熱電式傳感器及其應(yīng)用

第3章生物醫(yī)學(xué)傳感器基礎(chǔ)3.8熱電式傳感器及其應(yīng)用熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!主要內(nèi)容

3.8.1熱敏電阻式傳感器、3.8.2PN結(jié)溫度傳感器另：

熱釋電傳感器石英諧振溫度傳感器熱電偶熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!溫度傳感器的種類(lèi)及特點(diǎn)

接觸式溫度傳感器

非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線(xiàn)，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!1．常用熱電阻范圍：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改進(jìn)后可連續(xù)工作2000h，失效率小于1％，使用期為10年。2．管纜熱電阻

測(cè)溫范圍為-20～＋500℃，最高上限為1000℃，精度為0.5級(jí)。（－）接觸式溫度傳感器3．陶瓷熱電阻測(cè)量范圍為–200～+500℃，精度為0.3、0.15級(jí)。4．超低溫?zé)犭娮鑳煞N碳電阻，可分別測(cè)量–268.8～253℃-272.9～272.99℃的溫度。5．熱敏電阻器適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。經(jīng)濟(jì)性好、價(jià)格便宜。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類(lèi)鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!3.8.1.1金屬熱敏電阻大多數(shù)金屬的電阻率都與溫度成正比：T0時(shí)的電阻T0時(shí)的電阻系數(shù)T0時(shí)的電阻系數(shù)T時(shí)的電阻金屬的溫度系數(shù)為正單晶半導(dǎo)體為正陶瓷半導(dǎo)體的為負(fù)熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!PTC施主摻雜的鈦酸鋇（BaTiO3）陶瓷，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚰庸に@得的半導(dǎo)體，都具有某個(gè)臨界溫度以上出現(xiàn)阻-溫集聚變化的PTC效應(yīng)。個(gè)基本特性及應(yīng)用電阻—溫度特性把溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)取出來(lái)，從而進(jìn)行溫度檢測(cè)、指示、控制、補(bǔ)償和火災(zāi)報(bào)警原料：SrO、TiO2、PbO、Nb2O5、SiO2等特性曲線(xiàn)：電阻值隨溫度變化而改變熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!電流—時(shí)間特性電流持續(xù)一定的時(shí)間ta，然后急劇減小Ia-Ib。應(yīng)用：利用電流與時(shí)間延遲特性具有最大初電流和急劇連續(xù)衰減部分，可用于啟動(dòng)元件、消磁元件、過(guò)流保護(hù)、定時(shí)器等熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!NTC熱敏電阻熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!線(xiàn)性化(a)并聯(lián)電阻(b)串聯(lián)電導(dǎo)

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!對(duì)上式求兩階導(dǎo)數(shù)并使之等于零得到：即：式中RTi為熱敏電阻在中點(diǎn)溫度Ti的阻值熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!線(xiàn)性化將使溫度系數(shù)減小。并聯(lián)后的溫度系數(shù)為αP,通過(guò)對(duì)R式微分可得出：與并聯(lián)前比較，溫度系數(shù)αP減小了1/(1+RTi/RP)倍在高精度測(cè)溫中,用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行線(xiàn)性化。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!熱敏電阻在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中的應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中,如口腔型，表面型和注射針型探頭等以半導(dǎo)體熱敏電阻為溫度敏感元件。呼吸傳感器：用膠布固定在病人鼻孔出口處,進(jìn)行呼吸率的連續(xù)檢查

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!二極管溫度特性：α與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù);γ與遷移率有關(guān)的常數(shù)(一般γ=1.5～3);Ego絕對(duì)零度(OK)的材料禁帶寬度lnT的變化相對(duì)T變化可忽略不計(jì)只要IF恒定,二極管正向電壓VF是溫度T的線(xiàn)性函數(shù)

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!3.8.2.1二極管溫度傳感器理想二極管，伏安特性：飽和電流可由下式求得：兩邊取對(duì)數(shù)，把Is帶入，求得VF的表達(dá)式？熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2.三極管溫度傳感器NPN型晶體三極管的基極-發(fā)射極電壓VBE和溫度T的關(guān)系為:

VBE=Ego/q–(KT/q)ln(αTγ/IC)

式中:α為與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù),但與結(jié)面積和基區(qū)寬度有關(guān);Ego為OK下硅的禁帶寬度,γ為常數(shù),其值一般在3～5之間。如果集電極電流Ic為常數(shù),則VBE僅隨溫度單調(diào)和單值變化。三極管溫度傳感器是負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!3.8.3集成電路溫度傳感器集成電路溫度傳感器是將溫敏三極管(一般為差分對(duì)管)及其外圍電路集成在同一芯片上的集成化PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器線(xiàn)性好,精度高,互換性好,使用方便,其工作溫度范圍一般為-50～+150℃。集成電路溫度傳感器按輸出分為：電壓型和電流型,典型電壓型集成溫度傳感器有：μPC616A/C,LM135,AN6701等,典型電流型集成溫度傳感器為AD690。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!AD590電流輸出型集成溫度傳感器I-V特性最簡(jiǎn)單的溫度計(jì)電路電流隨溫度變化的恒流源,靈敏度為1μA/K精度達(dá)土0.5℃,線(xiàn)性誤差小于土0.5℃。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!3.8.4熱輻射溫度傳感器非接觸式溫度測(cè)量則是根據(jù)物體輻射溫度的測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)的。在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中應(yīng)用范圍非常廣泛。例如醫(yī)用紅外熱像儀,它可用于人體多個(gè)部位(頭部、頸部、心血管、脊椎、四肢血管、乳腺、前列腺、胃腸道等)和多種疾病(疼痛,乳腺癌、肺肝癌、胰腺癌、血管瘤等腫瘤,燒傷、放射線(xiàn)灼傷等)的診斷。醫(yī)用紅外熱像儀一般由：鏡頭、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理單元和顯示部分組成只要溫度高于絕對(duì)零度，物體都由一定波長(zhǎng)的電磁波輻射，熱輻射溫度檢測(cè)就是基于這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!紅外熱圖正常人體的腹部，兩側(cè)溫度分布基本對(duì)稱(chēng)，臍部為正常的熱區(qū)，脂肪厚的地方溫度較低，兩乳為正常微冷區(qū)

正常人的腿部，雙腿基本對(duì)稱(chēng)，雙足由于負(fù)重過(guò)久而血流不暢，導(dǎo)致低溫。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!紅外熱圖左乳確診乳腺癌，遠(yuǎn)紅外熱像顯示，血管明顯增粗、代謝旺盛。整體溫度明顯高于右乳。乳窩處的熱區(qū)為正常的升溫。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!紅外熱圖靜脈曲張患者的腿部遠(yuǎn)紅外熱像，血管明顯增溫、增粗，箭頭所指處尤為明顯。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!紅外熱圖靜脈炎是靜脈血管發(fā)炎，熱圖表現(xiàn)為局部熱區(qū)明顯擴(kuò)大。脈管炎是中小動(dòng)脈血管壁發(fā)炎引起的肢端發(fā)涼，壞疽，從熱圖反應(yīng)手足部及前下肢溫度偏低。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!紅外熱圖某些糖尿病患者會(huì)出現(xiàn)一種稱(chēng)之為“糖尿病足”的并發(fā)癥。它的病理變化是糖尿病后期全身性血管狹窄，尤其以下肢血管狹窄為甚，血管明顯減少，致使局部組織缺血缺氧，最后發(fā)展為不可逆的組織壞死，不得不進(jìn)行外科截肢手術(shù)。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!紅外熱圖雷諾氏病，雙手彌漫性高溫充血，手指的平均溫度較手背溫度高2～3度。手指與手背溫度呈異常的反相性熱圖像分布。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!紅外熱圖腦血栓患者的遠(yuǎn)紅外熱圖，該患者熱像檢查顯示：左頸動(dòng)脈的分支顳淺動(dòng)脈、上頜動(dòng)脈面動(dòng)脈所分布區(qū)域（前額區(qū)、兩側(cè)區(qū)、面頰級(jí)口周）均呈低溫缺血狀，提示左頸動(dòng)脈附壁血栓形成。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!紅外熱圖腰肌勞損，腰椎體兩旁韌帶呈條索狀增溫，病變范圍局限（箭頭所示），溫差在0.7～1.0℃。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!紅外熱圖頸椎病熱圖，能顯示出相應(yīng)骨贅壓迫椎動(dòng)脈，即椎間盤(pán)變性變薄后椎動(dòng)脈發(fā)生彎曲致局部血流量減少（呈低溫區(qū)）或骨贅刺激交感纖維或星狀神經(jīng)節(jié)，引起椎動(dòng)脈收縮，呈局部供血不足，并致其所轄部位營(yíng)養(yǎng)障礙。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!基本臨床應(yīng)用血液循環(huán)的研究利用紅外照片來(lái)記錄乳房和腹部淺表靜脈的圖形和大小變化，可以研究血液運(yùn)行狀況。例如，初產(chǎn)婦和多產(chǎn)婦在妊娠時(shí)，紅外照片上的血流狀況是不一樣的。由于血液中各種成分對(duì)紅外光的吸收作用不同，可作臨床疾病的更深入研究。腎上腺索對(duì)正常人和高血壓病人有影響，這可從指甲的紅外照片上反映出來(lái)。此外，紅外照片還可探索結(jié)核菌素和其它皮膚試驗(yàn)的反應(yīng)。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!基本臨床應(yīng)用肝病理學(xué)紅外攝影對(duì)肝硬化的診斷有很大幫助，它可以把肝硬化與肝癌等區(qū)別出來(lái)。早期的肝硬化，沒(méi)有明顯的側(cè)支循環(huán)而晚期的肝病中有非常清晰的分枝靜脈圖像，成為肝硬化病癥的特征。腫瘤的研究應(yīng)用紅外攝影技術(shù)常可以發(fā)現(xiàn)腫瘤。生長(zhǎng)在體表上或接近體表的早期惡性腫瘤，其周?chē)鷷?huì)有血管增多或異常條紋，它表示了腫瘤血液的供給有不同程度的增加。這可作為確定有否惡性瘤的輔助手段。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!紅外熱圖診斷方法代謝旺盛、血液循環(huán)豐富的疾?。貉装Y、腫瘤等可出現(xiàn)較高溫的熱圖，惡性腫瘤轉(zhuǎn)移和可能發(fā)生轉(zhuǎn)移的新部位熱圖，異常的高溫區(qū)常高于臨界部0.7℃以上并可見(jiàn)多處點(diǎn)、團(tuán)狀熱圖像，勞損等可出現(xiàn)低于急性炎癥的熱圖；代謝循環(huán)功能低下，局部缺血的熱圖如：栓塞、微循環(huán)下降、積液、其局部血液循環(huán)破壞后則表現(xiàn)為明顯的低溫?zé)釄D。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!紅外熱圖診斷標(biāo)準(zhǔn)

（室溫在20℃左右）炎癥：患部溫度比周?chē)＝M織增高0.5℃～0.7℃。潰瘍：患部溫度比周?chē)＝M織增高0.7℃～1.0℃。癌變：患部溫度比周?chē)＝M織增高≥1.0℃。低溫區(qū)：病變區(qū)域與健側(cè)相比溫差>-0.2℃高溫區(qū)：>1.2℃常溫區(qū)：雙鎖骨上、頭、下腰、后頸背部、手、雙液下、肘窩、雙髂腹股溝（人體表淺血管和散熱多的部位一般會(huì)出現(xiàn)較健側(cè)高的熱區(qū)）血管影像：增粗、中斷、團(tuán)狀（瘤）、扭曲（壓迫）、衛(wèi)星影像（惡性瘤）區(qū)表現(xiàn)形式：片狀、條狀（強(qiáng)直性脊?fàn)钛祝?、帶狀、次熱區(qū)、點(diǎn)狀、不規(guī)則。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!

1．熱輻射溫度檢測(cè)原理只要溫度高于絕對(duì)零度，物體都有一定波長(zhǎng)的電磁輻射，或者說(shuō)能量輻射，熱量輻射等。輻射溫度檢測(cè)就是基于這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)非接觸式溫度測(cè)量。2.熱輻射探測(cè)器熱輻射探測(cè)器有不同種類(lèi)，采用晶體，陶瓷和半導(dǎo)體等材料作感應(yīng)元件。工作波長(zhǎng)在0.1μm～20μm的紅外光區(qū)域，也稱(chēng)為紅外探測(cè)器。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!熱釋電傳感器是一種熱輻射探測(cè)器，用于非接觸式溫度測(cè)量。熱釋電傳感器是指某些晶體在溫度變化時(shí)會(huì)發(fā)生電極化。溫度升高則在晶體某些方向產(chǎn)生等量異號(hào)電荷。冷卻時(shí)電荷變化與加熱時(shí)相反。電荷的積累與溫度的變化相對(duì)應(yīng)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)吸收紅外波段為10μm。在端面上敷以電極,并接上負(fù)載電阻,有電流流過(guò)，在負(fù)載R兩端有交流電壓輸出。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!熱輻射設(shè)溫度變化率為dT/dt,電極面積為A,束縛電荷面密度等于Ps，Ps對(duì)時(shí)間的化率為dPs/dt,則輸出電流ΔI為:ΔI正比于溫度變化速率

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!熱輻射測(cè)量?jī)x的構(gòu)成原理由光學(xué)系統(tǒng)，斬波器，紅外探測(cè)器，放大器等組成測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)獲取紅外信號(hào)。為斬波器提供脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器，工作脈沖頻率1.2Hz。獲取斬波器表面溫度的基準(zhǔn)溫度測(cè)量，采用熱敏傳感器測(cè)量溫度。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!熱輻射探測(cè)器只能檢測(cè)溫度差，不能直接測(cè)量物體的溫度，采用斬波器后，熱輻射探測(cè)器接收的信號(hào)就是被測(cè)物體與斬波器表面的溫度差，每個(gè)周期T內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器采樣兩次，次為t1時(shí)間間隔，A/D轉(zhuǎn)換器采樣物體輻射信號(hào)。第二次為t4時(shí)間間隔，A/D轉(zhuǎn)換器采樣斬波器表面的溫度。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!補(bǔ)充2石英諧振器溫度傳感器使用石英晶體的數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)，是利用某種特殊切割的石英諧振器，其諧振頻率與溫度的線(xiàn)性關(guān)系，把溫度轉(zhuǎn)換成頻率，以獲得數(shù)字輸出裝置。利用一個(gè)溫度受控的基準(zhǔn)振蕩器與檢測(cè)振蕩器混頻，差頻信號(hào)由濾波器濾除，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)，可得到一個(gè)與溫度成正比的數(shù)字輸出。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!1金屬熱電偶傳感器據(jù)此，賽貝克發(fā)現(xiàn)和證明了兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。兩種不同材料的導(dǎo)體所組成的回路稱(chēng)為“熱電偶”，組成熱電偶的導(dǎo)體稱(chēng)為“熱電極”，熱電偶所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，置于溫度為T(mén)的被測(cè)對(duì)象中的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)之為測(cè)量端，又稱(chēng)為工作端或熱端；而置于參考溫度為T(mén)0的另一結(jié)點(diǎn)稱(chēng)之為參考端，又稱(chēng)自由端或冷端。我們用毫伏表代替指南針，來(lái)演示賽貝克的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)熱電偶兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差小的時(shí)候，即使它們均被加熱，毫伏數(shù)仍較?。粌蓚€(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差越大，電動(dòng)勢(shì)就越大；當(dāng)“熱端的溫度低于”冷端時(shí)，毫伏數(shù)為負(fù)值。1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!由于不同金屬間的電子濃度不同,造成的電子擴(kuò)散:高濃度金屬向低濃度金屬擴(kuò)散,直到兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止.接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-EAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T(mén)時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。1）.兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3）.回路總電勢(shì)NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)只占極小部分，可以忽略不計(jì)，故式可以寫(xiě)成

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!4)導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。3)只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。1)熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。2)只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。結(jié)論(4點(diǎn))：熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!l．輻射高溫計(jì)

用來(lái)測(cè)量1000℃以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。2．光譜高溫計(jì)

前蘇聯(lián)研制的YCI—I型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì),其測(cè)量范圍為400～6000℃,它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

（二）非接觸式溫度傳感器3．超聲波溫度傳感器

特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強(qiáng)。目前國(guó)外有可測(cè)到5000℉的產(chǎn)品。4．激光溫度傳感器

適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度，精度為1％。美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000℃，專(zhuān)門(mén)用于核聚變研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光溫度傳感器可測(cè)幾千開(kāi)(K)的高溫。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!3.8.1熱敏電阻式傳感器幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨其本身溫度變化而變化，這一物理現(xiàn)象稱(chēng)為熱電阻效應(yīng)利用熱電阻效應(yīng)制成的溫度敏感元件稱(chēng)為熱敏電阻熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!3。幾種常見(jiàn)熱敏電阻和探頭的結(jié)構(gòu)外形

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!鉑熱敏電阻鉑電阻的阻值和溫度之間的關(guān)系接近線(xiàn)性：0~6300C-200~00C熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!3.8.1.2半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻分為三種類(lèi)型：熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!電壓—電流特性如圖所示，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)B前的AB段，電流與電壓成正比，類(lèi)似與普通電阻特性；在轉(zhuǎn)折點(diǎn)B后的BC段，隨著功耗增大，溫度升高導(dǎo)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，阻值急劇上升，電流隨著電壓的上升而下降，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近。阻體所耗散的功率恒定。應(yīng)用：在電流最大值和功率恒定部分，作為恒溫發(fā)熱體，如卷發(fā)器，暖風(fēng)機(jī)，限流器以及液面報(bào)警器等。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!NTC型NTC陶瓷的晶相結(jié)構(gòu)都屬于尖晶石結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式AB2O4導(dǎo)電機(jī)制：通過(guò)可變價(jià)的導(dǎo)價(jià)金屬離子之間的電子交換，屬P型半導(dǎo)體；其載流子的濃度與晶格中各種缺陷濃度有關(guān)。電阻溫度特性：電阻溫度系數(shù)：熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!3.8.1.4半導(dǎo)體熱敏電阻的線(xiàn)性化在精密溫度測(cè)量中,熱敏電阻非線(xiàn)性溫度特性影響測(cè)溫精度。在一定溫度范圍內(nèi),有兩種方法線(xiàn)性化用恒流源供電，熱敏電阻兩端電壓作溫度指示,則用一適當(dāng)?shù)碾娮鑂p與熱敏電阻RT并聯(lián)進(jìn)行線(xiàn)性化,如下圖(a)所示。以恒壓源供電,把熱敏電阻的電流作為溫度指示,在RT上串聯(lián)電導(dǎo)Gs進(jìn)行線(xiàn)性化，如下圖(b)所示。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!在曲線(xiàn)的拐點(diǎn)附近，曲線(xiàn)近似為線(xiàn)性，因此把測(cè)量溫度范圍的中點(diǎn)Ti設(shè)在拐點(diǎn)處。根據(jù)拐點(diǎn)處熱敏電阻RT的值，選擇并聯(lián)電阻Rp，Rp計(jì)算公式推導(dǎo)：由于RT=R0eB/T,故

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!類(lèi)似地,很容易求出所需串聯(lián)電阻的阻值Rs:

其中GTi為熱敏電阻在中點(diǎn)溫度Ti的電導(dǎo)

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!5.熱敏電阻測(cè)溫電路Rt為熱敏電阻，Rs用于電導(dǎo)-溫度特性線(xiàn)性化W150mV電壓源調(diào)節(jié)W2溫度0℃時(shí)使輸出為零輸出電壓U0與Rs和Rt串聯(lián)的電導(dǎo)成正比

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!3.8.2PN結(jié)型溫度傳感器半導(dǎo)體物理知識(shí)知道,PN結(jié)的伏安特性與溫度有關(guān),利用PN結(jié)這一特性，可制成各種PN結(jié)型溫度傳感器。典型的PN結(jié)型溫度傳感器：有二極管，三極管和集成電路溫度傳感器。PN結(jié)型溫度傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是輸出特性呈線(xiàn)性，測(cè)溫精度高。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!3.8.2PN結(jié)型溫度傳感器3.8.2.1二極管溫度傳感器熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!二極管溫度傳感器電原理圖IF為恒流源,一般10～100μA。調(diào)節(jié)R3和R2改變輸出靈敏度和零電位,以得到攝氏和華氏溫度顯示。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!三極管溫度傳感器基本電路溫敏三極管為負(fù)反饋元件,

電流Ic=Vcc/Rc，Ic恒定,

VBE與T近似線(xiàn)性

,改變導(dǎo)通電阻，得到輸出電壓熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!精密電壓輸出型集成溫度傳感器LM135是一種兩端器件,其輸出電壓正比于溫度,靈敏度：1OmV/K電流：0.4～5mA1OkΩ電位器定標(biāo)熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!AD590用于電爐內(nèi)部恒溫控制

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!紅外熱圖正常人頭部遠(yuǎn)紅外熱圖

正常的人體上部遠(yuǎn)紅外熱像，鎖骨處及淋巴處代謝旺盛，出現(xiàn)正常均勻的熱區(qū)，兩乳正常溫度微低熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!紅外熱圖在乳腺早期癌變尚未形成明顯的腫塊時(shí)，其局部組織即會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如局部血管增生、擴(kuò)張、迂曲（熱圖顯示為血管倒粗或環(huán)狀和網(wǎng)狀血管），局部組織代謝旺盛，其溫度即可升高。箭頭處即為乳腺癌區(qū)。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!紅外熱圖左側(cè)熱圖為一乳腺癌患者，內(nèi)部有明顯的腫塊，已經(jīng)壞死，右邊為X光圖片，互相印證，X光中的亮的部分為已經(jīng)壞死的腫瘤。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!紅外熱圖脈管炎患者的腿部遠(yuǎn)紅外熱像圖，患腿由于血管疾病而血流不暢，導(dǎo)致低溫。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!紅外熱圖左膝關(guān)節(jié)軟組織炎。熱圖顯示左膝關(guān)節(jié)局部團(tuán)狀增溫（箭頭所示），溫差0.7～1.2℃不等。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!紅外熱圖雷諾氏病，雙手缺血，溫度較正常溫度低2～3℃。手指與手背溫差梯度較大。手指平均溫度較手背平均低2～3℃。

熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!紅外熱圖腱鞘炎，熱圖顯示：右手第五掌骨病灶區(qū)溫度增高，范圍局限，溫差0.8～1.2℃。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!紅外熱圖強(qiáng)直性脊柱炎（AS)患者的脊背熱像圖，以后正中線(xiàn)的棘突為中心的自頸背至腰骶部的異常熱區(qū)，如同一條彩帶。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!紅外熱圖肝癌患者的腹部遠(yuǎn)紅外熱像圖，肝部明顯代謝旺盛，溫度升高，此人的右乳也有些增生跡象。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!基本臨床應(yīng)用靜脈攝影結(jié)合常規(guī)的攝影技術(shù)紅外攝影方法可以顯示出靜脈曲張的特征性異常表現(xiàn)。它表現(xiàn)為在正常小腿上能見(jiàn)到比較細(xì)直的分枝，形成多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在靜脈曲張病例中，常見(jiàn)到蜿蜒彎曲的分枝增粗成靜脈小島，它在紅外照片中清楚地顯示出來(lái)，而用普通攝影或肉限是看不出來(lái)的。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁(yè)!基本臨床應(yīng)用透照技術(shù)采用黑白和彩色紅外透照技術(shù)檢查兒童頭顱疾病，不僅毫無(wú)痛苦，而且比腦室造影檢查安全。其中彩色紅外透照方法特別有價(jià)值。因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)把可見(jiàn)光和紅外光的透射部分記錄下來(lái)，而且在照片上顯示出重要的顏色差別。用這種方法可以將腦積水與更為嚴(yán)重的腦內(nèi)積水加以監(jiān)別。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁(yè)!基本臨床應(yīng)用乳腺癌臨床上已證實(shí)，乳腺癌在紅外照片上顯示為供血增多，病變一側(cè)可清晰看到肉眼不能見(jiàn)到的靜脈充血。皮膚病學(xué)紅外攝影首先用于醫(yī)學(xué)方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表痂皮下面愈合過(guò)程和皮下靜脈情況。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁(yè)!紅外熱圖分析統(tǒng)一的特定溫度條件下：20℃對(duì)稱(chēng)部位比較全身綜合分析生理解剖系統(tǒng)分析結(jié)合主述、病史、查體、特殊檢查綜合判定自身相比較、與他人相比較熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁(yè)!紅外熱圖診斷標(biāo)準(zhǔn)正常熱圖（靠大量實(shí)踐:年輕、年老功能判定）：指人體組織雙側(cè)對(duì)比溫度基本相等，溫差小于0.2℃，血管影像清晰、雙側(cè)對(duì)稱(chēng)。良性熱圖（低溫差熱圖）：指患病處與0.2℃～0.7℃之間，患側(cè)血管影像稍增粗,但雙側(cè)對(duì)稱(chēng)。異常熱圖（多樣性）：指患病處與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，溫差范圍在0.8℃～1.2℃之間，患側(cè)血管影像明顯增粗，增多、但仍對(duì)稱(chēng)。該熱圖疑惡變，囑病人隨診。惡性熱圖（高溫差熱圖）：指患病處與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，其溫差大于1.2℃以上，血管影像增粗，中斷、成團(tuán)、扭曲等，雙側(cè)明顯不對(duì)稱(chēng)。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁(yè)!補(bǔ)充1：熱釋電傳感器某些晶體（例如硫酸三苷肽、鋯鈦酸鉛鑭、透明陶瓷和聚合物薄膜）在溫度變化時(shí)，發(fā)生電極化。均勻加熱晶體的某些方向上會(huì)產(chǎn)生等量異號(hào)的電荷。冷卻晶體時(shí)，電荷變化與加熱時(shí)相反。這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)溫度變化，使晶體結(jié)構(gòu)在某些方向上，正負(fù)電荷重心不重合，產(chǎn)生了自發(fā)極化，自發(fā)極化矢量的方向由負(fù)電重心指向正電重心。熱電式傳感器及其應(yīng)用共85頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁(yè)!溫度為T(mén)的物體，單位面積所輻射的能量：斬波器：對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光