溫度傳感器共54張

溫度傳感器傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器主要內(nèi)容：

11.1熱電偶

11.2熱敏電阻

11.3集成溫度傳感器傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器我國(guó)目前實(shí)行的是1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS—90）定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度（T90）國(guó)際攝氏溫度（t90）；

T90：?jiǎn)挝唬↘）開(kāi)爾文

t90：?jiǎn)挝唬–）攝氏兩者關(guān)系為：

t90/℃=T90/K–273.15或

t/℃

=T/K–溫度單位：熱力學(xué)溫度是國(guó)際上公認(rèn)的最基本溫度傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器

溫度是諸多物理現(xiàn)象中具有代表性的物理量，現(xiàn)代生活中準(zhǔn)確的溫度是不可缺少的信息內(nèi)容，如家用電器有：電飯煲、電冰箱、空調(diào)、微波爐這些家用電器中都少不了溫度傳感器。概述傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器概述

根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍不同，有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)、光測(cè)溫度計(jì)等等。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器

溫度傳感器的種類很多，如果按價(jià)格和性能可分為：熱膨脹溫度傳感器，有液體、氣體的玻璃式溫度計(jì)、體溫計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛；家電、汽車上使用的傳感器，價(jià)格便宜、用量大、成本低、性能差別不大；工業(yè)上使用的溫度傳感器，性能價(jià)格差別比較大，因?yàn)閭鞲衅鞯木戎苯雨P(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和控制過(guò)程，通常價(jià)格比較昂貴。概述傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器概述各種熱電偶傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器概述各種熱電阻傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器

溫度傳感器按工作原理主要有以下幾類：

熱電偶，利用金屬溫差電動(dòng)勢(shì)，有耐高溫、精度高的特點(diǎn)；熱電阻，利用導(dǎo)體隨溫度變化，測(cè)溫不高；熱敏電阻，利用半導(dǎo)體材料隨溫度變化測(cè)溫，體積小、靈敏度高、穩(wěn)定性差；集成溫度傳感器，利用晶體管PN結(jié)電流、電壓隨溫度變化，有專用集成電路，體積小、響應(yīng)快、價(jià)廉，測(cè)量150℃以下溫度。概述傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端，分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不等（T＞T0）有溫差時(shí)，回路里會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。利用這種效應(yīng)，只要知道一端結(jié)點(diǎn)溫度，就可以測(cè)出另一端結(jié)點(diǎn)的溫度。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)

固定溫度的接點(diǎn)稱基準(zhǔn)點(diǎn)（冷端）T0

，恒定在某一標(biāo)準(zhǔn)溫度；待測(cè)溫度的接點(diǎn)稱測(cè)溫點(diǎn)（熱端）T，置于被測(cè)溫度場(chǎng)中。這種將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)的傳感器稱為熱電偶，金屬稱熱電極。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)1）兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生電子擴(kuò)散，濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。濃度高的失去電子顯正電，濃度低的得到電子顯負(fù)電。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，得到一個(gè)穩(wěn)定的接觸電勢(shì)。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)

溫度T時(shí)熱端接觸電勢(shì)：冷端接觸電勢(shì)：

、

、式中：

A、B代表不同材料；T，T0為兩端溫度；

＿波爾茲曼常數(shù)；

＿電子電荷量；

是A、B材料的電子濃度；傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)在閉合回路中，總的接觸電勢(shì)為：傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)2）單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）對(duì)單一金屬如果兩邊溫度不同，兩端也產(chǎn)生電勢(shì)。產(chǎn)生這個(gè)電勢(shì)是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，會(huì)向低溫端擴(kuò)散。由于高溫端失去電子帶正電，低溫端得到電子帶負(fù)電。＋－Ｔ＞Ｔ０傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)A、B兩導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路總的溫差電勢(shì)為：?jiǎn)我粚?dǎo)體的溫差電勢(shì)為：傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)根據(jù)兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)，熱電偶總的熱電勢(shì)為：傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)結(jié)論：熱電偶兩電極材料相同，NA=NB時(shí)，無(wú)論兩端點(diǎn)溫度如何，總熱電勢(shì)為零；2.如果熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，T=T0時(shí)，A、B材料不同，回路總電勢(shì)為零；因此，熱電偶必須用不同材料做電極；在T、T0兩端必須有溫差梯度，這是熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)3)三種導(dǎo)體的熱電回路（中間導(dǎo)體定律）如果將熱電偶T0端斷開(kāi)，接入第三導(dǎo)體C，回路中電勢(shì)EAB（T，T0）應(yīng)寫為：ＡＢＣＴＴ０Ｔ０傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)設(shè)

時(shí)，

將

代入上式有：

傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)結(jié)論：當(dāng)引入第三導(dǎo)體C時(shí)，只要C導(dǎo)體兩端溫度相同，回路總電勢(shì)不變，根據(jù)這一定律，將導(dǎo)體C作為測(cè)量?jī)x器接入回路，就可以由總電勢(shì)求出工作端溫度，條件是：保證兩端溫度一致。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.1熱電效應(yīng)

4）參考電極定律（中間溫度定律）當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)EAB（T，T0）等于結(jié)點(diǎn)溫度T、TC和TC、T0

時(shí)，熱電勢(shì)與

的代數(shù)和為：

實(shí)際測(cè)量時(shí)，利用這一性質(zhì)，對(duì)參考端溫度不為零度時(shí)的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)和種類熱電偶種類：貴金屬熱電偶鉑銠——鉑銠（600～1700）℃鉑銠——鉑（0～1600）℃普通金屬熱電偶鎳鉻——鎳硅（-200～1200）℃鎳鉻——鎳銅（-40～750）℃鐵——康銅（0～400）℃熱電偶可以測(cè)量上千度高溫，并且精度高、性能好，這是其它溫度傳感器無(wú)法替代的。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)和種類傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)和種類結(jié)構(gòu)：普通熱電偶，測(cè)量氣體、蒸汽、液體等，棒形結(jié)構(gòu)；薄膜熱電偶，用于火箭、飛機(jī)噴嘴溫度測(cè)量，結(jié)構(gòu)較??；鎧裝熱電偶，用以測(cè)量狹小對(duì)象，結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、可彎曲；表面熱電偶，用于弧形表面物體測(cè)溫；消耗式熱電偶，主要用于鋼水溫度測(cè)量。a)普通熱電偶b)薄膜熱電偶c)鎧裝熱電偶傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.3熱電偶測(cè)量電路通過(guò)查熱電偶分度表可知熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)；例如K型：0℃時(shí)0mV，600℃時(shí)；分度表以t=0℃作基準(zhǔn)，而實(shí)際應(yīng)用中t≠0℃；若參考端溫度不為0℃，工作端溫度為t時(shí)，由分度表可查出EA（t,0），與實(shí)際熱電勢(shì)EAB（t,t0）之間的關(guān)系可通過(guò)參考電極定律得出：傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.1熱電偶

11.1.3熱電偶測(cè)量電路電路調(diào)試步驟：調(diào)零：T=0℃時(shí)調(diào)整調(diào)零電位器RP2使運(yùn)放輸出為零；調(diào)增益：溫度600℃時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)反饋電阻，使運(yùn)放輸出在6V。放大器增益為，得到滿量程輸出6V（600℃）。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器爐溫的自動(dòng)調(diào)節(jié)

11.1熱電偶＿應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器爐溫的自動(dòng)記錄11.1熱電偶＿應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器

金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻統(tǒng)稱熱電阻。熱敏電阻傳感器主要有兩大類：金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻廣泛用于測(cè)量-200～+850℃，少數(shù)可測(cè)1000℃。11.2熱敏電阻貼片式薄膜式

大功率

熱敏電阻的恒溫控制電路3集成溫度傳感器

11.熱敏電阻—溫度特性概述各種熱電偶3)三種導(dǎo)體的熱電回路熱敏電阻傳感器主要有兩大類：第11章溫度傳感器NTC——負(fù)溫度系數(shù)型；不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生電子擴(kuò)散，濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。目前，熱敏電阻溫度上限約300℃。第11章溫度傳感器第11章溫度傳感器在T、T0兩端必須有溫差梯度，這是熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器金屬熱電阻一般用于-200～+500℃溫度測(cè)量；材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳，繞制在云母板、玻璃或陶瓷線圈架上，構(gòu)成熱電阻。鉑熱電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系近似為：11.2熱敏電阻

11.2.1金屬熱電阻-200～O℃

+0～850℃

式中：

為溫度

和

時(shí)的電阻值。溫度時(shí)，

的公稱值是。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.2熱敏電阻

11.2.2熱敏電阻鉑測(cè)溫電阻元件的電阻的溫度特性傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.2熱敏電阻

11.2.2熱敏電阻帶保護(hù)管的鉑測(cè)溫電阻元件傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器近年來(lái)，幾乎所有的家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器，溫度控制完全智能化，這些溫度傳感器幾乎都使用熱敏電阻。熱敏電阻用半導(dǎo)體材料氧化復(fù)合燒結(jié)而成主要材料有：Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物，結(jié)構(gòu)分為：二端、三端、四端、直熱式、旁熱式。

11.2熱敏電阻

11.2.2熱敏電阻熱敏電阻符號(hào)

傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器熱敏電阻—溫度特性

PTC——正溫度系數(shù)型；NTC——負(fù)溫度系數(shù)型；

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性曲線用經(jīng)驗(yàn)公式表示：11.2熱敏電阻

11.2.2熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻特性曲線

A，與材料和形狀有關(guān)；B，常數(shù)；，溫度為T時(shí)的電阻值；

傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器多數(shù)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，溫度升高電阻下降，同時(shí)靈敏度下降，所以熱電阻限制了它在高溫下使用。目前，熱敏電阻溫度上限約300℃。

熱敏電阻最大的缺點(diǎn)是，產(chǎn)品一致性差，互換性不好，因此一般不在石油、鋼鐵、制造業(yè)上使用。11.2熱敏電阻

11.2.2熱敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.2熱敏電阻

11.2.3熱敏電阻的應(yīng)用圖是一恒溫電路，A為比較器，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到T℃時(shí)，輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)溫控制。

同相端輸入有RP1、R2、R3分壓確定作比較電平，RP可調(diào)節(jié)比較器的比較電平，從而調(diào)節(jié)所需控制溫度。熱敏電阻的恒溫控制電路傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.1集成溫度傳感器測(cè)溫原理

集成溫度傳感器利用PN結(jié)的電流、電壓特性與溫度的關(guān)系測(cè)溫，一般測(cè)量溫度范圍在150℃以下。集成溫度傳感器把熱敏晶體管和外圍電路、放大器、偏置電路及線性電路制作在同一芯片上；利用發(fā)射極電流密度在恒定比率下工作的晶體管對(duì)的基極—發(fā)射極之間電壓VBE的差與溫度呈線性關(guān)系。傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.1集成溫度傳感器測(cè)溫原理

晶體管伏安方程式：K——

波爾滋蔓常數(shù)；

T——

絕對(duì)溫度;

——V1、V2發(fā)射極面積比。

——電子電荷量；

正比于絕對(duì)溫度

T，只要保證恒定，

就可以使與T為單值函數(shù)。

傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.1集成溫度傳感器測(cè)溫原理

圖為是絕對(duì)溫度比例電路（PTAT）

V1、V2是兩只互相匹配的溫敏晶體管，

I1、I2是集電極電流，由恒流源提供，

ΔVbe是兩個(gè)晶體管發(fā)射極和基極之間電壓差。集成溫度傳感器基本電路原理圖

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性曲線用經(jīng)驗(yàn)公式表示：2K）時(shí)，理想輸出為298.大，因?yàn)閭鞲衅鞯木戎苯雨P(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和1熱電偶

11.第11章溫度傳感器若R=358Ω，電路輸出溫度系數(shù)為：熱電偶可以測(cè)量上千度高溫，并且精度高、1熱電偶

11.同相端輸入有RP1、R2、R3分壓確定作比較電平，RP可調(diào)節(jié)比較器的比較電平，從而調(diào)節(jié)所需控制溫度。3集成溫度傳感器

11.大，因?yàn)閭鞲衅鞯木戎苯雨P(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和2熱敏電阻鎳鉻——鎳銅（-40～750）℃集成溫度傳感器，利用晶體管PN結(jié)電流、這種將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)DB18B20典型應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器1）電壓輸出型輸出電壓正比于絕對(duì)溫度，V1、V2的發(fā)射結(jié)壓降之差全部落在電阻R1上，流過(guò)R1上電流為：

11.3集成溫度傳感器

11.3.2集成溫度傳感器信號(hào)輸出方式電壓輸出型電路電路輸出為：

可見(jiàn)輸出電壓U0與絕對(duì)溫度T成正比關(guān)系傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.2集成溫度傳感器信號(hào)輸出方式2）電流輸出型V1、V2是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的晶體管作為恒流源負(fù)載，V3、V4是測(cè)溫用晶體管，V3發(fā)射結(jié)面積是V4管的8倍（γ=8），流過(guò)電路的總電流是：若R=358Ω，電路輸出溫度系數(shù)為：

電流輸出型電路傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.3AD590集成溫度傳感器

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)部電路原理圖傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.3AD590集成溫度傳感器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(guò)電位器調(diào)整，使輸出電壓滿足1mV/K的關(guān)系。AD590典型應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.3AD590集成溫度傳感器AD590典型應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器11.3集成溫度傳感器

11.3.1AD590集成溫度傳感器AD590典型應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第11章溫度傳感器1