温度传感器课件

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1、模块三 传感器原理及检测实训,温度传感器 职业技术学院,3.5.1 温度传感器概述 3.5.2 热敏电阻 3.5.3 热电阻 3.5.4 集成温度传感器 3.5.5 温度传感器特性实验,返回首页,3.5 温度传感器,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。,温度是反映物体冷热状态的物理参数。,模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,温度标志着物质内部大量分子无规则运动

2、的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。,低温,高温,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,一、温度的基本概念,热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。 表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。,热力学温标 国际实用温标 摄氏温标 华氏温标,如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。,

3、返回首页,3.5.1 温度传感器概述,1848年威廉汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来的，故称开尔文温标，用符号K表示。它是国际基本单位制之一 。 根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式,1热力学温标,Q1热源给予热机的传热量 Q2热机传给冷源的传热量,注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1K=1。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出0.01 K。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,为解决国际上温

4、度标准的统一及实用，经协商决定，建立一种既能体现热力学温度又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标International Practical Temperature Scale of 1968(简称IPTS-68)，又称国际温标。,2国际实用温标,1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,四个温度段：

5、规定各温度段所使用的标准仪器 低温铂电阻温度计（13.81K273.15K）； 铂电阻温度计（273.15K903.89K）； 铂铑-铂热电偶温度计（903.89K1337.58K）； 光测温度计（1337.58K以上）。 国际实用开尔文温度与国际实用摄氏温度分别用符号T68和t68来区别（一般简写为T与t）。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,3摄氏温标,是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，)，一般用小写字母t表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：

6、,4华氏温标,目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号用，它和摄氏温度的关系如下：,T=t+273.15 K,t=T-273.15 ,m=1.8n+32 ,n= 5/9 (m-32) ,返回首页,几种温标的对比,正常体温为37 C ，相当于华氏温度多少度？,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,二、温度传感器的特点与分类,随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； 蒸气压的温度变化； 电极的温度变化 热电偶产生的电动势； 光电效应 热电效应 介电常数、导磁率的温度变化； 物质的变色、融解； 强性振动温度变化；

7、 热放射； 热噪声。,1 温度传感器的物理原理,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,特性与温度之间的关系要适中，并容易检 测和处理，且随温度呈线性变化； 除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低； 特性随时间变化要小； 重复性好，没有滞后和老化； 灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小； 机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好； 能大批量生产，价格便宜； 无危险性，无公害等。,2.温度传感器应满足的条件,接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的

8、真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。,非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,3. 温度传感器的种类及特点,接触式温度传感器 非接触式温度传感器,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,温度传感器分类(1),返回首页,3.5.1 温度传感器概述,温度传感器分类(2),返回首页,3.5.1 温度传感器概述,温度传感器分类(3),返回首页,3.5.1 温度传感器概述,此外，还有微波测

9、温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。1950年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。,三、温度传感器的发展概况,接触式温度传感器 非接触式温度传感

10、器,3陶瓷热电阻 测量范围为200+500，精度为0.3、0.15级。 4超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量268.8253-272.9272.99的温度。 5热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,1常用热电阻 范围：-260850；精度：0.001。改进后可连续工作2000h，失效率小于1，使用期为10年。 2管缆热电阻 测温范围为-20500，最高上限为1000，精度为0.5级。,（）接触式温度传感器,l辐射高温计 用来测量 1000以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。 2光谱高温计 前

11、苏联研制的YCII型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为4006000,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。,3超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000的产品。 4激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000，专门用于核聚变研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,（二）非接触式温度传感器,1超高温与超低温传感器，如

12、+3000以上和250以下的温度传感器。 2提高温度传感器的精度和可靠性。 3研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。 4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。 5发展适应特殊测温要求的温度传感器。 6发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,（三）温度传感器的主要发展方向,示温涂料（变色涂料）,装满热水后图案变得清晰可辨,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,变色涂料在

13、电脑内部温度中的示温作用,CPU散热风扇,低温时显示蓝色,温度升高后变为红色,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,体积热膨胀式,不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。,气体的体积与热力学温度成正比,返回首页,3.5.1 温度传感器概述,红外温度计,返回首页,3.5.2 热敏电阻,热敏电阻是利用半导体的电阻率随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件 。 它与金属热电阻相比，有电阻温度系数大、灵敏度高（比一般金属热电阻大10100倍）；结构简单、体积小，可以测量点温度；电阻率高、热惯性小，适宜动态测量；阻值与温度变化呈作线性关系；稳定性和互换性较差等特点。,一、热敏电阻的结构和特点,返回首页,3

14、.5.2 热敏电阻,热敏电阻是由一些金属氧化物，如锰、镍等氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状和垫状等各种形状。其主要由热敏探头、引出线、壳体构成。如图所示。,返回首页,3.5.2 热敏电阻,热敏电阻外形,MF12型 NTC热敏电阻,聚脂塑料封装热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,其他形式的热敏电阻,玻璃封装 NTC热敏电阻,MF58 型热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,带安装孔的热敏电阻,大功率PTC热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,其他形式的热敏电阻（续）,贴片式NTC热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,其他形式

15、的热敏电阻（续）,MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻,MF5A-3型热敏电阻,（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）,返回首页,3.5.2 热敏电阻,非标热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,非标热敏电阻（续）,返回首页,3.5.2 热敏电阻,非标热敏电阻（续）,返回首页,3.5.2 热敏电阻,热敏电阻的主要参数,返回首页,3.5.2 热敏电阻,返回首页,3.5.2 热敏电阻,二、热敏电阻的温度特性,热敏电阻材料按温度特性可分为三类： 正温度系数（PTC）热敏电阻 负温度系数（NTC）热敏电阻 临界温度系数（CTC）热敏电阻 PTC和CTC常用作开关元件 NTC常用于温度测量和温度补偿

16、 它们随温度的变化关系曲线如右图所示。,返回首页,3.5.2 热敏电阻,1、NTC的 R-T 特性,试验求A、B：,返回首页,3.5.2 热敏电阻,2、NTC的伏安特性,3、NTC的温度系数,返回首页,3.5.2 热敏电阻,电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联,三、NTC的线性化处理,返回首页,3.5.2 热敏电阻,四、NTC热敏电阻的应用,1,2,3,4,1,2,3,4,5,Ir/mA,U/V,UR=IT0R,UR=IT1R,UR=IT2R,UR=IT0R0,UR=IT1R1,UR=IT2R2,IT0,IT1,IT2,自热电桥测量温度线路,1、 热敏电阻测温电桥,返回首页,3.5.2 热敏电阻,自热电桥及其等效电路,RT,R5,R6,R3,(R1),En,+,+,U2,UT,R,IT,E,UR,Rr,(a),(b),(c),R1,En,A,R1,R2,