應（冷端）T0——基準端，固定溫度節點，恒定在某一標準溫度；冷端標準溫度為冰點（0℃）。（熱端）T——測溫端，待測溫度的接點，置于被測溫度場中。這種將溫度轉換成熱電動勢的傳感器稱熱電偶，金屬電極稱熱電極;

電極:冷端與熱端

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應熱電偶冷端冰點測溫方法金屬的熱電勢由兩部分組成：

接觸電勢；

溫差電勢。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應不同金屬自由電子密度不同，當兩種金屬接觸在一起時，在結點處會產生電子擴散，濃度大的向濃度小的金屬擴散。(1)兩種導體的接觸電勢

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應(1)兩種導體的接觸電勢濃度高的失去電子顯正電，濃度低的得到電子顯負電。當擴散達到動態平衡時，得到穩定的接觸電勢。濃度大的向濃度小的金屬擴散

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應熱端接觸電勢為：

冷端接觸電勢為：、式中：A、B

代表不同材料；T，T0

為兩結點端溫度；

＿波爾茲曼常數；

＿電子電荷量；

是A、B材料的電子濃度。在閉合回路中，總的接觸電勢為

熱電偶熱端溫度為T時，兩個接點的接觸電勢分別為

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應對單一金屬如果兩邊溫度不同，兩端有溫度梯度也產生溫差電動勢；產生這個電勢是由于導體內自由電子在高溫端具有較大的動能，會向低溫端擴散，由于高溫端失去電子帶正電，低溫端得到電子帶負電。(2)單一導體的溫差電勢（湯姆遜電勢）

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應A、B兩導體構成閉合回路總的溫差電勢為：

Ａ、Ｂ兩個導體的單一導體的溫差電勢分別為式中：是澤貝克系數，是溫度和位置的函數。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.1熱電效應結論：若熱電偶兩電極材料相同（NA=NB、σA=σB），無論兩端點溫度如何，總熱電勢EAB為零；2.如果熱電偶兩接點溫度相同（T=T0）時，A、B材料不同，回路總電勢EAB為零；3.因此，熱電偶必須用不同材料做電極，在T、T0兩端必須有溫差梯度，這是熱電偶產生熱電勢的必要條件。

根據兩導體的接觸電勢和單一導體溫差電勢，熱電偶總的熱電勢為接觸電勢、溫差電勢之和：

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.2熱電偶基本定律如果將熱電偶T0端斷開，接入第三導體C，回路中電勢由EAB（T，T0）應寫為：ＡＢＣＴＴ０Ｔ０設

則有：

(1)三種導體的熱電回路（中間導體定律）

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.2熱電偶基本定律ＡＢＣＴT０Ｔ０測量儀器

結論：當熱電偶引入第三導體C時，只要C導體兩端溫度相同，回路總電勢不變。中間導體定律說明，回路中接入導體和儀表后不會影響熱電勢。根據這一定律，將導體C

作為測量儀器接入回路，就可以由總電勢求出工作端溫度，條件是：保證兩端溫度一致。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.2熱電偶基本定律在熱電偶測溫回路中TC為熱電極上某點溫度；熱電偶在接點溫度為T、T0

時的熱電勢EAB（T，T0），等于接點溫度T、TC

和

TC、T0

時的熱電勢的代數和，A-B熱電偶的熱電勢為：

實際測量時，利用這一性質，對參考端溫度不為零度時的熱電勢以及冷端延伸引線進行修正和補償。(2)參考電極定律（中間溫度定律）

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類貴金屬熱電偶鉑銠—鉑銠（600～1700）℃鉑銠—鉑（0～1600）℃普通金屬熱電偶鎳鉻—鎳硅（-200～1200）℃鎳鉻—鎳銅（-40～750）℃，鐵—康銅（0～400）℃熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、性能好，這是其它接觸式溫度傳感器無法替代的。1.熱電偶種類

國際電工委員會IEC(InternationalElectroTechnicalCommission)

推薦８種標準化熱電偶，已列入工業標準化文件，具有統一的分度表。溫度℃0102030405060708090熱電動勢mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.02432.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.879100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82649.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807——鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型)分度表（參考端溫度為0℃）

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類普通熱電偶，測量氣體、蒸汽、液體等，棒形結構；薄膜熱電偶，用于火箭、飛機噴嘴溫度測量，結構較薄；鎧裝熱電偶，用以測量狹小對象，結構細長、可彎曲；表面熱電偶，用于弧形表面物體測溫；消耗式熱電偶，主要用于鋼水溫度測量。2.熱電偶結構

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類普通熱電偶：測量氣體、蒸汽、液體等

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類薄膜熱電偶：用于火箭、飛機噴嘴等溫度測量

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類鎧裝熱電偶：用以測量狹小對象，結構細長、可彎曲。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類這種熱電偶，專門適用于測量高溫爐溫度分布，可反復彎曲，耐溫可達1250℃。熱電偶的插頭部分也可耐425℃的高溫，可以直接安裝在爐內。Nanmac還提供與之匹配的接線盒，可以一起固定在爐內。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.3熱電偶的結構和種類熱電偶型號命名方法

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用

熱電偶特點：耐高溫、精度高，可測量上千度。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用通過查分度表可知熱電偶產生的熱電勢；如K型熱電偶：

0℃時E=0mV，

600℃時E=24.902mv；分度表以t=0℃作基準.電路調試步驟：調零：T=0℃時調整調零電位器RP2使運放輸出為零；調增益：溫度600℃時調節反饋電阻RP1

使運放輸出在6V。600℃時K型熱電偶熱電勢E=24.902mv，放大器增益為6V/24.902mv=240.945，可得到6V滿量程輸出。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用實際應用若參考端溫度不為0℃，工作端溫度為t時，由分度表可查出EA（t，0）;與實際熱電勢EAB（t,t0）之間的關系可通過中間溫度定律得出：

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.2.4熱電偶測量電路及應用例：使用K型熱電偶測溫，當基準接點為0℃，測量接點為30℃和900℃時，溫差電動勢分別為1.203mV和37.325mV。

當基準接點為30℃，測溫接點為900℃時的溫差電動勢E為多少？解：t=900℃（測溫點）t0=30℃（基準點）

∵

K型熱電偶900℃時總的溫差電勢為

37.325mV=E

（900℃，30℃）+E（30℃，0℃）=E+1.203mV

∴

測溫點溫差電勢為

E=36.122mV900℃—30℃—0℃

中間溫度定律溫度℃0102030405060708090熱電動勢mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.02432.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.879100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82649.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807——鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型)分度表（參考端溫度為0℃）

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器爐溫的自動調節

12.2.4

熱電偶測量電路及應用爐溫的自動記錄

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱敏電阻傳感器主要有兩大類：金屬熱電阻半導體熱敏電阻金屬熱電阻、半導體熱敏電阻統稱熱電阻。12.3

熱電阻和熱敏電阻貼片式薄膜式

大功率

RT熱電阻電路符號

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器普通金屬熱電阻一般用于-200～+850℃溫度測量,

少數可測1000℃。

材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳，繞制在云母板、玻璃或陶瓷線圈架上，構成熱電阻。鉑線云母絕緣耐高溫瓷管帶保護管的鉑測溫電阻元件12.3

熱電阻和熱敏電阻

12.3.1金屬熱電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.1金屬熱電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.1金屬熱電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.1金屬熱電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器按IEC（國際電工委員會）標準

鉑熱電阻阻值與溫度變化范圍之間的關系近似為：12.3.1金屬熱電阻-200～O℃

+0～850℃

式中：

為溫度

和

時的電阻值A、B、C

為常數，Ｒt值的大小與Ｒ０有關為的公稱值

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.1金屬熱電阻分度號分別為：Pt10、Pt100

目前我國規定工業用鉑熱電阻有兩種公稱值：

國際溫標ITS—90標準中,

A、B、C

常數規定為；鉑電阻的溫度特性多為正特性

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱電阻型號命名方法

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器近年來，幾乎所有的家用電器產品都裝有微處理器，溫度控制完全智能化，這些溫度傳感器幾乎都使用熱敏電阻。12.3

熱電阻和熱敏電阻

12.3.2熱敏電阻熱敏電阻是用半導體材料氧化復合燒結而成溫度敏感元件主要材料有：Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物，結構分為：二端、三端、四端、直熱式、旁熱式。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.2熱敏電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器熱敏電阻—溫度特性

PTC

——正溫度系數特性型；

NTC

——負溫度系數特性型；12.3.2熱敏電阻負溫度系數型熱敏電阻特性曲線

多數半導體熱敏電阻具有負溫度系數，溫度升高電阻下降，同時靈敏度下降；所以熱電阻限制了它在高溫下使用。目前，熱敏電阻溫度上限約300℃

。半導體熱敏電阻通過參雜，是很好的低溫傳感器，可以測量40-100K（-233--173℃）的溫度。熱敏電阻最大的缺點是，產品一致性差，互換性不好，一般只用于電器產品，不在石油、鋼鐵等制造業上使用。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器負溫度系數熱敏電阻的特性曲線可用經驗公式表示：12.3.2熱敏電阻A，與材料和形狀有關；B，常數。，溫度為T時的電阻值；

標稱電阻值R25（Ω），是熱敏電阻在25℃時的阻值。Rt溫度t℃時的電阻值（Ω）；α25是熱敏電阻在25℃時的電阻溫度系數。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用

圖是一滯回特性的恒溫控制電路，RT為熱敏電阻，A為比較器，當環境溫度達到T℃時，由輸出信號實現調溫控制。比較器同相端Vb

作為基準電壓，由RP1、R2、R3（或穩壓管）確定分壓，RP1可調節比較器的比較電平，從而調節所需控制溫度。輸入端由RT、R2分壓。

輸出特性：

Vb1、Vb2為門限電壓，傳輸特性通過R4正反饋使轉換部分變陡

Va＞Vb1，U0

由正翻轉為負；

Va＜Vb2，U0

由負翻轉為正。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用熱敏電阻的恒溫控制電路復合管作開關-+LM311比較器，反相端-3，同相端-2；輸出-1加熱器負特性熱敏電阻NTC——負溫度系數特性熱敏電阻

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用+-

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用+-

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用+-

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用+-

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器12.3.3熱敏電阻的應用+-

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器

無線測溫系統回轉窯無線測溫系統，采用無線通信技術，將熱電偶測得的窯內溫度無線傳送到控制室并在計算機上顯示。同時可顯示窯頭、窯中和窯尾12-24個通道的溫度；安裝在窯體上的發射裝置經隔熱處理后可耐受400℃以下表面溫度；發射系統采用高性能鋰電池供電，太陽能板隨時為電池充電；該系統具有溫度上下限超限報警，傳感器回路開路提示，及電池電壓過低報警功能。系統根據需要使用的熱電偶類型為（S﹑R﹑B﹑K）。

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器

無線測溫系統測溫發射裝置USB接收裝置USB接收與計算機顯示4-20mA接收裝置應用現場4-20mA接收柜現場隔熱箱現場室外轉窯紅外傳感器按應用可分為：熱成像遙感技術；紅外搜索(跟蹤目標、確定位置)、通訊；紅外輻射測量；紅外測距、測溫等。第12章溫度傳感器12.5紅外線傳感器紅外輻射的物理本質是熱輻射，人、動物、植物、火、水都有熱輻射，只是波長不同而已；一個識熱的物體向外輻射能量，大部分是通過紅外線輻射出來的，溫度越高輻射紅外線越多，輻射能越強。

傳感與檢測技術12.5.1紅外輻射第12章溫度傳感器12.5.1紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，是一種不可見光，其光譜位于可見光中紅色以外，所以稱紅外線，波長約0.75～1000μm。紅外輻射是介于可見光和微波之間的電磁波；紅外波長比無線電波的波長短，所以紅外儀器的空間分辨率比雷達高；紅外波長比可見光的波長長，因此紅外線透過陰霾的能力比可見光強。可見光紅外線微波

傳感與檢測技術長波短波760nm400nm

可見光

電磁波譜紅外線

紫外線

射線X射線長波無線電波頻率波長短波無線電波電磁波譜無線電波可見光紅外線紫外光

射線

射線END

電磁波譜波長范圍第12章溫度傳感器

工程上把紅外線占據在電磁波譜中的波段分為:

近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四個波段。紅外

傳感與檢測技術12.5.1紅外輻射紅外線和電磁波一樣，以波的形式在空間傳播，因為空氣中氮、氫、氧不吸收紅外線，使大氣層對不同的波長紅外線存在不同吸收帶;紅外線在通過大氣層時有三個波段通過率最高：

2～2.6μm,3～5μm,8～14μm這三個波段對紅外探測技術非常重要，遙感紅外探測器一般工作在這三個波段。第12章溫度傳感器紅外

傳感與檢測技術12.5.2紅外輻射探測器紅外傳感器有兩部分組成：1）紅外輻射源有紅外輻射的物體就可以視為紅外輻射源；根據輻射源的幾何尺寸、距離遠近可視為點源和面源；

（紅外輻射基準源—黑體爐）2）紅外探測器指能將紅外輻射能轉換為電能的熱敏和光敏器件。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術紅外線熱、光電能12.5.2紅外輻射探測器紅外探測器主要有兩大類型：1）（熱電型）熱探測器包括有：熱釋電元件、熱敏電阻、熱電偶等；2）（量子型）光子探測器利用某些半導體材料在紅外輻射的照射下產生光電子效應，使材料電學性質發生變化；其中有：光敏電阻、光敏管、光電池等。

量子型光子探測器與光電傳感器原理相同，本節主要介紹熱電型紅外探測器。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.2紅外輻射探測器光量子型紅外探測器是利用光電效應，通過改變電子能量的狀態引起電學現象，光量子型傳感器有：

光電導型（PC），電阻受光照后引起電阻變化；

光電型（PV），由于光照產生光生電子——空穴對；

光電磁型（PEM），利用光電磁PEM效應，器件加電場和磁場的同時產生與光照成正比的感應電荷；

肖特基型（ST），金屬與半導體接觸形成肖特基勢壘隨光照而變化。光量子型探測器與熱探測器的區別：

光量子型光電探測器探測的波長較窄，與器件材料有關；

熱探測器幾乎可以探測整個紅外波長范圍第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.2紅外輻射探測器熱釋電元件主要利用熱釋電效應熱探測器利用紅外輻射的熱效應，探測器吸收輻射能后引起溫度升高，使其它物理量變化；熱釋電元件首先將光輻射能變成材料自身的溫度，利用器件對溫度的敏感特性將溫度變化轉換為電信號；包括了光—熱—電，兩次信息變換過程。光——熱階段，物質吸收光能，溫度升高；熱——電階段，利用某種效應將熱能轉換為電信號第12章溫度傳感器1.熱釋電效應光熱電

傳感與檢測技術熱釋電材料晶體、陶瓷、塑料等鐵電體。

鐵電體-壓電體、熱電體、透明的光電晶體。熱釋電元件結構把具有熱釋電效應的晶體薄片兩面鍍上電極，將透明電極涂上黑色膜使晶體有利于吸收紅外線。P黑色膜電極透明電極ΔP第12章溫度傳感器1.熱釋電效應晶體本身具有一定極化強度P；當紅外輻射照射到已經極化的鐵電體表面時，薄片溫度T升高，表面釋放部分電荷，電荷減少，使極化強度降低▲P，所以稱熱釋電。ΔPPΔTT/℃自發極化

傳感與檢測技術溫度一定時，極化產生的電荷被附集在外表的自由電荷慢慢中和掉，不顯電性；要讓熱釋電材料要顯示出電特性，必需用光調制器，使溫度變化；光調制器的入射光頻率必須大于電荷中合時間的頻率。

τ為中和的平均時間P黑色膜電極透明電極ΔP1.熱釋電效應第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術鐵電體在溫度變化時極化強度發生變化，無論溫度上升還是下降，介質從帶電到不帶電有一個中合時間；要使電荷表現出來，必須使晶體處于冷熱交替變化的工作狀態，表面才能產生電荷。升溫或降溫時電荷極性相反。ΔTTONOFF自發極化被中合，TP，中合，TP，中合第12章溫度傳感器1.熱釋電效應

傳感與檢測技術熱釋電傳感器只能檢測變化的信號，檢測時輻射源必須晃動才有信號輸出。通常采用菲涅爾透鏡對移動信號進行放大，菲涅爾透鏡相當于光柵作用可放大移動信號；菲涅爾透鏡在很多時候相當于紅外線及可見光的凸透鏡，與一般的放大鏡不同，它的表面布滿了微小的條紋，在它旋渦狀條紋中包含著許多凸透鏡（簡稱圓環狀），使得穿過它的光線彎曲即產生衍射現象，從而形成放大的影像。第12章溫度傳感器1.熱釋電效應

傳感與檢測技術第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術2.熱釋電元件及等效電路熱釋電元件可視為電流源，熱釋電材料只有在溫度變化時才產生電流：熱釋電元件式中：S—元件面積；

g—熱釋電系數；

P—極化強度。2.熱釋電元件及等效電路第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術

輸出電壓：熱釋電元件等效電路熱釋電元件絕緣電阻很高，幾十～幾百兆歐，容易引入噪聲，熱釋電元件的電荷要形成電壓輸出，要求有較高的輸入電阻，還需用FET進行阻抗變換。通常熱釋電傳感器已經將前極的場效應管FET和輸入電阻安裝在管殼中。2.熱釋電元件等效電路熱釋電元件等效電路OUT+VGNDRsRg第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術熱釋電元件因紅外線照射產生熱量，材料本身與波長無關，利用元件的窗口選用不同材料做濾光器，通過波長選擇確定選擇波長。材料有鈮酸鍶鋇、鉭酸鋰，工作溫度-40～+85℃，工作視角85°。12.5.3紅外傳感器應用紅外傳感器主要用于紅外測溫、遙控器、紅外監控報警器；紅外攝象機、夜視鏡；控制裝置：自動門、干手機、自動水龍頭等；紅外無損檢測：通過測量熱流或熱量來檢測、鑒定金屬或非金屬材料的質量和內部缺陷；紅外成像技術，紅外變像管成像、紅外攝像管成像、電荷耦合器件（CCD）成像。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用

熱釋電紅外報警控制電路人體輻射紅外線波長大致為6～12μm，溫度36°～37°

人活動的頻率范圍一般在0.1～10Hz之間；熱釋電元件可檢測到10m距離，85°的水平視角范圍；傳感器將熱——電信號送運放A放大，反饋電阻可調節放大倍數；低通輸出一定幅值的直流信號驅動蜂鳴器告警。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術報警12.5.3紅外傳感器應用第12章溫度傳感器F′222hipp′111333

傳感與檢測技術通過菲涅爾透鏡放大了，可對微小移動進行檢測。12.5.3紅外傳感器應用紅外報警電路第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用紅外光束報警電路為防止防盜報警系統的誤報，監控系統不僅嚴格場地要求，還需通過各種監測方式、多方位進行監測。下圖中，通過兩只串聯的LED發射紅外光束，另外兩只并聯的紅外光敏器件接收紅外光束，兩只管子的間距是小于75mm，小于人體的肩厚度。每只光敏管可測到由兩只LED中任意一只發射的光信號，只有當兩條光束同時被遮擋阻斷時接收器才觸發報警，也就是說只有大于75mm的物體遮擋時輸出報警信號，電路可防止蚊蟲、飛蛾導致的誤報。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用自動門由熱釋電紅外傳感器檢測是否有人出入，由單穩態控制電機正轉反轉。第12章溫度傳感器干手器由熱釋電紅外傳感器感應的干手器自動門放大整形

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用

紅外測溫紅外測溫是目前較先進的測溫方法，特點有：1.遠距離、非接觸測量，適應于高速、帶電、高溫、高壓；2.反映速度快，不需要達到熱平衡過程，反映時間在μs量級；3.靈敏度高，輻射能與溫度T成正比；準確度高，可達0.1℃內；4.應用范圍廣泛，0℃以下～上千度。第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用

紅外測溫第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術甲型流感紅外測溫第12章溫度傳感器紅外測溫

傳感與檢測技術熱電偶紅外測溫第12章溫度傳感器透鏡冷端紅外輻射電壓放大器熱電偶

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.3紅外傳感器應用紅外攝像紅外探測制導空對空導彈第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術12.5.2紅外輻射應用紅外測溫紅外報警監視器第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術紅外線傳感器一氧化碳氣體檢測第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術

工業紅外熱像儀第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術

利用熱成像技術進行檢測是最新的測量技術許多場合不僅需要知道物體表面平均溫度，更需要了解物體的溫度分布情況，以便分析研究物體的結構內部缺陷和狀況；紅外成像技術就是將物體的溫度分布以圖象的形式直觀地顯示出來。特點：非接觸測量，可用于安全距離檢測；快速，可快速掃描設備及時發現故障；可測量移動中目標物體。

紅外熱像儀應用第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術

鋼包檢測--檢測襯里損壞狀況，避免漏鋼事故紅外熱像儀應用第12章溫度傳感器

傳感與檢測技術

高爐爐襯檢測

當耐火材料出現裂縫、脫落、局部缺陷時，

高爐表面的溫度場分部不均勻，造成安全隱患。

利用紅外熱像儀可以測量出過熱區（缺陷區）的溫度、位置以及分布面積的大小紅外熱像