第7章 熱電式傳感器

1、第第7 7章章 熱電式傳感器熱電式傳感器7.1 7.1 熱電偶熱電偶 A A17.2 7.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 A A7.3 7.3 熱敏電阻熱敏電阻 C C37.4 7.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 C C4257.5 7.5 熱電式傳感器的應(yīng)用熱電式傳感器的應(yīng)用 C C概述 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特的裝置。它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特征來(lái)達(dá)到測(cè)量的目的。通常將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為敏感元征來(lái)達(dá)到測(cè)量的目的。通常將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，通過適當(dāng)?shù)?/p>

2、測(cè)量電件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，就可由電壓、電流這些電參數(shù)的變化來(lái)表達(dá)所測(cè)路，就可由電壓、電流這些電參數(shù)的變化來(lái)表達(dá)所測(cè)溫度的變化。溫度的變化。將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器叫熱電偶；將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器叫熱電偶；將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器叫做熱電阻。將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器叫做熱電阻。7.1 熱電偶 熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，具有較高的準(zhǔn)確度、它構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，具有較高的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性，溫度測(cè)量范圍寬，在溫度測(cè)穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性，溫度測(cè)量范圍寬，在溫

3、度測(cè)量中占有重要的地位。量中占有重要的地位。7.1 熱電偶7.1.1 7.1.1 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)兩種不同兩種不同的金屬的金屬A A和和B B構(gòu)成如圖構(gòu)成如圖7-17-1所示的所示的閉合回路閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行加熱加熱，使其溫，使其溫度為度為T T，而另一點(diǎn)置于室溫，而另一點(diǎn)置于室溫T T0 0中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電勢(shì)，用，用 來(lái)表示，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。來(lái)表示，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 0( ,)ABET T 圖圖7-1 7-1 熱電效應(yīng)原理圖熱電效應(yīng)原理圖先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原

4、理演示 結(jié)論結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)溫溫度不相同度不相同時(shí)時(shí)，回路中，回路中將產(chǎn)將產(chǎn)生生電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)。 熱電極熱電極A A右端稱為右端稱為：自由端：自由端（參考端（參考端、冷端）、冷端） 左端稱為左端稱為：測(cè)量端：測(cè)量端（工作端（工作端、熱端）、熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB7.1 熱電偶7.1 熱電偶通常把兩種不同金屬的這種組合叫做熱電偶，通常把兩種不同金屬的這種組合叫做熱電偶，A A、B B叫做熱電極，溫度高的接點(diǎn)叫做熱端或工叫做熱電極，溫度高的接點(diǎn)叫做熱端或工作端，而溫度低的接點(diǎn)叫做冷端或自由端。作端，而溫度低的接點(diǎn)叫做冷端或自由端。由理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電式是由

5、由理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電式是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。7.1 熱電偶圖圖7-2 7-2 接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)兩種不同金屬兩種不同金屬A A和和B B接觸時(shí)，在接觸處便發(fā)生電子的接觸時(shí)，在接觸處便發(fā)生電子的擴(kuò)散。若金屬擴(kuò)散。若金屬A A的自由電子濃度大于金屬的自由電子濃度大于金屬B B的自由電子的自由電子濃度，則在同一瞬間由金屬濃度，則在同一瞬間由金屬A A擴(kuò)散到金屬擴(kuò)散到金屬B B中去的電子中去的電子將比由金屬將比由金屬B B擴(kuò)散到擴(kuò)散到A A中去的電子多，因而金屬中去的電子多，因而金屬A A因失因失去電子而帶正電，金屬去電子而帶正電，金屬B B因

6、得到電子而帶負(fù)電。由于因得到電子而帶負(fù)電。由于正、負(fù)電荷的存在，在接觸處便產(chǎn)生電場(chǎng)。正、負(fù)電荷的存在，在接觸處便產(chǎn)生電場(chǎng)。1. 1. 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)是由于接觸電勢(shì)是由于兩種不同兩種不同導(dǎo)體導(dǎo)體的自由電子密度不同而的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。如在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。如圖圖7-27-2所示。所示。 7.1 熱電偶 該電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散作用的進(jìn)一步發(fā)生，同該電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散作用的進(jìn)一步發(fā)生，同時(shí)引起反方向的電子轉(zhuǎn)移。擴(kuò)散和反擴(kuò)散形成時(shí)引起反方向的電子轉(zhuǎn)移。擴(kuò)散和反擴(kuò)散形成矛盾運(yùn)動(dòng)。上述過程的發(fā)展，直到擴(kuò)散作用和矛盾運(yùn)動(dòng)。上述過程的發(fā)展，直到擴(kuò)散作用和阻礙其擴(kuò)散的作用的效果相同時(shí)，也

7、即由金屬阻礙其擴(kuò)散的作用的效果相同時(shí)，也即由金屬A A擴(kuò)散到金屬擴(kuò)散到金屬B B的自由電子與金屬的自由電子與金屬B B擴(kuò)散到金屬擴(kuò)散到金屬A A的的自由電子（形成漂移電流）相等時(shí)，該過程便自由電子（形成漂移電流）相等時(shí)，該過程便處于動(dòng)態(tài)平衡。在這種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，處于動(dòng)態(tài)平衡。在這種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，A A和和B B兩金屬之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢(shì)，該接觸電兩金屬之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢(shì)，該接觸電勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。的溫度。7.1 熱電偶兩接點(diǎn)的接觸電勢(shì)兩接點(diǎn)的接觸電勢(shì)e eABAB（T T）可表示為可表示為：式中：式中：k-k-

8、玻耳茲曼常數(shù)（玻耳茲曼常數(shù)（k=1.38k=1.38 J/K J/K）；）；T T - -接觸面的絕對(duì)溫度；接觸面的絕對(duì)溫度；e e - -單位電荷量（單位電荷量（e=1.6e=1.6 C C）；）；N NA-A-金屬電極金屬電極A A的自由電子密度；的自由電子密度；N NB-B-金屬電極金屬電極B B的自由電子密度。的自由電子密度。( )lnAABBNkTeTeN231019107.1 熱電偶2 2溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)（又稱湯姆森電勢(shì)）是溫差電勢(shì)（又稱湯姆森電勢(shì)）是同一導(dǎo)體同一導(dǎo)體的兩端因其的兩端因其溫度不同溫度不同而而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。圖圖7-3 7-3 溫差電動(dòng)勢(shì)溫

9、差電動(dòng)勢(shì)同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，高溫端的電子能量要同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢(shì)。電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢(shì)。7.1 熱電偶式中式中- -湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為11時(shí)所產(chǎn)生時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。的電動(dòng)勢(shì)值，它與材料的性質(zhì)有

10、關(guān)。00( ,)TATe T TdT其大小由下面公式給出：其大小由下面公式給出：7.1 熱電偶7.1 熱電偶熱電偶000000000( ,)( )( ,)()( ,)( )() ( ,)( ,)()ln()ABABAABBABABABTAABTBET TeTe T TeTe T TeTeTe T Te T TNkTTdteN式中：式中： 、 分別為溫度分別為溫度T T和和 下的接觸電勢(shì)下的接觸電勢(shì); ; 、 為為A A和和B B的溫差電勢(shì)。的溫差電勢(shì)。( )ABeT0()ABeT0T0( ,)Ae T T0( ,)Be T T綜上所述，在由兩種不同金屬組成的閉合回路中，當(dāng)兩綜上所述，在由兩種不

11、同金屬組成的閉合回路中，當(dāng)兩端點(diǎn)的溫度不同時(shí)，回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于上述電位差端點(diǎn)的溫度不同時(shí)，回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于上述電位差的代數(shù)和，如圖的代數(shù)和，如圖7-37-3所示：所示：圖圖7-3 7-3 熱電偶回路的總熱電勢(shì)熱電偶回路的總熱電勢(shì) 當(dāng)熱電極當(dāng)熱電極A A和和B B為同一種材料時(shí)為同一種材料時(shí)N NA A=N=NB B, , A=A= B B則則 若熱電偶兩端處于同一溫度下，即若熱電偶兩端處于同一溫度下，即T=T0T=T0，則則 所以熱電勢(shì)存在必須具備所以熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件兩個(gè)條件：1.1.兩種不同的金屬材料組成熱電偶；兩種不同的金屬材料組成熱電偶；2.2.它的兩端存在溫差。它

12、的兩端存在溫差。0( ,)0ABET T0( ,)0ABET T7.1 熱電偶7.1 熱電偶在總熱電勢(shì)中，溫差電勢(shì)在總熱電勢(shì)中，溫差電勢(shì) T0A B在制作熱電偶時(shí)，在制作熱電偶時(shí)，一定要選用均質(zhì)材一定要選用均質(zhì)材料，以防止因材質(zhì)料，以防止因材質(zhì)不均勻而產(chǎn)生附加不均勻而產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，造成測(cè)量熱電勢(shì)，造成測(cè)量誤差。誤差。熱電偶必須采用兩種熱電偶必須采用兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成。7.1 熱電偶2. 2.連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，如果熱電極在熱電偶回路中，如果熱電極A A、B B分別和連接導(dǎo)體分別和連接導(dǎo)體AA、BB相連，其接點(diǎn)溫度分別為相連，其接點(diǎn)溫度分別為T T，T

13、 TC C 和和T T0 0，則回路的總熱電勢(shì)等于，則回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶的熱電勢(shì)和連接導(dǎo)體的熱電勢(shì)的代數(shù)和。即熱電偶的熱電勢(shì)和連接導(dǎo)體的熱電勢(shì)的代數(shù)和。即00,ABB ACABCA BCET T TET TET T 此性質(zhì)為工業(yè)測(cè)溫此性質(zhì)為工業(yè)測(cè)溫引入補(bǔ)償導(dǎo)線提出引入補(bǔ)償導(dǎo)線提出了理論基礎(chǔ)了理論基礎(chǔ)ABT0EAB(T，T0)TCTCAB例例：用鎳鉻鎳硅（：用鎳鉻鎳硅（ K K型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若冷端溫度為型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若冷端溫度為2525，測(cè)，測(cè)得的熱電勢(shì)為得的熱電勢(shì)為20.54mV20.54mV，求測(cè)量端的實(shí)際溫度，反之，若已知測(cè)量端，求測(cè)量端的實(shí)際溫度，反之，若已知測(cè)

14、量端實(shí)際溫度為實(shí)際溫度為800 800 ，其它條件同上，則測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為多少？，其它條件同上，則測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為多少？ 解：（解：（1 1）溫度溫度T()T()K K型熱電偶熱電型熱電偶熱電勢(shì)勢(shì)E(mV)E(mV)25251.0001.00049749720.51620.51649849820.55920.55952152121.54021.54077577532.24732.24780080033.27533.275KE (25,0)=1.00mVKSSET,0 =E T,25 +E 25,0=20.54+1.000=21.54mVKE800,0 =33.275mVKKK E800,25=

15、E800,0 -E25,0=33.275-1.000=32.275mV 查查K型型熱電熱電偶分度表，得偶分度表，得設(shè)備真實(shí)設(shè)備真實(shí) 溫溫度度為為521。（2）7.1 熱電偶7.1 熱電偶7.1.37.1.3熱電偶的結(jié)構(gòu)形式熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件，熱電偶的結(jié)為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 1 1普通型熱電偶普通型熱電偶 圖圖7-7 7-7 普通型熱電偶結(jié)構(gòu)普通型熱電偶結(jié)構(gòu)普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多，它一般由上使用最多，它一般由

16、熱電極、絕緣套管、保熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。護(hù)管和接線盒組成。7.1 熱電偶 圖圖7-8 7-8 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶2 2鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，如圖材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，如圖7-87-8所示。所示。 7.1 熱電偶3.3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料，用薄膜熱電極材料，用真空蒸鍍、化學(xué)涂層真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基等辦法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特板上面制成的一種

17、特殊熱電偶，如圖殊熱電偶，如圖7-97-9。 圖圖7-9 薄膜薄膜熱電熱電偶偶7.1 熱電偶 問題的提出：?jiǎn)栴}的提出： 從熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電勢(shì)的大小不僅和熱端溫從熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電勢(shì)的大小不僅和熱端溫度有關(guān)，而且也和冷端溫度度有關(guān)，而且也和冷端溫度有關(guān)有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度固定不變，只有當(dāng)冷端溫度固定不變，才能通過熱電勢(shì)的大小去判斷熱端溫度的高低。當(dāng)冷端溫，才能通過熱電勢(shì)的大小去判斷熱端溫度的高低。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)較大時(shí)？度波動(dòng)較大時(shí)？ 解決的辦法：解決的辦法： 將熱電極延長(zhǎng)將熱電極延長(zhǎng)冷端引到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，然后再冷端引到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，然后再考慮將冷端溫度處理為考慮將冷

18、端溫度處理為0 0 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償! ! 常用的方法：常用的方法： 冰點(diǎn)槽法，計(jì)算修正法，冷端補(bǔ)償器法，補(bǔ)償導(dǎo)線法，冰點(diǎn)槽法，計(jì)算修正法，冷端補(bǔ)償器法，補(bǔ)償導(dǎo)線法，軟件修正法軟件修正法1 1冰水保溫瓶方式（冰點(diǎn)器方式）冰水保溫瓶方式（冰點(diǎn)器方式）: :將熱電偶的冷端將熱電偶的冷端置于冰水保溫瓶中，獲得熱電偶冷端的參考溫度。置于冰水保溫瓶中，獲得熱電偶冷端的參考溫度。7.1 熱電偶1被測(cè)流體管道被測(cè)流體管道 2熱電偶熱電偶 3接線盒接線盒 4補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 5銅質(zhì)導(dǎo)線銅質(zhì)導(dǎo)線 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9試管試管 10新的冷端新的冷端 2

19、 2恒溫槽方式恒溫槽方式: : 即將冷端置于恒溫槽中，如恒定即將冷端置于恒溫槽中，如恒定 溫度為溫度為T T0 0，則冷端的誤差，則冷端的誤差為：為： 雖然冷端誤差雖然冷端誤差0 0，但是一個(gè)定值。，但是一個(gè)定值。 在回路中加入相應(yīng)修正電壓，或調(diào)整指示裝置在回路中加入相應(yīng)修正電壓，或調(diào)整指示裝置 初始位置，便可完全補(bǔ)償。初始位置，便可完全補(bǔ)償。10110( ,)( ,0)(,0)E T TE TE T 7.1 熱電偶7.1 熱電偶3.3.計(jì)算修正法計(jì)算修正法 用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的自由端延長(zhǎng)到用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的自由端延長(zhǎng)到t t0 0處處( (通常是環(huán)境通常是環(huán)境溫度溫度) )，只要知道該溫度

20、值，并測(cè)出熱電偶回路電勢(shì)值，通，只要知道該溫度值，并測(cè)出熱電偶回路電勢(shì)值，通過查熱電偶分度表計(jì)算的方法，就可以求得被測(cè)實(shí)際溫度。過查熱電偶分度表計(jì)算的方法，就可以求得被測(cè)實(shí)際溫度。 當(dāng)熱電偶的冷端溫度當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0 0 C時(shí)，由于熱端與冷端的溫差時(shí)，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì)隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，t0）與冷）與冷端為端為0 C時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，0 C）不等。若冷端溫度）不等。若冷端溫度高于高于0 C，則，則EAB（t，t0）1.3850W1001.3850。PT100PT100具有正溫度系數(shù)，通常用白金線

21、繞制完具有正溫度系數(shù)，通常用白金線繞制完成后，會(huì)放入保護(hù)管中，保護(hù)管可用玻璃，不成后，會(huì)放入保護(hù)管中，保護(hù)管可用玻璃，不銹鋼等材料制成，為了配合不同的測(cè)試環(huán)境，銹鋼等材料制成，為了配合不同的測(cè)試環(huán)境，可使用不同的長(zhǎng)度與外徑，保護(hù)管內(nèi)空隙以氧可使用不同的長(zhǎng)度與外徑，保護(hù)管內(nèi)空隙以氧化物陶瓷及黏合劑填充。圖化物陶瓷及黏合劑填充。圖7-147-14所示為幾種常所示為幾種常見的包裝。見的包裝。7.2 熱電阻傳感器(a)(a)纏繞在云母棒的纏繞在云母棒的PT100 (b)PT100 (b)封入玻璃中的封入玻璃中的PT100 (c)PT100 (c)不銹鋼包裝保護(hù)管的剖面不銹鋼包裝保護(hù)管的剖面 圖圖7-1

22、4 PT1007-14 PT100幾種常見的包裝幾種常見的包裝7.2 熱電阻傳感器2 2銅電阻銅電阻 由于鉑是貴重金屬材料，因此，在一些測(cè)量精度要由于鉑是貴重金屬材料，因此，在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，它的測(cè)量范圍為溫，它的測(cè)量范圍為-50-50150150。銅熱電阻在測(cè)量。銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為：似地表示為：0(1)(7 14)tRRt7.2 熱電阻傳感器銅熱電阻線性好，價(jià)格便宜，但它電阻率較低，且在銅熱電阻線性好，價(jià)格便宜

23、，但它電阻率較低，且在100100以下易氧化，不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。銅以下易氧化，不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。銅熱電組的兩種分度號(hào)為熱電組的兩種分度號(hào)為Cu50Cu50（R R0=500=50）和）和Cu100Cu100（R100R100=100=100）。）。 Cu50 Cu50分度表如下表所示。分度表如下表所示。表表7-6 WZB7-6 WZB型銅熱電阻分度特性表型銅熱電阻分度特性表R R0 0=53 =53 規(guī)定分度號(hào)規(guī)定分度號(hào)G G 分度系數(shù)分度系數(shù) =4.25=4.2510 /10 /溫度溫度（）0102030405060708090電阻值（電阻值（）-5041.74-

24、053.0050.7548.5046.2443.99053.0055.2557.5059.7562.0164.2666.5268.7771.0273.2710075.5277.7880.0382.2884.5486.7937.2 熱電阻傳感器7.2.2 7.2.2 熱電阻傳感器的引線方式熱電阻傳感器的引線方式熱電阻測(cè)溫精度高、適于測(cè)低溫。傳感器的測(cè)量熱電阻測(cè)溫精度高、適于測(cè)低溫。傳感器的測(cè)量電路經(jīng)常使用電橋，其中精度較高的是自動(dòng)電橋。電路經(jīng)常使用電橋，其中精度較高的是自動(dòng)電橋。圖圖7-15 7-15 內(nèi)部引線方式內(nèi)部引線方式A.A.熱電阻中流過電流具有加熱效應(yīng)。熱電阻中流過電流具有加熱效應(yīng)。B

25、.B.工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與其安裝在控制室的指示儀表之間與其安裝在控制室的指示儀表之間的引線很長(zhǎng)，引線阻值隨外界溫度的引線很長(zhǎng)，引線阻值隨外界溫度變化而變化不能忽略，勢(shì)必造成較變化而變化不能忽略，勢(shì)必造成較大的測(cè)量誤差。大的測(cè)量誤差。解決方法：解決方法：A.A. 盡量減小流過熱電阻的電流盡量減小流過熱電阻的電流( (小于小于10mA)10mA)。B. B. 采用三線制和四線制的接法。采用三線制和四線制的接法。存在的問題存在的問題：7.2 熱電阻傳感器R1=R3; Ra:R1=R3; Ra:零位調(diào)節(jié)精密電阻零位調(diào)節(jié)精密電阻 當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們長(zhǎng)度和電阻溫度

26、系數(shù)一致，電阻的變化不影響當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)一致，電阻的變化不影響電橋的狀態(tài)。電橋在零位調(diào)整時(shí)，使電橋的狀態(tài)。電橋在零位調(diào)整時(shí)，使 。 4+atoRRRaR圖圖7-16 7-16 熱電阻測(cè)溫電橋的三線制接法熱電阻測(cè)溫電橋的三線制接法 三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。所引起的測(cè)量誤差。 三線接法中可調(diào)電阻三線接法中可調(diào)電阻 的觸點(diǎn)、接觸電阻和電橋臂電阻相連，可能導(dǎo)致的觸點(diǎn)、接觸電阻和電橋臂電阻相連，可能導(dǎo)致電橋零點(diǎn)不穩(wěn)。電橋零點(diǎn)不穩(wěn)。7.2 熱電阻傳感器圖圖7-17

27、 7-17 熱電阻測(cè)溫電橋的四線制接法熱電阻測(cè)溫電橋的四線制接法G G：檢流計(jì)，：檢流計(jì)，R1R1、R2R2、R3R3：固定電阻，：固定電阻，r1r1、r2r2、r3r3：引線電阻：引線電阻RaRa：零位調(diào)節(jié)電阻，：零位調(diào)節(jié)電阻，RtRt：熱電阻：熱電阻當(dāng)當(dāng)U UA A= =U UB B時(shí)，電橋平衡，調(diào)節(jié)時(shí)，電橋平衡，調(diào)節(jié)RaRa，可消除引線電阻的影響。四，可消除引線電阻的影響。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫常采用三線制和四線制連接法。檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫常采用三線制和四線制連接法。 7.2 熱

28、電阻傳感器7.2.3 7.2.3 幾種常用的熱電阻傳感器測(cè)量電路幾種常用的熱電阻傳感器測(cè)量電路1 1PT100PT100的測(cè)量電路的測(cè)量電路圖圖7-18 PT100 7-18 PT100 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路aUCIbU4i5i1fU7.2 熱電阻傳感器圖圖7-19 7-19 鉑電阻恒電流工作電路鉑電阻恒電流工作電路RU1e2 2恒電流工作方式下恒電流工作方式下TRRA102BTRRA102B鉑電阻的基本測(cè)量電路鉑電阻的基本測(cè)量電路 inIoute7.2 熱電阻傳感器 圖圖7-20 7-20 鉑電阻恒電流工作電路鉑電阻恒電流工作電路7.2 熱電阻傳感器3 3恒電壓工作方式下恒電壓工作方式下TRRA

29、102BTRRA102B鉑電阻的基本測(cè)量電路鉑電阻的基本測(cè)量電路圖圖7-21 7-21 恒電壓工作電路恒電壓工作電路7.2 熱電阻傳感器圖圖7-22 7-22 恒電壓工作電路恒電壓工作電路7.2 熱電阻傳感器4 4電流為電流為420mA420mA的鉑電阻環(huán)形測(cè)量電路的鉑電阻環(huán)形測(cè)量電路圖圖7-237-23 用鉑電阻制作的用鉑電阻制作的420mA420mA的環(huán)路器電路的環(huán)路器電路7.2 熱電阻傳感器5 5測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為06000600的帶有線性化電路的環(huán)形電流電路的帶有線性化電路的環(huán)形電流電路圖圖7-24 7-24 用于鉑電阻的測(cè)溫范圍為用于鉑電阻的測(cè)溫范圍為06000600的的420mA

30、420mA電流環(huán)形電路電流環(huán)形電路7.2 熱電阻傳感器 圖圖7-26 7-26 電路的非線性誤差電路的非線性誤差圖圖7-25 7-25 鉑電阻的鉑電阻的3 3線式連接法線式連接法7.3 熱敏電阻 熱敏電阻熱敏電阻: :半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的一種半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的一種熱敏元件。熱敏元件。熱敏電阻是由一些金屬氧化物熱敏電阻是由一些金屬氧化物, , 采用不同比例的采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。熱敏電阻具有以下優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，靈熱敏電

31、阻具有以下優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電阻率高，熱慣性??；敏度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電阻率高，熱慣性??；但它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換但它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換性較差。性較差。 7.3 熱敏電阻7.3.1 7.3.1 熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型：即負(fù)按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型：即負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（NTCNTC），正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻），正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（PTCPTC）和在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度）和在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫

32、度電阻器（電阻器（CTRCTR）。它們的特性曲線如同）。它們的特性曲線如同7-267-26所示。所示。 圖圖7-27 7-27 各種熱敏電阻的特性各種熱敏電阻的特性7.3 熱敏電阻 由圖由圖7-277-27可見，使用可見，使用CTRCTR型熱敏電阻組成控型熱敏電阻組成控制開關(guān)是十分理想的。在溫度測(cè)量中，則主要采制開關(guān)是十分理想的。在溫度測(cè)量中，則主要采用用NTCNTC或或PTCPTC型熱敏電阻，但使用最多的是型熱敏電阻，但使用最多的是NTCNTC型型熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值與溫度熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系可表示為：的關(guān)系可表示為：式中：式中： R RT T、R

33、 R0 0溫度溫度T T、T T0 0時(shí)的阻值；時(shí)的阻值； T T熱力學(xué)溫度；熱力學(xué)溫度； B B熱敏電阻材料常數(shù)，一般取熱敏電阻材料常數(shù)，一般取200020006000K6000K。011()0BTTTRR e0(1)tRRt7.3 熱敏電阻21TTdRBRdTT B B和和 值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度很高。但熱敏電阻非線性嚴(yán)重，所以實(shí)際使用時(shí)要對(duì)其度很高。但熱敏電阻非線性嚴(yán)重，所以實(shí)際使用時(shí)要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。進(jìn)行線性化處理。若定

34、義若定義 為熱敏電阻的溫度系數(shù)為熱敏電阻的溫度系數(shù) ，則由，則由 式得：式得：0(1)tRRt1TTdRRdT7.3 熱敏電阻7.3.27.3.2熱敏電阻輸出特性的熱敏電阻輸出特性的線性化線性化處理處理熱敏電阻值隨溫度變化呈指數(shù)規(guī)律，其非線性非常嚴(yán)重。熱敏電阻值隨溫度變化呈指數(shù)規(guī)律，其非線性非常嚴(yán)重。線性變換常用的方法有：線性變換常用的方法有： 1 1線性化網(wǎng)絡(luò)線性化網(wǎng)絡(luò) 對(duì)熱敏電阻進(jìn)行線性化處理的最簡(jiǎn)單方法是用溫度系數(shù)對(duì)熱敏電阻進(jìn)行線性化處理的最簡(jiǎn)單方法是用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)代替很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)代替單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫

35、度呈一定的線性關(guān)系。圖單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關(guān)系。圖7-287-28是兩種最簡(jiǎn)單的線性化方法。是兩種最簡(jiǎn)單的線性化方法。7.3 熱敏電阻圖圖7-28 7-28 常用補(bǔ)償電路常用補(bǔ)償電路7.3 熱敏電阻2 2計(jì)算修正法計(jì)算修正法大部分傳感器的輸出特性都存在非線性，因此實(shí)大部分傳感器的輸出特性都存在非線性，因此實(shí)際使用時(shí)都必須對(duì)其進(jìn)行線性化處理，其方法有際使用時(shí)都必須對(duì)其進(jìn)行線性化處理，其方法有硬件（電子線路）法和軟件（程序）法。硬件（電子線路）法和軟件（程序）法。在帶有微處理器的測(cè)量系統(tǒng)中，就可以用軟件對(duì)在帶有微處理器的測(cè)量系統(tǒng)中，就可以用軟件對(duì)傳感器進(jìn)行處理。當(dāng)已知熱敏電阻

36、的實(shí)際特性和傳感器進(jìn)行處理。當(dāng)已知熱敏電阻的實(shí)際特性和要求的理想特性時(shí)，可以用線性插值等方法將特要求的理想特性時(shí)，可以用線性插值等方法將特性分段并把分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，性分段并把分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)算，給出要求的輸出值。算，給出要求的輸出值。7.4 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是利用集成溫度傳感器是利用晶體管晶體管PNPN結(jié)結(jié)的的電電流電壓特性與溫度的關(guān)系流電壓特性與溫度的關(guān)系，把感溫，把感溫PNPN結(jié)及有關(guān)結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個(gè)小硅片上，構(gòu)成一個(gè)小型電子線路集成在一個(gè)小硅片上，構(gòu)

37、成一個(gè)小型化、一體化的專用集成電路片?；?、一體化的專用集成電路片。集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，由于價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，由于PNPN結(jié)受耐熱性能和特性范結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，它只能用來(lái)測(cè)圍的限制，它只能用來(lái)測(cè)150150以下的溫度。以下的溫度。7.4 集成溫度傳感器7.4.1 7.4.1 基本工作原理基本工作原理目前在集成溫度傳感器中，都采用一對(duì)非常匹目前在集成溫度傳感器中，都采用一對(duì)非常匹配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件。圖配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件。圖7-297-29是集成是集成溫度傳感器基本原理圖。溫度傳感器基本原理圖。

38、圖圖7-29 7-29 集成溫度傳感器基本原理集成溫度傳感器基本原理7.4 集成溫度傳感器其中其中VT1VT1和和VT2VT2是互相匹配的晶體管，是互相匹配的晶體管，I I1 1和和I I2 2分別是分別是VT1VT1和和VT2VT2管的集電極電流，由恒流源提供。管的集電極電流，由恒流源提供。VT1VT1和和VT2VT2管的管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差UbeUbe可用下式表示，即：可用下式表示，即： 121212ln()ln()beIAEIKTKTUqIAEqI式中：式中：k k- -是波爾茲曼常數(shù)；是波爾茲曼常數(shù)； q q- -是電子電荷量；是電子電荷量； - -是是

39、VT1VT1和和 VT2VT2管發(fā)射結(jié)的面積之比。管發(fā)射結(jié)的面積之比。 從式中看出，如果保證從式中看出，如果保證I I1 1/I/I2 2恒定，則恒定，則UbeUbe就與溫度就與溫度T T成單值線性函數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的基本工作成單值線性函數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的基本工作原理，在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)出各種不同電路以及不同輸出類原理，在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器。型的集成溫度傳感器。7.4 集成溫度傳感器7.4.2 7.4.2 集成溫度傳感器的信號(hào)輸出方式集成溫度傳感器的信號(hào)輸出方式1 1電壓輸出型電壓輸出型 電壓輸出型集成溫度傳感電壓輸出型集成溫度傳

40、感器原理電路圖如圖器原理電路圖如圖7-307-30所所示。當(dāng)電流示。當(dāng)電流I I1 1恒定時(shí)，通恒定時(shí)，通過改變過改變R R1 1的阻值，可實(shí)現(xiàn)的阻值，可實(shí)現(xiàn)I I1 1=I=I2 2，當(dāng)晶體管的，當(dāng)晶體管的1 1 圖圖7-30 7-30 電壓輸出型電路原理圖電壓輸出型電路原理圖時(shí)，電路的輸出電壓可由時(shí)，電路的輸出電壓可由下式確定，即：下式確定，即： 202211.lnbeURKTUI RRRq7.4 集成溫度傳感器2 2電流輸出型電流輸出型圖圖7-317-31為電流輸出型集成溫為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖。度傳感器的原理電路圖。VT1VT1和和VT2VT2是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的兩個(gè)晶體是結(jié)構(gòu)

41、對(duì)稱的兩個(gè)晶體管，作為恒流源負(fù)載，管，作為恒流源負(fù)載，VT3VT3和和VT4VT4管是測(cè)溫用的晶體管，其管是測(cè)溫用的晶體管，其中中VT3VT3管的發(fā)射結(jié)面積是管的發(fā)射結(jié)面積是VT4VT4管管的的8 8倍，即倍，即r r=8=8。流過電路的。流過電路的 圖圖7-31 7-31 電流輸出型電路原理圖電流輸出型電路原理圖總電流總電流Ir Ir為：為： 1222lnbeUKTIIRqR7.4 集成溫度傳感器 7.4.3 AD5907.4.3 AD590集成溫度傳感器應(yīng)用實(shí)例集成溫度傳感器應(yīng)用實(shí)例AD590AD590是應(yīng)用廣泛的一種集成溫度傳感器，由于它內(nèi)部有放大是應(yīng)用廣泛的一種集成溫度傳感器，由于它內(nèi)

42、部有放大電路，再配上相應(yīng)外電路，方便地構(gòu)成各種應(yīng)用電路。下面電路，再配上相應(yīng)外電路，方便地構(gòu)成各種應(yīng)用電路。下面介紹介紹AD590AD590幾種簡(jiǎn)單的應(yīng)用線路。幾種簡(jiǎn)單的應(yīng)用線路。 1 1溫度測(cè)量電路溫度測(cè)量電路 圖圖7-327-32是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)溫電是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)溫電路。路。AD590AD590在在2525（298.2K298.2K）時(shí)，理想輸出電流為時(shí)，理想輸出電流為298.2298.2A A，但實(shí)際上存在一定誤差，可以但實(shí)際上存在一定誤差，可以 圖圖7-32 7-32 簡(jiǎn)單的測(cè)量電路簡(jiǎn)單的測(cè)量電路在外電路中進(jìn)行修正。在外電路中進(jìn)行修正。 1 1、數(shù)字式溫度表、數(shù)字式溫度表 數(shù)字式溫度表由

43、前置放大、線性化電路、數(shù)字式溫度表由前置放大、線性化電路、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器和顯示電路部分組成。和顯示電路部分組成。 非線性校正：硬件校正法、計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件校正。非線性校正：硬件校正法、計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件校正。03VA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顯顯示示CPU7.5 熱電熱電式傳傳感器的應(yīng)應(yīng)用 2 2、爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)、爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)溫溫度度給給定定值值A(chǔ)DC0809功功 率率放大器放大器 8051 單單 片片 機(jī)機(jī)DAC0832晶晶閘閘管管調(diào)壓調(diào)壓器器晶晶閘閘管管溫溫 度度顯顯示示電電路路濾濾波波電電路路放大放大電電路路熱電熱電偶偶加加熱爐熱爐熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量的溫度測(cè)量 熱敏電阻

44、用于熱敏電阻用于電熱水電熱水器器的溫度測(cè)量及控制的溫度測(cè)量及控制 熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 3 3、熱敏電阻的應(yīng)用、熱敏電阻的應(yīng)用4 4、大棚智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)、大棚智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)信信號(hào)號(hào)放大放大調(diào)調(diào)理理電電路路A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電電路路時(shí)鐘時(shí)鐘電電路路鍵盤鍵盤電電路路 AT89S51 AT89S51顯顯示示電電路路PT100PT100溫溫室室大棚大棚降降溫溫設(shè)備設(shè)備5 5、汽車用水溫傳感器及水溫表、汽車用水溫傳感器及水溫表 銅熱電銅熱電阻阻6 6、客房火災(zāi)報(bào)警器、客房火災(zāi)報(bào)警器LEDLED報(bào)報(bào)警警電電路路TT201TT201房房間間1 1房房間間2 2 房房間間3 3房房間間4 4圖圖

45、5-31 5-31 客房火災(zāi)客房火災(zāi)報(bào)報(bào)警器警器電電路路圖圖 下圖是客房火災(zāi)報(bào)警器原理電路圖。在每個(gè)客房中安裝有由下圖是客房火災(zāi)報(bào)警器原理電路圖。在每個(gè)客房中安裝有由TT201TT201溫控晶閘溫控晶閘管組成的火災(zāi)傳感器，在每一路中又都串有發(fā)光二極管管組成的火災(zāi)傳感器，在每一路中又都串有發(fā)光二極管LEDLED，其總線串接報(bào)警電，其總線串接報(bào)警電路再與電源相連。為及時(shí)了解災(zāi)情，發(fā)光二極管及報(bào)警電路均設(shè)置在總監(jiān)控臺(tái)。路再與電源相連。為及時(shí)了解災(zāi)情，發(fā)光二極管及報(bào)警電路均設(shè)置在總監(jiān)控臺(tái)。若某一房間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度升高，當(dāng)環(huán)境溫度升高到溫控晶閘管的若某一房間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度升高，當(dāng)

46、環(huán)境溫度升高到溫控晶閘管的開啟電壓溫度時(shí)，該路的溫控晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)光顯示，同時(shí)，由開啟電壓溫度時(shí)，該路的溫控晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)光顯示，同時(shí)，由于溫控晶閘管導(dǎo)通會(huì)使總線電流增大，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，再經(jīng)報(bào)警電路檢測(cè)處理后于溫控晶閘管導(dǎo)通會(huì)使總線電流增大，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，再經(jīng)報(bào)警電路檢測(cè)處理后，立即發(fā)出火災(zāi)警笛聲響。，立即發(fā)出火災(zāi)警笛聲響。7 7、 液位報(bào)警器液位報(bào)警器 下圖是采用集成溫度傳感器的液位報(bào)警器的原理電路。它由兩個(gè)下圖是采用集成溫度傳感器的液位報(bào)警器的原理電路。它由兩個(gè)AD590AD590集成集成溫度傳感器、運(yùn)算放大器及報(bào)警電路等組成，其中傳感器溫度傳感器、運(yùn)算放大器及

47、報(bào)警電路等組成，其中傳感器B B2 2設(shè)置在警式液面的位設(shè)置在警式液面的位置，傳感器置，傳感器B B1 1設(shè)置在外部。正常情況下，兩個(gè)傳感器在相同的溫度條件下，調(diào)節(jié)設(shè)置在外部。正常情況下，兩個(gè)傳感器在相同的溫度條件下，調(diào)節(jié)電位器電位器RPRP1 1，使運(yùn)算放大器輸出為零。當(dāng)液面升高時(shí)，傳感器，使運(yùn)算放大器輸出為零。當(dāng)液面升高時(shí)，傳感器B B2 2將會(huì)被液體淹沒將會(huì)被液體淹沒，由于液體溫度與環(huán)境溫度的差別，使運(yùn)算放大器工作輸出不為零的控制信號(hào)，由于液體溫度與環(huán)境溫度的差別，使運(yùn)算放大器工作輸出不為零的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。液面液面B B2 2B B1 1R R1 1R R

48、2 210K10K報(bào)報(bào)警警電電路路ICIC50M50MRPRP1 150K50KU UR R3 310K10K741741AD590AD590AD590AD590圖圖 5-32 5-32 液位液位報(bào)報(bào)警器原理警器原理圖圖8 8、自動(dòng)溫度測(cè)控儀、自動(dòng)溫度測(cè)控儀 （1 1）系統(tǒng)組成）系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由溫度檢測(cè)、壓頻轉(zhuǎn)換、單片機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)、通訊接本系統(tǒng)由溫度檢測(cè)、壓頻轉(zhuǎn)換、單片機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)、通訊接口、口、PCPC機(jī)等五部分組成，其結(jié)構(gòu)如框圖機(jī)等五部分組成，其結(jié)構(gòu)如框圖5-335-33所示。所示。PCPC機(jī)機(jī)溫溫度度檢測(cè)檢測(cè)I/FI/F轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換單單片機(jī)控制片機(jī)控制溫溫度度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)部分部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

49、圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 （2 2）工作過程）工作過程 溫度傳感器溫度傳感器AD590AD590首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行測(cè)量，輸出與溫度成正首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行測(cè)量，輸出與溫度成正比的電流，經(jīng)比的電流，經(jīng)I IF F變換轉(zhuǎn)換為與電流成正比的方波重復(fù)頻率，送單變換轉(zhuǎn)換為與電流成正比的方波重復(fù)頻率，送單片機(jī)采樣計(jì)數(shù)；然后根據(jù)軟件設(shè)定的溫度上、下限值進(jìn)行測(cè)量、比片機(jī)采樣計(jì)數(shù)；然后根據(jù)軟件設(shè)定的溫度上、下限值進(jìn)行測(cè)量、比較、控制，使現(xiàn)場(chǎng)的溫度達(dá)到設(shè)定值。較、控制，使現(xiàn)場(chǎng)的溫度達(dá)到設(shè)定值。 5 5ADADAD590AD590L1L110mH10mHC C1010220220C C9 90.10.1C C3 30.010.

50、01C C2 20.010.01R RTRIGTRIGCVoltCVoltDISDISTHRTHRQ QVCCVCCR R10101K1KPTEMPTEMR R5 51K1KR R1 110K10K5 5R R2 210K10KTXDTXDRXDRXD5 5T T3 390129012T T1 190139013D D1 141484148DB1DB1T T5 590139013R R3 35K5KD D2 241484148C1C1470470R R9 95K5KR R4 44K4KD3D3400440045 5RELRELR R1 1R R2 2 T4T490139013R R5 5222

51、2R R5 57575TCOMTCOM1 12 26 67 7+5+5C8C81010R7R75K5KC4C430g30gC5C530g30gXTXT11.0592M11.0592MXL1XL1XL2XL2+5+5TCCNTCCN+ +C7C7220220C6C60.10.11 1101020201111RSTRSTVCCVCCP17P17P16P16P10P10P37P37CRIDCRID自動(dòng)溫度測(cè)控儀電原理圖自動(dòng)溫度測(cè)控儀電原理圖 （3 3）I IF F變換變換 選用選用NE555NE555構(gòu)成電流控制頻率的多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)構(gòu)成電流控制頻率的多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)I IF F變換，變換，其電路如

52、圖其電路如圖5-34(a)5-34(a)所示。這種電路具有良好的精度、線性度和積所示。這種電路具有良好的精度、線性度和積分輸入特點(diǎn)，非線性誤差分輸入特點(diǎn)，非線性誤差0.2%0.2%，抗干擾能力強(qiáng)。此外，應(yīng)用電路，抗干擾能力強(qiáng)。此外，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，外圍元件性能要求不高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度不低簡(jiǎn)單，外圍元件性能要求不高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度不低于一般的雙積分型于一般的雙積分型A AD D器件，耐用且價(jià)格低廉。將器件，耐用且價(jià)格低廉。將NE555NE555接成多諧接成多諧振蕩器，即在施密特的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)振蕩器，即在施密特的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)I IF F變換。變換。AD590AD590輸出的電流經(jīng)

53、輸出的電流經(jīng)補(bǔ)償電阻補(bǔ)償電阻R R5 5對(duì)對(duì)C C2 2充電，當(dāng)充電，當(dāng)C C2 2上的電壓達(dá)到上的電壓達(dá)到(10(103)V3)V時(shí)，時(shí)，NE555NE555的第的第3 3腳輸出低電平，腳輸出低電平，1 1、7 7腳導(dǎo)通，腳導(dǎo)通，C C1 1迅速放電；當(dāng)迅速放電；當(dāng)C C2 2上的電壓降到上的電壓降到(5(53)V3)V時(shí)，時(shí)，NE555NE555又輸出高電平，又輸出高電平，C C2 2再次充電，如此往復(fù)充放電，再次充電，如此往復(fù)充放電，C C2 2上上形成鋸齒波電壓，形成鋸齒波電壓，NE555NE555輸出負(fù)跳變方波。即輸出負(fù)跳變方波。即AD590AD590輸出的電流輸出的電流I I經(jīng)經(jīng)其

54、中補(bǔ)償電阻其中補(bǔ)償電阻R R5 5C C2 2，為放電時(shí)間，為使測(cè)量精度提高，選為放電時(shí)間，為使測(cè)量精度提高，選擇電容擇電容C C2 2要小。選取要小。選取C C2 20.01F0.01F，獲得的頻率大于，獲得的頻率大于6000Hz6000Hz，方波的，方波的幅度幅度U U2.2V2.2V，上升沿、下降沿都十分陡峭，符合單片機(jī)采樣信號(hào)，上升沿、下降沿都十分陡峭，符合單片機(jī)采樣信號(hào)的要求。的要求。 （4 4）硬件電路）硬件電路 用用C2051C2051單片機(jī)作溫度測(cè)量控制中心，整機(jī)硬件電路如圖單片機(jī)作溫度測(cè)量控制中心，整機(jī)硬件電路如圖5-345-34。P3.4P3.4為采樣輸入口，為采樣輸入口，P1.0P1.0為控制輸出口，為控制輸出口，P3.0P3.0、P3.1P3.1為通訊口，為通訊口，T T1 1、T T2 2、T T3 3、T T5 5構(gòu)成構(gòu)成C20501C20501與與PCPC機(jī)的接口電路。機(jī)的接口電路。 RCRC積分電路接入積分電路接入NE555NE555多諧振蕩器的輸入端，把模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換多諧振蕩器的輸入端，把模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波。方波的頻率由下式表示：為方波。方波的頻率由下式表示： f f0.2I0.2IC C2 2 (5-39) (5-39)9 9、功率晶體管的保護(hù)電路、功率晶體管的保護(hù)電路 正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻R RT T接接在晶體