m溫度傳感器認識

項目一溫度傳感器及其儀表的安裝與調(diào)試0認識傳感器1.傳感器的主要應用

隨著新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領域中信息的主要途徑與手段。

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傳感器在汽車中的應用0認識傳感器

傳感器在自動線中的應用0認識傳感器

傳感器在軍事中的應用0認識傳感器

傳感器在生活中的應用0認識傳感器

2.什么是傳感器

國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律(數(shù)學函數(shù)法則)轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。0認識傳感器

3.傳感器的組成

傳感器的組成按其定義一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路三部分組成,有時還需外加輔助電源提供轉(zhuǎn)換能量。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉(zhuǎn)換成適合于傳輸或測量的電信號部分。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，因此傳感器輸出的信號一般需要進行信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換、放大、運算與調(diào)制之后才能進行顯示和參與控制。傳感器的組成0認識傳感器

4.傳感器的分類

傳感器從不同的角度有許多分類方法，對某一物理量的測量可以使用不同的傳感器，而同一傳感器也可以測量不同的多種物理量。目前一般采用兩種分類方法：一種是按被測參數(shù)分類，如對溫度、壓力、位移、速度等的測量，相應的有溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器等；另一種是按傳感器的工作原理分類，如按應變原理工作式、按電容原理工作式、按壓電原理工作式、按磁電原理工作式、按光電效應原理工作式等，相應的有應變式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器等。0認識傳感器

5.傳感器的發(fā)展趨勢(1)智能化傳感器與微處理機相結(jié)合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導體集成化技術把傳感器部分與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f智能傳感器是傳感器技術與大規(guī)模集成電路技術相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實現(xiàn)將取決于傳感技術與半導體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。智能化傳感器應用0認識傳感器

(2)微型化：由于計算機技術的發(fā)展，輔助設計(CAD)技術和集成電路技術迅速發(fā)展，微機電系統(tǒng)（MEMS)技術應用于傳感器技術，從而引發(fā)了傳感器微型化。MEMS是“微機械電子系統(tǒng)”的英文縮寫。微機電系統(tǒng)是采用微機械加工技術，將微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機構(gòu)和相應的處理電路集成在一起的微型器件或微型系統(tǒng)。MEMS為“微米級”加工技術。1988年美國科學家研制成功第一臺靜電電動機，其轉(zhuǎn)子直徑120微米，厚1微米。在380V電壓驅(qū)動下，最大轉(zhuǎn)速每分鐘500轉(zhuǎn)。靜電電動機0認識傳感器

(3)無線網(wǎng)絡化

隨著通訊技術的發(fā)展，無線技術的廣泛應用，無線技術也應用到傳感器中。在航天技術中，我們通過衛(wèi)星把傳感器的采集數(shù)據(jù)發(fā)回地面，從而了解到太空中的所有情況。無線傳感器網(wǎng)絡是利用大量的微型傳感器（結(jié)點），通過無線通信形成網(wǎng)絡，用來感知現(xiàn)場的信息。結(jié)點中的微處理器對原始數(shù)據(jù)進行初步處理后，經(jīng)網(wǎng)絡層層轉(zhuǎn)發(fā)，最終發(fā)送給基站，再由基站傳送給用戶，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控。無線傳感器網(wǎng)絡由成千上萬個微型傳感器組成，每個微型傳感器稱為網(wǎng)絡的一個“結(jié)點”。1單元一認識溫度傳感器教學目標能力目標知識目標（1）能夠識別不同類別的溫度傳感器（2）能夠根據(jù)溫度傳感器的型號判斷傳感器的類別。熟悉各類溫度的原理、檢測電路，掌握不同溫度傳感器的應用教學重點難點重點難點溫度傳感器的識別及應用。溫度傳感器的工作原理及測量電路。

1單元一認識溫度傳感器

包括以下五部分內(nèi)容：熱電偶溫度傳感器熱電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器集成式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

一、熱電偶的基本原理熱電效應1823年由塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)

在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩接觸處的溫度不同時，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，稱為塞貝克電勢。這兩種導體組成的回路成為熱電偶。這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應。TAT0B1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

當熱電偶兩個電極的材料不同，且A、B固定后，熱電勢EAB(T,T0)便為兩接點溫度T和T0的函數(shù)，即當T0保持不變，則熱電勢EAB(T,T0)便為熱電偶熱端溫度T的單值函數(shù)

熱電勢存在必須具備兩個條件：（1）兩種不同的金屬材料組成熱電偶，（2）它的兩端存在溫差。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

二、熱電偶種類及特點分度號材質(zhì)特點K鎳鉻鎳硅抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1000℃，短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛E鎳鉻銅鎳在常用熱電偶中，其熱電動勢最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度0-800℃J鐵銅鎳既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限950℃），并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工T純銅銅鎳在所有廉金屬熱電偶中精確度等級最高，通常用來測量300℃以下的溫度1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

分度號材質(zhì)特點B鉑銠30鉑銠6在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂?，也可在真空條件下短期使用R鉑銠13純鉑S分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎完全相同S鉑銠10純鉑抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號的精確度等級最高，通常用作標準熱電偶N鎳鉻硅鎳硅1300℃下高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復現(xiàn)性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號熱電偶1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

熱電偶主要特點1裝配簡單，更換方便2壓簧式感溫元件，抗震性能好3測量精度高4測量范圍大5熱響應時間快6機械強度高，耐壓性能好7耐高溫可達2800度8使用壽命長1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1、工業(yè)用熱電偶下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保險套管3―絕緣套管4―熱電偶絲12341單元一認識溫度傳感器—熱電偶

2、鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。(a)(b)(c)(d)

132優(yōu)點是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

四、熱電偶的基本定律（1）勻質(zhì)導體定律由一種勻質(zhì)導體所組成的閉合回路，不論導體的截面積如何及導體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須采用兩種不用材料的導體組成，熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關，而與沿熱電極的溫度分布無關。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導體，在不均勻溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術指標之一。

根據(jù)這個定律，可以校驗熱電極的成分是否相同，也可以檢測熱電極材料的均勻性。

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（2）中間導體定律在熱電偶回路中接入與另一種導體稱中間導體C，只要中間導體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導體接入的影響。

根據(jù)這個定律，我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的儀表，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中，或直接焊接在金屬表面進行溫度測量。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

（3）標準電極定律如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知，這個定律就稱為標準電極定律。如圖所示，導體A、B與標準電極C組成的熱電偶，若它們產(chǎn)生的熱電動勢已知，那么導體A與B成的熱電偶熱電動勢為：

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標準電極定律是極為實用的定律，使得標準電極的作用得以實現(xiàn)。可以想象，金屬有成千上萬，而合金類型更是繁多。因此要得出各種金屬之間組合而成墊電偶的熱電動勢，其工作量太大。由于鉑的物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高易提純，所以通常選用高純鉑作為標準電極。當各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢已知，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢就可計算出來。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

（4）中間溫度定律

熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數(shù)和,個定律稱為中間溫度定律，即:

中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論基礎。它表明熱電偶的兩極被兩根導線延長，只要接入的兩根導線組成的熱電偶的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接的兩點溫度相同，則總回路的熱電動勢與連接溫度無關，只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關。另外，當冷端溫度t0不為0℃可通過上式及分度表求得工作溫度t。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

例用（S型）熱電偶測量某一溫度，若參比端溫度Tn=30℃，測得的熱電勢E(T,Tn)=7.5mV，求測量端實際溫度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測量端實際溫度為830℃1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

五、熱電偶的測量電路原理如上圖所示，熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號經(jīng)放大電路后由VT端輸出。它可作為A/D轉(zhuǎn)換接口芯片的模擬量輸入。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

五、熱電偶的冷端處理和補償熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度的有關，而且也與冷端溫度有關，只有當冷端溫度恒定，通過測量熱電勢的大小得到熱端的溫度。當熱電偶冷端處在溫度波動較大的地方時，必須首先使用補償導線將冷端延長到一個溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為０℃。幾種冷端處理方法：1.補償導線法2.熱電偶冷端溫度恒溫法3.計算修正法4.冷端補償電橋法

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1.補償導線法組成：補償導線合金絲、絕緣層、屏蔽層和護套。熱電偶補償導線功能：（1）實現(xiàn)了冷端遷移；（2）是降低了電路成本。補償導線又分為延長型和補償型兩種延長形：補償導線合金絲的名義化學成分及熱電勢標稱值與配用的熱電偶相同，用字母“Ｘ”附在熱電偶分度號后表示，補償型：其合金絲的名稱化學成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢值在100℃以下時與配用的熱電偶的熱電勢標稱值相同，有字母“C”附在熱電偶分度號后表示，1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

補償導線的型號、線芯材質(zhì)和絕緣層著色補償導線型號配用熱電偶補償導線的線芯材料絕緣層著色正極負極SC或RC鉑銠10（鉑銠）-鉑SPC（銅）SNC（銅鎳）紅綠KC鎳鉻-鎳硅KPC（銅）KNC（銅鎳）紅藍KX鎳鉻-鎳硅KPX（銅鎳）KNX（鎳硅）紅黑NX鎳鉻硅-鎳硅NPS（銅鎳）NNX（鎳硅）紅灰EX鎳鉻-銅鎳EPX（鎳鉻）ENX（銅鎳）紅棕JX鐵-銅鎳JPX（鐵）JNX（銅鎳）紅紫TX銅-銅鎳TPX（銅）TNX（銅鎳）紅白1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

使用補償導線時注意問題：（1）補償導線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（0~100℃）；（2）熱電偶和補償導線的兩個接點處要保持溫度相同；（3）不同型號的熱電偶配有不同的補償導線；（4）補償導線由正、負極需分別與熱電偶正、負極相連；（5）補償導線的作用是對熱電偶冷端延長。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

熱電偶冷端溫度恒溫法適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用。

將熱電偶的冷端延長到裝有冰水混合液的瓶中，基準結(jié)點與連接熱電偶和計量儀器的導線接在一起，如圖所示。由于冰水保持熱平衡，因此，基準結(jié)點就保持在冰點（0℃），它消除了t0不等于0℃而引入的誤差。1－被測流體管道；2－熱電偶（測溫結(jié)點）；3－接線盒；4－補償導線；5－銅導線；6－毫伏表；7－冰瓶；8－冰水混合物；9－試管；10－新冷端（基準結(jié)點）1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

3.計算修正法在實際應用中，熱電偶的參比端往往不是0oC，而是環(huán)境溫度，這時測量出的回路熱電勢要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符合熱電偶分度表的要求?？捎檬覝赜嫓y出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到準確的被測溫度值。1單元一認識溫度傳感器—熱電偶

4.冷端補償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值

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六、熱電偶的應用WR-UC系列熱電偶在超臨界電站中的應用1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

一、熱電阻的工作原理

在金屬中，載流子為自由電子，當溫度升高時，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當溫度變化范圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，導致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。熱電阻就要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的。金屬半導體溫度電阻率電阻溫度特性方程對于絕大多數(shù)金屬導體，α并不是一個常數(shù)，而是溫度的函數(shù)在一定的溫度范圍內(nèi)，α可近似看作一個常數(shù)不同的金屬導體，α保持常數(shù)所對應的溫度范圍不同1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

二、對感溫元件材料的要求（1）材料的電阻溫度系數(shù)要大（2）在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定（3）在測溫范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)保持為常數(shù)，便于實現(xiàn)溫度表的線性刻度特性（4）具有較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，減小熱慣性（5）良好的可加工性，特性復現(xiàn)性好，容易復制常用的材料有鉑、銅、鐵和鎳1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

三、常用的熱電阻鉑熱電阻主要作為標準電阻溫度計，廣泛應用于溫度基準、標準的傳遞。銅熱電阻測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般為―50～150℃。1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

鉑熱電阻2-鉑熱電阻3-銀質(zhì)引腳1-鉚釘鉑熱電阻的阻值與溫度的關系近似線性，其特性方程為當-200℃≤t≤0℃時：當0℃≤t≤960℃時：

—溫度為t℃時鉑熱電阻的阻值，單位為Ω；—溫度為0℃時鉑熱電阻的阻值，單位為Ω；A、B、C——溫度系數(shù)，它們的數(shù)值分別為測溫范圍：-200℃~+850℃1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

鉑材料的優(yōu)點

物理、化學性能極為穩(wěn)定尤其是耐氧化能力很強，并且在很寬的溫度范圍內(nèi)（1200℃以下）均可保持上述特性；易于提純，復制性好，有良好的工藝性，可以制成極細的鉑絲或極薄的鉑箔；電阻率較高。鉑材料的缺點

缺點是：電阻溫度系數(shù)較??；在還原介質(zhì)中工作時易被沾污變脆；價格較高。1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

1-線圈骨架2-保護層3-銅電阻絲

4-扎線5-補償繞組6-銅質(zhì)引腳銅熱電阻在-50～+150℃的溫度有如下特點阻值與溫度的關系幾乎呈線性關系，即可近似表示為—電阻溫度系數(shù)，電阻溫度系數(shù)比鉑高，而電阻率則比鉑低。1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

優(yōu)點：容易提純，加工性能好，可拉成細絲，價格便宜。缺點：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100

℃以上時容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。鑒于上述特點，在介質(zhì)溫度不高、腐蝕性不強、測溫元件體積不受限制的條件大都采用銅熱電阻1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

四、熱電阻的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

五、熱電阻測量電路熱電阻測量電路分三線制和四線制兩種方式。三線制接線法構(gòu)成如圖所示測量電橋，可以消除內(nèi)引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測中應用最廣。而且，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長，導線途中溫度易發(fā)生變化的場合必須考慮采用三線制熱電阻。三線制接線法可很好的消除引線電阻，提高熱電阻的精度。G——檢流計，R1，R2，R3——固定電阻，Ra——零位調(diào)節(jié)電阻，Rt——熱電阻1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

如圖所示，在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線，此種引線形式稱為四線制熱電阻。在高精度測量時，要采用四線制測溫電橋。此種引線方式不僅可以消除內(nèi)引線電阻的影響，而且在連接導線阻值相同時，可消除該電阻的影響。四線制測量方式不受連接導線的電阻的影響。1單元一認識溫度傳感器—熱電阻

六、熱電阻的應用防腐熱電阻在石油化工中的使用：

防腐熱電阻適用于石油化工各種腐蝕性介質(zhì)中測溫，是氯堿行業(yè)的專用測溫儀表。采用新型防腐材料，外包覆聚四氯乙烯F46；

熱電阻的典型用途是在工業(yè)生產(chǎn)過程中測量-200℃~900℃的液體、氣體和物體表面的溫度。以及測量發(fā)電機電樞繞組和激磁繞組、管子、聯(lián)箱等位置狹小場合的點溫度；測量室內(nèi)、空間、容器和工業(yè)生產(chǎn)裝置中的平均溫度，測量表面溫度。1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

一、熱敏電阻工作原理

熱敏電阻是一種新型的半導體測溫元件。半導體中參加導電的是載流子，由于半導體中載流子的數(shù)目遠比金屬中的自由電子數(shù)目少得多，所以它的電阻率大。隨溫度的升高，半導體中更多的價電子受熱激發(fā)躍遷到較高能級而產(chǎn)生新的電子—空穴對，因而參加到電的載流子數(shù)目增加了，半導體的電阻率也就降低了（電導率增加）。因為載流子數(shù)目隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律增加，所以半導體的電阻率也就隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律下降。熱敏電阻正是利用半導體這種載流子數(shù)隨溫度變化而變化的特性制成的一種溫度敏感元件。

熱敏電阻正是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

二、熱敏電阻材料特性大部分半導體熱敏電阻中的各種氧化物是按一定比例混合的。金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳Ni等的氧化物采用不同比例配方、高溫燒結(jié)而成。目前熱敏電阻使用的上限溫度約為300℃。

熱敏電阻材料按溫度特性可分為正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻、負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)（CTR）熱敏電阻三類。它們隨溫度的變化關系曲線如圖右圖所示。1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻器電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱PTC熱敏阻器。主要材料是摻雜的BaTiO3半導體陶瓷溫度—電阻特性呈非線性，它在電子線路中多起限流、保護作用。當流過PTC的電流超過一定限度或PTC個感受到的溫度超過一定限度時，其電阻值突然增大。用途：無觸點的電路及元器件保護自動限制過電流故障排除后自動恢復工作時無噪音無火花工作可靠、使用方便1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻器電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱NTC熱敏電阻器。材料主要是一些過渡金屬氧化物半導體陶瓷。具有半導體性質(zhì)，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應快、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應用于需要定點測溫的自動控制電路中，如冰箱、空調(diào)等特點：體積小，功率大，抑制浪涌電流能力強反應速度快·材料常數(shù)（B值）大，殘余電阻小壽命長，可靠性高系列全，工作范圍寬1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

CTR突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱CTR熱敏阻器。主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個數(shù)量級，即具有很大負溫度系數(shù)。主要用于溫度開關類的控制1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

三、熱敏電阻主要特點1、靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；2、工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達到2000℃），低溫器件適用于-273℃～55℃；3、體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；4、使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；5、易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；6、穩(wěn)定性好、過載能力強。1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

四、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)

熱敏電阻是由一些金屬氧化物的粉末按一定比例混合燒結(jié)而成的半導體。通過不同的材質(zhì)組合，能得到熱敏電阻不同的電阻值及不同的溫度特性。熱敏電阻主要由熱敏探頭、引線、殼體等構(gòu)成熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)及符號1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

熱敏電阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器件的。二端和三端器件為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路中獲得功率。四端器件則為旁熱式。

根據(jù)不同的使用要求，可以把熱敏電阻做成不同的形狀和結(jié)構(gòu)。常用熱敏電阻的外形如圖所示常用的熱敏電阻的外形（a）玻璃罩式

（b）墊圈式

（c）圓片式

（d）棒狀

（e）片式1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

四、熱敏電阻的應用

熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。例如有自恢復保險絲

熱敏電阻應用廣泛，常用于家用空調(diào)、汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、熱水器、飲水機、暖風機、洗碗機、消毒柜、洗衣機、烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等場合的溫度測量與控制的場合。廣泛應用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計等1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

應用一：電腦在使用過程中，當CPU工作繁忙的時候，CPU溫度往往升高，若不加處理，會造成CPU的燒毀，在CPU插槽中，用熱敏電阻測溫，然后通過相關電路進行處理，1單元一認識溫度傳感器—熱敏電阻

應用二：對于啟動時需要較大功率，運動時功率又較小的這類單相電動機（冰箱壓縮機、空調(diào)機等），往往采用啟動后將啟動繞組通過離心開關將其斷開。如采用PTC熱敏電阻作為啟動線圈自動通斷的無觸點開關時，則效果更好，壽命更長。1單元一認識溫度傳感器—集成式

一、集成溫度傳感器的基本性能

集成溫度傳感器也稱為溫度傳感器集成電路（溫度IC），它是利用晶體管PN結(jié)的電流與電壓特性與溫度的關系，把敏感元件、放大電路和補償電路等部分集成化，并把它們裝封在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。

集成溫度傳感器使傳感器和集成電路融為一體，提高了傳感器的性能，實現(xiàn)了傳感器的智能化、微型化、多功能化，提高了檢測靈敏度，是實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的重要保證。在使用集成溫度傳感器時，只需要很少的外圍元器件，即可制成溫度檢測儀表。集成溫度傳感器具有體積小、測溫精度高、穩(wěn)定性好、重復性好、線性優(yōu)良、抗干擾能力強等優(yōu)點，有些集成溫度傳感器還具有溫度控制功能，因此集成溫度傳感器在很多溫度測控領域應用十分廣泛。1單元一認識溫度傳感器—集成式

二、集成溫度傳感器的分類

集成溫度傳感器按信號輸出形式分為：模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型，其中模擬型又包括電流輸出型、電壓輸出型，數(shù)字型又可以分為開關輸出型、并行輸出型、串行輸出型等幾種不同的形式。典型的電流型集成電路溫度傳感器為AD590，LM134等；典型的電壓型集成電路溫度傳感器有μPC616A／C，LM135，AN670l等；典型的數(shù)字輸出型傳感器有DS1B820，ETC-800等。

目前國內(nèi)外應用最普遍的集成溫度傳感器是：AD590、AD592、TMP17、LM135等，是上世紀80年代問世的，可以完成溫度測量及模擬信號輸出的專用IC；模擬集成溫控模塊，LM56、AD22105等，是可編程的溫控開關模塊；智能溫度傳感器、溫控器將A/D轉(zhuǎn)換電路，ROM存儲器集成在一個芯片上，自90年代問世以來，被廣泛應用于自動控制系統(tǒng)。1單元一認識溫度傳感器—集成式

三、電流輸出型溫度傳感器AD590AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片電流型兩端集成溫度傳感器，其表征為一個輸出電流與溫度成比例的電流源。AD590共有I、J、K、L、M五檔，在出廠前已經(jīng)校準，其中M檔精度最高,I檔最低，在測溫范圍內(nèi)的非線性誤差M檔小于±0.3℃,I檔小于±10℃，I檔在應用時需校正。1單元一認識溫度傳感器—集成式

(1)AD590的外形和符號AD590采用金屬殼3腳封裝。其中，1腳為電源正端V+，2腳為電流輸出端V-，3腳為管殼，一般不用。其外觀和符號如圖所示。AD590外觀與符號1單元一認識溫度傳感器—集成式

(2)AD590的主要特征線性電流輸出：流過器件電流的微安數(shù)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)。即1μA/K；測溫范圍寬：-55℃～+150℃；二端器件：電壓輸入，電流輸出；精度高：±0.5℃（AD590M）；線性度好：在整個測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于±0.3（AD590M）；工作電壓范圍寬：4～30V。電源由5V變到10V時，最大只有l(wèi)μA的電流變化，相當于1℃的等效誤差?？梢猿惺?4V的正向電壓和20V的反向電壓，因而不規(guī)則的電源變化或管腳反接也不會損壞器件；功耗低：1.5mW／+5V／+25℃；輸出阻抗高：710MΩ。長線上的電阻對器件工作影響不大，用絕緣良好的雙絞線連接，可以使器件在距電源25m處正常工作。高輸出阻抗又能極好地消除電源電壓漂移和紋波的影響；

器件本身與外殼絕緣。由上述特性可知AD590具有：單電源工作、精度高、抗干擾能力強，特別適于進行運動測量。1單元一認識溫度傳感器—集成式

四、電壓輸出型集成溫度傳感器——LM35/45LM35/45是電壓型集成溫度傳感器，其輸出電壓Uout與攝氏溫度成正比，無需外部校正，測溫范圍為-55℃~+155℃，精確度可達0.5℃。LM35是由國半公司所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉(zhuǎn)換公式如式，0時輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±1/4℃的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接腳如圖所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜止電流-溫度關系如圖所示，在靜止溫度中自熱效應低(0.08℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。1單元一認識溫度傳感器—集成式

LM35/45的外形及引腳圖1單元一認識溫度傳感器—集成式

LM35/45構(gòu)成的攝氏溫度測量電路1單元一認識溫度傳感器—集成式

LM35/45構(gòu)成的測溫傳感器1單元一認識溫度傳感器—集成式

五、DS1820數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。1單元一認識溫度傳感器—集成式

(1)DS1820的主要特性①適應電壓范圍3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；②獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時，僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；③DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫；④S18B20在使用中，不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；⑤測溫范圍－55℃～＋125℃，在－10℃～+85℃時精度為±0.5℃；⑥可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫；⑦在9位分辨率時，最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字；12位分辨率時，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；⑧測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線“串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；⑨負壓特性，電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。1單元一認識溫度傳感器—集成式

(2)DS1820引腳及功能

GND：地；

VDD：電源電壓DQ：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)1單元一認識溫度傳感器—集成式

(3)DS18B20使用中注意事項①較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格地保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用VC等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分仍要采用匯編語言實現(xiàn)。②連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤；當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m；當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長，這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時，要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。③在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序?qū)⑦M入死循環(huán)，這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。1單元一認識溫度傳感器—非接觸式

非接觸式溫度傳感器在高溫測量中應用最廣泛，主要應用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。任何物體處于絕對零度以上時，都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。測量時，只需把溫度計光學接收系統(tǒng)對準被測物體，而不必與物體接觸，因此可以測量運動物體的溫度并不會破壞物體的溫度場。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達到被測物體的實際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。非接觸測溫儀表分類：光學高溫計、輻射式溫度計1單元一認識溫度傳感器—非接觸式

一、輻射換熱

輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一 波長范圍：10-3m～10-8m在低溫時，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短的方向移動，在5000C左右時。輻射光譜包括了部分可見光；到8000C時可見光大大增加，即呈現(xiàn)“紅熱”；如果到30000C時，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現(xiàn)“白熱”。輻射測溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的“顏色”來大致判斷物體的溫度，這就是輻射測溫的基本原理。1單元一認識溫度傳感器—非接觸式

物體分類：黑體（絕對黑體）：照射到物體上的輻射能全部被吸收，既無反射也無透射。透明體：照射到物體上的輻射能全部透射過去，既無吸收又無反射。鏡體、白體：照射到物體上的輻射能全部反射出去。若物體表現(xiàn)平整光滑，反射具有一定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體”；若反射無一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對白體”或者簡稱為“白體”。1單元一