溫度傳感器的應用課件

溫度傳感器的應用溫度傳感器的類型TemplateforMicrosoftPowerPoint溫度傳感器的測溫范圍電橋R0較大時，I0趨向于零

因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根據(jù)分壓原理，輸出電壓Uo為：即設室溫t=t0時，Rx=Rx0，當溫度t=t0+Dt時，Rx=Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得電壓Uo為：測溫原理由于溫度變化而引起的溫度傳感器的阻值變化較小，通常采用電橋構(gòu)成放大器。當溫度傳感器的阻值發(fā)生變化時，電橋的兩臂出現(xiàn)不平衡。這使得電橋輸出一個毫幅級的電壓而供中間級放大器放大，再經(jīng)后續(xù)電路測量。電橋輸出電壓的值可以通過下式求得：

熱電阻傳感器熱電阻：電阻值隨溫度變化的溫度檢測元件。金屬熱電阻的阻值與溫度的關系：

RT=R0[1+a(T-T0)+b(T-T0)2...]

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數(shù)。

半導體熱電阻的阻值與溫度的關系：

RT=AeB/t

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

熱電阻傳感器的四線式接法為了消除熱電阻測量電路中電阻體內(nèi)

導線以及連線引起的誤差，在右圖所

示的電橋及直

流電位差計或數(shù)字電壓

表中，熱電阻體采用４線連接方式，

這樣，可用于對標準電阻溫度計進行

校正，并能對溫度進行高精度的測

量。

如圖所示為熱電阻傳感器構(gòu)成的電橋測溫計。圖中，Ｒｘ為熱電阻體構(gòu)成的電阻元

件，Ｇ為檢流計或微電流檢測器，Ｒ為固定電阻，R１～Ｒ４為平衡調(diào)節(jié)電阻，S為切換開關,L1、L2為熱電阻體內(nèi)導線。

檢流計上部的電壓:VGU=[RX/(RX+R)]U

下部的電壓：VGD=[R4/(R3+R4)]U

檢流計的電壓：VG=VGU-VGD={(RXR3-R4R)/[(R3+R4)(R+RX)]}.U

由上式可見只要RX的值發(fā)生變化，則VG發(fā)生變化

另一種四線式接法右圖中R為固定電阻，R１～Ｒ４為平衡調(diào)節(jié)電

阻，S為切換開關,L1、L2為熱電阻體內(nèi)導線。

設R1的左半部分電阻為R10,右半部分電阻為R11.R2的左半部分電阻為R20,右半部分電阻為R21.R3的左半部分為R30,右半部分為R31.當S接到A時：檢流計的左半部分電壓為：VGL=[(R30+R10)/(R+R10+R30)]U右半部分電壓為：VGR=[(RX+R21)/(RX+R21+R)]U則檢流計和R11、R20兩邊的電壓為：

VG=VGL-VGR={(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/[(R+R1+R30)(RX+R21+R)]}U當S接到B時：檢流計的左半部分電壓為：VGL=[(R30+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)]U右半部分電壓為：VGR=[R21/(R21+R)]U則檢流計和R11、R20兩邊的電壓為：

VG=VGL-VGR={(R21R-RR30-R10R-RRX)/[(R+R10+R30+RX)(R21+R)]}

熱電阻構(gòu)成電位差計或數(shù)字電壓表Ｒｘ為熱電阻體構(gòu)成的電阻元件，ＲＳ為標準電阻，Ｒｈ為電流調(diào)節(jié)電阻，Ｓ為切換開關。

VRs=[RS/(Rh+RS+RX)]UVRx=[Rx/(Rh+RS+RX)]U

通過電位差計或數(shù)字電壓表測出VRs與VRx的差值從而確定出溫度圖ｃ）為電子自動平衡式計量儀器，圖ｄ）為數(shù)字式溫度計

設RP上端的電壓為RPU,下端電壓為RPD,圖C)中放大器兩邊的電壓為：

UA=[(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)]U三線式接法能消除誤差的原理PT100引出的三根導線截面積和長度均

相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路

一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt100)作

為電橋的一個橋臂電阻，將導線一根(r1)

接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)

分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰

的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻

值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引

線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影

響。熱電阻傳感器的二線式接法右圖所示電路為采用２線式連接方式，

這種接線方式不能消除連線電阻隨溫度

變化引起的誤差，為此，應確保連線電

阻值遠低于測溫的熱電阻值。一定要將

外部的電阻值調(diào)整到計量儀器說明書中

提供的標稱值。外部電阻是指接在計量

儀器的測量端子外側(cè)的導線及測溫熱電

阻體內(nèi)導線所組成的電路的電阻，不包

括由熱電阻體構(gòu)成的電阻元件的電阻。

采用熱電阻進行高精度的溫度測量時，

不希望采用２線式連接方式，即使采用也要使用電阻補償導線

檢流計兩邊的電壓為：UG={(RxR-RRP)/[(R+Rx)(R+RP)]}U

3線式鉑熱電阻實用電路

相關計算(起始值)

由于A1放大器的虛短和虛段特性,V+=V-,I+=I-=0,則RA和RB兩端的電壓為穩(wěn)壓管兩端的電壓，即是5V,所以VT1集電極的電流為：i=5/(RA||RB)=1mART的初始阻值為：RT=100ΩB點電壓為：VB=1(mA)X(2r+100)b點電壓為：VA=1(mA)X(r+100)先討論r對電路的影響(此時R0=R1=0)：從B點看，則b點電壓為0，此時,V+=V-=0,流過R2和R3電流相同，則增益為：A1=-(R3/R2)(1+R5/R4)=-(1+R5/R4)

從b點看，則B點電壓為0，由虛短和虛斷特性，且R2=R3增益為：A2=(1+R3/R2)(1+R5/R4)=2(1+R5/R4)則輸出為：U0=VBA1+VAA2=100(1+R5/R4)

當溫度無變化時電路輸出電壓為0：B'點的電壓為(此時此時R0=R1≠0)：VB'=1(mA)X(2r+200)，從B'點看到的增益和從B看到的增益相同，而且b點增益也不變。則輸出電壓為：U0=VB'A1+VAA2=0相關計算（動態(tài)值）當溫度變化時，設電阻值變化為?R.由前面知道：VB'=1(mA)X(2r+200+?R) VA=1(mA)X(r+100+?R)

電路的增益不變，則電路的輸出值：U0=VB'A1+VAA2

=-(1+R5/R4)

X1(mA)X(2r+200+?R)+2(1+R5/R4)X1(mA)X(r+100+?R)=-(1+R5/R4)?R(mV)

可見，電路輸出信號的增益主要取決于R5/R4的比值。調(diào)節(jié)R5/R4的比值就可以改變電路增益的大小。圖熱電偶傳感器熱敏電阻加熱時，溫度從Ｔａ變化到Ｔ０時，熱敏電阻的溫度Ｔｕ為：

Ｔｕ＝Ｔａ＋0.632（Ｔ０－Ｔａ）

這種熱響應特性如圖所示。圖中，熱敏電阻冷卻時從Ｔ０變到Ｔａ，或加熱時從Ｔａ變到Ｔ０時，冷卻或加熱到Ｔ０與Ｔａ間溫度差的63.2％需要的時間稱為熱時間常數(shù)τ。熱敏電阻的基本連接方式圖ａ是１個熱敏電阻ＲＴ與１個電阻ＲＳ的并聯(lián)方式，這可簡單構(gòu)成線性電路，若在５０℃以下的范圍內(nèi)，其非線性可抑制在±１％以內(nèi)，并聯(lián)電阻ＲＳ的阻值為熱敏電阻ＲＴ的阻值ＲＲＴ的0.35倍。圖ｂ和圖ｃ為合成電阻方式，溫度系數(shù)小，適用于寬范圍的溫度測量，測量精度也較高。圖ｄ為比率式，電路構(gòu)成簡單，具有較好的線性。右圖是采用熱敏電阻的溫度測量電路，圖ａ為并聯(lián)方式，熱敏電阻ＲＴ與電阻ＲＳ并聯(lián)，輸出ＵＯ為：U0=()Ub

式中，ＲＴＨ＝ＲＲＴ//ＲＳ。由于這種電路非常簡單，電源電壓的變化會直接影響輸出，因此，工作電源一般采用穩(wěn)壓電源。圖ｂ)為橋接方式，熱敏電阻作為橋的一臂，輸出為橋路之差，即為:

Ｕ0＝()Ua

式中，ＲＴＨ＝ＲＲＴ//ＲＳ。用熱敏電阻構(gòu)成的測溫計熱電敏的數(shù)字式體溫計熱電偶傳感器熱電偶：一端結(jié)合在一起的一對不同材料的導體，并應用其熱電效應實現(xiàn)溫度測量的敏感元件。

如圖，若使T0為給定的恒定溫度，如趨為00C,則熱電動勢僅為T一端（稱為測量端）溫度T的單值函數(shù)。則電動勢電壓為：

EAB=(T,T0)=eAB(T)-f(T0)=f(T)-0=Φ(T)熱電偶的優(yōu)點熱電偶是將溫度變換為電量進行檢測，因此方便紀律與控制。價廉而且容易買到，測量方法簡便而且精度高，測量時間也比較短。測量溫度范圍較寬，可以根據(jù)靈敏度與壽命選用熱電偶的種類與線徑?？梢詼y量較小物體的溫度以及狹窄所處的溫度。被測物體與計量儀器件的距離可較遠，途中即使局部發(fā)生溫度變化，對測量值幾乎沒有影響熱電偶實際應用時要滿足以的條件熱電動勢應較大。高溫或低溫使用時，熱電動勢穩(wěn)定，而且壽命長。耐熱性號，在高溫時還能保證有足夠的機械強度。耐腐蝕性強，對空氣等的環(huán)境適應性強。對于同種類熱電偶的芯線其特性均勻，互換性強。價廉而且容易買到基準節(jié)點熱電偶的熱電勢由熱電偶的兩觸點間誤差決定，為此，需要設定作為基準的結(jié)點，即基準結(jié)點。這個標準的結(jié)點用冷結(jié)點，然而，這個冷結(jié)點的溫度變化并不意味著時測量的溫度。因此，要確定不同方式的基準結(jié)點，即冰點式基準結(jié)點、電子冷卻式基準結(jié)點、恒溫式基準結(jié)點、補償式基準結(jié)點和室溫式基準結(jié)點等。如右圖為冰點式基準結(jié)點。由于冰水保持熱平衡，因此，基準結(jié)點就保持在冰點處。補償式基準結(jié)點恒溫槽式基準結(jié)點是用溫度調(diào)節(jié)器將基準結(jié)點的溫度調(diào)整為恒定溫度，這時，用溫度計測量基準結(jié)點的溫度，需要對基準結(jié)點的溫度進行補償。如右圖，這是在測量儀器的一部分測量電路中，采用溫度系數(shù)較大的基準結(jié)點補償電阻RC,將基準結(jié)點的溫度變化引起的電壓變化加到熱電偶的熱電勢中對其進行補償?shù)姆绞剑ぷ麟娫床捎秒姵鼗蚍€(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電源。對基準溫度結(jié)點進行補償對于基準結(jié)點溫度校正為00C的熱電偶溫度計，若使用時其基準結(jié)點溫度為t0（0C），則溫度結(jié)點溫度t（0C）時，可采用以下三種方法求出：1）若測量的熱電動勢為E(t，t0)（mV）,基準結(jié)點溫度為00C，測溫結(jié)點的溫度為t（0C）及t0（0C）時，各自熱電勢為Ett(mV)及Et0(mV),則測溫結(jié)點的溫度t（0C）對應于下式中E1（mV）時溫度。Et=E(t，t0)+E02)動圈式計量儀器用溫度進行刻度時，通過指針調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)，使其端子段結(jié)石的指示值為基準結(jié)點溫度t0（0C）。若基準結(jié)點的溫度變化，則用這種方法得到與上述同樣的結(jié)果

3）若熱電偶的熱電勢特性曲線為線性時，測溫結(jié)點的溫度t（0C）也可以為t=t+t0圖1為簡單的冷結(jié)點溫度補償前置放大電路，冷結(jié)點補償采用二極管爭相壓降。為確保電路穩(wěn)定工作，采用穩(wěn)壓二極管。不難求得:V-=V+=-[220/(259+RP)]4.9V