檢測(cè)與轉(zhuǎn)換溫度傳感器

檢測(cè)與轉(zhuǎn)換溫度傳感器課件第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2■了解溫度傳感器的作用、地位和分類■理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算，熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法■掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)、特性曲線及應(yīng)用場(chǎng)合■掌握電流型、電壓型、數(shù)字型三種集成溫度傳感器特點(diǎn)、工作原理和使用方法■了解其他溫度傳感器工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3第一節(jié)概論溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。溫度檢測(cè)始于2000多年前。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4一、溫度的基本概念溫度：衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。熱力學(xué)溫標(biāo)thermodynamictemperaturescale國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)Internationalpracticaltemperaturescale攝氏溫標(biāo)Celsiustemperaturescale華氏溫標(biāo)Fahrenheittemperaturescale第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化蒸氣壓的溫度變化電極的溫度變化熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)光電效應(yīng)熱電效應(yīng)介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化物質(zhì)的變色、融解強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化熱放射熱噪聲1

溫度傳感器的物理原理(11)第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6▲特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測(cè)和處理，且隨溫度呈線性變化▲除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低▲特性隨時(shí)間變化要小▲重復(fù)性好，沒有滯后和老化▲靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響要小▲機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好▲能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜▲無危險(xiǎn)性，無公害等2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一73.溫度傳感器的種類及特點(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是將測(cè)溫敏感元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，使被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫度時(shí)，達(dá)到測(cè)量的目的。這種傳感器的測(cè)量精度較高，但由于被測(cè)介質(zhì)的熱量傳遞給傳感器，從而降低了被測(cè)介質(zhì)的溫度，特別是被測(cè)介質(zhì)熱容量較小時(shí)，會(huì)給測(cè)量帶來誤差。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，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。第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8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合金第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容測(cè)溫范圍溫度傳感器分類(1)第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10溫差熱電偶（簡(jiǎn)稱熱電偶）是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換，還能用來測(cè)量流體的溫度、測(cè)量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。第二節(jié)熱電偶溫度傳感器★熱電偶的工作原理★熱電偶回路的性質(zhì)★熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)★冷端處理及補(bǔ)償?shù)?0頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB一、工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)thermo-electricforce由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱端冷端第11頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一121.接觸電勢(shì)+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)。接觸電勢(shì)原理圖第12頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一13AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0——高低端的絕對(duì)溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一14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、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和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一15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。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。熱電偶回路熱電勢(shì)的大小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)無關(guān)。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。第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一16在實(shí)際測(cè)量中只需用儀表測(cè)出回路中總電勢(shì)即可。由于溫差電勢(shì)與接觸電勢(shì)相比較，其值很小，因此，在工程技術(shù)中認(rèn)為熱電勢(shì)近似等于接觸電勢(shì)。在工程應(yīng)用中，測(cè)出回路總電勢(shì)后，用查熱電偶分度表的方法確定被測(cè)溫度。由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。二、熱電偶回路的性質(zhì)1.均質(zhì)導(dǎo)體定律第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一17

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一18兩點(diǎn)結(jié)論：l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一19ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，不會(huì)影響回路中原來的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。

第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一20

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一213.中間溫度定律

如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢(shì)為EAB(T1,T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T2,T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T1,T3)，則BBAT2T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一22EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)時(shí)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一23例題解：根據(jù)中間導(dǎo)體定律結(jié)論公式，有EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）依題意可知，EAC（T,T0）＝13.967mV；ECB（T,T0）＝－8.345mV則EAB(T,T0)＝13.967mV－8.345mV＝5.622mV因此，在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)為5.622mV。已知在某特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為13.967mV，材料B與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為8.345mV，求出在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一24熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)小；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一25

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號(hào)LB—3測(cè)量溫度：長(zhǎng)期：1300℃、短期：1600℃。（一）熱電偶常用材料2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)

分度號(hào)EU—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000℃，短期1300℃。3．鎳鉻—考銅熱電偶(E型)

分度號(hào)EA—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600℃，短期800℃。4．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號(hào)LL—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一26幾種持殊用途的熱電偶（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠—銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測(cè)量高達(dá)2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）金鐵—鎳鉻熱電偶

主要用在低溫測(cè)量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀—鉑銥15熱電偶輸出性能高，在1398℃時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV。（6）銅—康銅熱電偶，分度號(hào)MK熱電勢(shì)略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。（5）鐵—康銅熱電偶，分度號(hào)TK

靈敏度高，線性度好，可在800℃以下的還原介質(zhì)中使用。第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一27

（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1．工業(yè)用熱電偶2．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶4．快速消耗微型熱電偶

第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一28方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一291.冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T0第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一302.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.979mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84=2.819(mV)再次查分度表，與2.819mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=69℃。注意:既不能只按1.979mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一31第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一323.補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式表達(dá)即

式中：T——為未知的被測(cè)溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度；TH——室溫；k——為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例用鉑銠10－鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T′=1150℃。再?gòu)南卤碇胁槌?，?duì)應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。T＝T′＋kTH第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一33第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一34

熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。

第三節(jié)熱敏電阻溫度傳感器第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一35NTC二極管封裝環(huán)氧封裝、小型化高精度；響應(yīng)時(shí)間快；穩(wěn)定性好根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)；使用溫區(qū)寬高穩(wěn)定性、高可靠性根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)；使用溫區(qū)寬；高穩(wěn)定性、高可靠性；為客戶提供多種便捷服務(wù)家用冰箱、空調(diào)器；電熱水器、整體浴室；冰柜、豆?jié){機(jī)環(huán)氧封裝、小型化、精度高；可靠性高、響應(yīng)時(shí)間快；引線采用聚脂漆包線、耐熱、絕緣性好第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一36（一）熱敏電阻的特點(diǎn)1．電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬2．材料加工容易、性能好3．阻值在1Ω～10MΩ之間可供自由選擇4．穩(wěn)定性好5．原料資源豐富，價(jià)格低廉一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一37

1．正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）

PositiveTemperatureCoefficient

2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）

NegativeTemperatureCoefficient

3．突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR）

ChopTemperatureResistor

（二）熱敏電阻的分類

第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一38（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

12340601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；3PTC二、熱敏電阻器主要特性Resistance-temperaturecharacteristicofthermistorρT—T與RT—T特性曲線一致。T/℃第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一39第四節(jié)集成溫度傳感器

IntegrateCircuitTemperatureSensor一、IC溫度傳感器的分類電壓型IC溫度傳感器電流型IC溫度傳感器數(shù)字輸出型IC溫度傳感器第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一40二、IC溫度傳感器的測(cè)溫原理晶體管伏安方程式：K0

——

波爾滋蔓常數(shù)；

T——

絕對(duì)溫度;

γ——V1、V2發(fā)射極面積比。

q——電子電荷量；

ΔVBE正比于絕對(duì)溫度T，只要保證IC1/IC2恒定，

就可以使ΔVBE與T為單值函數(shù)。

因此，可利用電流I與T的正比關(guān)系，通過電流的變化來測(cè)量溫度的大小。I∝T若將ΔVBE轉(zhuǎn)換為電流I，則第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一41（一）電壓輸出型集成溫度傳感器型號(hào)：LM35、LM335、AN6701S等多種。LM35系列傳感器是3端的電壓輸出型的精密感溫器件，有LM35、LM35A、LM35C、LM35CA和LM35D等型號(hào)。極限參數(shù)：電源電壓為+35V～-0.2V；輸出電壓為+6V～-1.0V輸出電流為10mA；存放溫度范圍對(duì)于T0－46封裝(金屬殼)為-60℃～+180℃，T0－92封裝(塑料)為-55℃～+150℃；工作溫度范圍對(duì)于LM35和LM35A為-55℃～+150℃，LM35C和LM35CA為-40℃～+110℃，LM35D為-0℃～+100℃。特點(diǎn)：直接用攝氏溫度校正；線性溫度系數(shù)(靈敏度)為10.0mV/℃；在25℃時(shí)，測(cè)量精度為05℃；工作電壓范圍為4Ｖ～30Ｖ；非線性度小于±05℃；輸出阻抗低，在1mA負(fù)載電流時(shí)，輸出阻抗只有0.1Ω；靜態(tài)電流小于60μA；可采用單電源供電，也采用雙電源供電，在測(cè)量溫度范圍內(nèi)無需進(jìn)行調(diào)整。三、IC溫度傳感器的主要特性第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一42T0－46封裝T0－92封裝T0－220封裝LM35的常用基本電路第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一43

電流輸出型典型集成溫度傳感器有AD590（美國(guó)AD公司生產(chǎn)），國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品SG590。器件電源電壓4～30V，測(cè)溫范圍-50～+150℃。AD590引腳和內(nèi)部電路原理圖（二）電流型溫度傳感器第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一441．伏安特性工作電壓：4V～30V，I為一恒流值輸出，I∝Tk，即KT——標(biāo)定因子，AD590的標(biāo)定因子為1μA/KI=KT·TK

4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲線-55℃+25℃+150℃218298423第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一45－550150273.2μAI/μATC/oCAD590溫度特性曲線2．溫度特性其溫度特性曲線函數(shù)是以Tk為變量的n階多項(xiàng)式之和，省略非線性項(xiàng)后則有:Tc——攝氏溫度；I的單位為μA。

可見，當(dāng)溫度為0℃時(shí)，輸出電流為273.2μA。在常溫25℃時(shí)，標(biāo)定輸出電流為298.2μA。I=KT·Tc＋273.2第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一463．AD590的非線性150－55△T/oC0.3－0.30在實(shí)際應(yīng)用中，ΔT通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償校正，使測(cè)溫精度達(dá)±0.1℃。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當(dāng)電源電壓由＋5V向＋10V變化時(shí)，其電流變化僅為0.2μA/V。長(zhǎng)時(shí)間漂移最大為±0.1℃，反向基極漏電流小于10pA。–55℃～100℃，ΔT遞增，100℃～150℃則是遞降。ΔT最大達(dá)±3℃，最小ΔT＜0.3℃，分I、J、K、L、M五檔T/oCAD590非線性誤差曲線第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一474．AD590的測(cè)量電路AD590在溫度25℃（298.2K）時(shí)，理想輸出為298.2μA，實(shí)際存在誤差，可通過電位器調(diào)整，使輸出電壓滿足1mV/K的關(guān)系。AD590典型應(yīng)用第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一48（三）數(shù)字輸出型IC溫度傳感器

１、DS18B20的特性

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(cè)溫范圍為-55℃～125℃，精度為0.5℃；

九位溫度讀數(shù)；

A/D變換時(shí)間為200ms；

用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報(bào)警值，且能夠識(shí)別具體報(bào)警傳感器。

第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一493

、DS18B20的工作原理存儲(chǔ)器控制邏輯64bitROM和單線接口溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器8位CRC觸發(fā)器存儲(chǔ)器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電源檢測(cè)寄生電源2

、DS18B20引腳及功能第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一50第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一51四、集成溫度傳感器的應(yīng)用1、LM35構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)

第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一52四、集成溫度傳感器的應(yīng)用串聯(lián)、并聯(lián)使用：串聯(lián)測(cè)最低溫度；并聯(lián)測(cè)平均溫度冷端補(bǔ)償：可代替冰池，環(huán)境溫度15℃～35℃溫度控制：溫度檢測(cè)：2、AD590的典型應(yīng)用第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一53AD590構(gòu)成的深井長(zhǎng)傳輸線的溫度測(cè)量第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一543、DS18B20構(gòu)成的溫度檢測(cè)系統(tǒng)采用寄生電容供電的溫度檢測(cè)系統(tǒng)

89C51DS18B20DS18B20DS18B20P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作輸出口用，相當(dāng)于TxP1.2作輸入口用，相當(dāng)于Rx……提供電流通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):可掛接DS18B20數(shù)十片，距離可達(dá)到50m，而用一個(gè)口時(shí)僅能掛接10片DS18B20，距離僅為20m。同時(shí)，由于讀寫在操作上是分開的，故不存在信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)問題。第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一55一、鉑電阻溫度傳感器利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設(shè)計(jì)研制成的?？蓽y(cè)量和控制–200℃～650℃范圍內(nèi)的溫度，也可作對(duì)其他變量(如：流量、導(dǎo)電率、pH值等)測(cè)量電路中的溫度補(bǔ)償。有時(shí)用它來測(cè)量介質(zhì)的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達(dá)850℃。第五節(jié)其他溫度傳感器第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期一56在0～850℃范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為

在–200℃～0℃范圍內(nèi)為：

式中R0、Rt——溫度為0及t℃時(shí)的鉑電阻的電阻值；

A、B、C——常數(shù)值，Rt=R0（1+At+Bt2）Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]鉑電阻的純度以R100/R0表示，R100表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸點(diǎn)時(shí)的鉑的電阻值。國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，其R100/R0不得小于1.3925。我國(guó)工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為