項目七 溫度傳感器(理論)

信號檢測與傳感器技術(shù)項目七：溫度傳感器目錄溫度傳感器概述一、熱電偶二、熱敏電阻三、電阻式四、集成IC溫度傳感器概述溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度傳感器：能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器應(yīng)用：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)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導(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1氣體溫度計2玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金溫度傳感器概述分類：1.熱電偶2.熱敏電阻3.電阻溫度檢測器4.集成IC溫度傳感器一、熱電偶1.原理：溫差電現(xiàn)象當(dāng)T>T0時，EAB(T，T0)>0當(dāng)T<T0時，EAB(T，T0)<0當(dāng)T>T0時，EAB(T，T0)=0正（熱）端:A負(fù)（冷）端:B一、熱電偶結(jié)構(gòu)：一、熱電偶2.特點測量精度高：直接測量；測量范圍廣：常用的溫度傳感器熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2800℃(如鎢-錸)。構(gòu)造簡單、使用方便：溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便一、熱電偶3.分類

根據(jù)組成熱電偶的金屬絲材質(zhì)不同，將熱電偶分為不同類型，不同類型對應(yīng)不同的分度表；熱電偶分度表主要分S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。其中S代表鉑銠10，溫度可以達1300+，是所有熱電偶中精度最高的。例：K型熱電偶分度表及使用分度表是冷端為0度時測得的！一、熱電偶4.冷端補償

：如果冷端溫度不是0°C，那么，為了確定實際熱端溫度必須已知冷端溫度?？紤]到非零冷端溫度的電壓，必需對熱電偶輸出電壓進行補償，既所謂的冷端補償。冰點漕法：將冷端放入冰水混合物中；一、熱電偶計算修正法：用普通室溫計算出冷端實際溫度TH，利用公式計算:

EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例:用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，冷端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T,TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)=1.999+0.832

=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。一、熱電偶零點遷移法應(yīng)用領(lǐng)域:如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定(如恒溫車間或有空調(diào)的場所)。實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補償。一、熱電偶軟件處理法：對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。對于T0經(jīng)常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機，按照運算公式設(shè)計一些程序，便能自動修正。集成芯片：如max6675，自帶溫度補償功能；二、熱敏電阻1.原理：電阻隨溫度變化二、熱敏電阻2.優(yōu)點：簡單方便、體積小；3.缺點：阻值與溫度的非線性；易老化，測量范圍窄；三、電阻式溫度傳感器1.原理：溫度隨電阻變化如：pt100是鉑熱電阻，當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。測量范圍

-200℃

至

650℃

；Rt=Rt0[1+α(t-t0)]式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應(yīng)電阻值；α=0.00392,為溫度系數(shù)2、優(yōu)點：耐酸堿、不會變質(zhì)、相當(dāng)線性；四、集成IC溫度傳感器1.原理：

利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性；2.優(yōu)點：輸出線性好、測量精度高,傳感驅(qū)動電路、信號處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封裝后的組件體積非常小,使用方便,價格便宜,故在測溫技術(shù)中越來越得到廣泛應(yīng)用。3.分類：電壓輸出型：AN6701S；電流輸出型：AD590;數(shù)字輸出型：DS1820;四、集成IC溫度傳感器4.DS1820簡介

單線接口：僅需一根口線與MCU連接；

無需外圍元件；

由總線提供電源；

測溫范圍為-55℃～125℃，精度為0.5℃；

九位溫度讀數(shù)；

A/D變換時間為200ms；

用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。

四、集成IC溫度傳感器5.DS1820引腳及功能

GND：地；

VDD：電源電壓

I/O：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)DS1820123GNDI/OVDD(a)PR—35封裝

DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封裝NCNCNCNCVDDNC一根線如何通信？------SPI總線！四、集成IC溫度傳感器6.一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號點1位），但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，表給出了DS1820溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系。溫度/℃輸出的二進制碼對應(yīng)的十六進制碼+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H000000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820溫度與數(shù)字量對應(yīng)關(guān)系表四、集成IC溫度傳感器仿真實例比較熱電偶pt100熱敏電阻DS1820優(yōu)點可測量到小范圍內(nèi)的溫度，熱響應(yīng)快，耐振動和耐沖擊，可