《第6章热敏传感器知识分享》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章热敏传感器知识分享（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 热敏传感器,单元15 金属热电阻 单元16 半导体热敏电阻 单元17 热电偶,化学工业出版社,【电路图】,【电路分析】,单元15 金属热电阻,热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类，一般把金属热电阻称为热电阻，而把半导体热电阻称为热电阻。热电阻广泛用来测量-200850范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000。如图6.1，热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可与温度变送器连接，转换为标准电流信号输出。,热电组的一般结构图：,金属热电阻传感器的测量电路：,【电路图】,【电路分析】,单元16 半导体热敏电阻,图示为半导体热敏电阻的连接方式，测温范
2、围为-50350。在由阻值求解被测物体温度时，需要根据半导体热敏电阻的温度特性曲线进行对数运算。若将阻抗变化的电压变化信号进行A/D转换后，由微型计算机完成这种数据处理，会使温度的计算变得非常的简单。热敏电阻的被测温度T为：,热敏电阻符号：,热敏电阻的结构形式：,【知识要点】,1.热敏电阻温度传感器是利用半导体的电阻值随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的传感器。 2.根据热敏电阻温度特性的不同，可将热敏电阻分为以下三种类型： （1）NTC（负温度系数）型热敏电阻：随温度升高阻抗下降； （2）PTC（正温度系数）型热敏电阻：温度超过某一温度后阻抗急剧增加； （3）CTR（临界温度
3、）型热敏电阻：温度超过某一温度后阻抗减少。 3.由于热敏电阻可用于温度测量、温度控制、温度补偿、稳压稳幅、自动增益调整、气体和液体分析、火灾报警、过热保护等。,【电路图】,【电路分析】,单元17 热电偶,图示是将两种不同材料的导体组成一个闭合回路形成热电偶，当两个接合点温度T和T0不同时，在该回路中会产生电动势。 这种将导体（热电极）A、B组合产生的电动势称为热电动势，这种能产生热电动势的现象称为热电效应。热电偶传感器的测温原理是基于热电效应，图b为热电效应原理，两个节点中，一个称为热端（图中温度T），也称为测量端或工作端，测温时它被置于被测介质(温度场)中；另一个节点称为冷端，图中温度T0）
4、，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表或测量电路相连。,产生热电动势的原因是导体（热电极）A、B之间的接触电动势（珀耳帖电动势)（见下图a）和温差电动势（汤姆逊电动势）（下图b）。,两节点的接触电动势eAB（ T ）和eAB（T0）：,导体两端温差电动势：,接触电动势远大于温差电动势，一般计算忽略温差电动势。于是热电偶回路中产生的总热电动势:,对于已选定的热电偶，当参考端温度T0 确定后时，eAB（T0）为常数，总的热电动势就eAB（T,T0）就成为关于温度T的函数，即只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T。实际应用中就是利用这一点进行温度测量的。,【知识要点】,1.热电偶传
5、感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。热电偶性能稳定、测温范围大、信号可以远距离传输，结构简单，使用方便，能将热能直接转换直流电压信号，容易显示、记录和传输。 2.热电偶基本定律： （1）均质导体定律 若组成热电偶回路的两种导体相同（即由一种均质材料的热电极组成闭合回路），不论热电极长度、直径如何，不管节点温度如何，则回路中没有电流流过（即不产生电动势）；反之，若回路中有电流流过，则导体一定是非均质的。 （2）中间导体定律 在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。中间导体定律表明，利用热电偶进行温度测量时，在回路中引入连接导线和仪表不
6、会影响回路中的热电势。,（2）中间温度定律 如图6.15a，即在热电偶测温回路中，TC为热电极上某一点的温度，热电偶AB在节点温度为T、T0时的热电势eAB（T、T0）等于热电偶AB在节点温度为T、TC和TC、T0时的热电势eAB（T、TC）和eAB（TC、T0）的代数和：,【电路图】,【电路分析】,随着工业生产过程自动化程度的提高，通常要求把温度测量信号从现场传送到集中控制室里，或者由于显示仪表不能安装在被测对象的附近，而需要通过连接导线将热电偶延伸到温度恒定的场所。并且由于组成热电偶的材料通常是贵金属，直接连到远处显示仪表上很不经济，常用廉价的补偿导线来完成这种远距离的连接。一般采用一种导
7、线（或称补偿导线）将热电偶的冷端延伸出来（图6.20），这种导线采用廉价金属，在一定温度范围内（0100）具有和所连接的热电偶相同的热电性能。,常用的温度补偿方法有补偿导线法、热电动势修正法、冰浴法、补偿电桥法等。,1.由热电偶测温原理可知，热电偶的热电动势的大小不仅与工作端的温度有关，而且与冷端温度有关，是工作端和冷端温度的函数差。只有当热电偶的冷端温度保持不变，热电动势才是被测温度的单值函数。工程技术上使用的热电偶分度表中的热电动势值是根据冷端温度为0而制作的。但在实际使用时，由于热电偶的热端(工作端)与冷端离得很近，冷端又暴露于空气，容易受到环境温度的影响，因而冷端温度很难保持恒定，必须
8、进行温度补偿。 2.对热电偶材料的基本要求： （1）热电特性稳定，即热电动势与温度的对应关系保持恒定； （2）两种材料组成的热电偶应输出较大的热电动势，以得到较高的灵敏度，且热电动势与温度间应尽可能成线性关系，这样易于测量，且可得到较高的精确度； （3）电阻温度系数和电阻率要小，否则热电偶的电阻将随工作端的温度不同而有较大的变化，影响测量结果的精确性； （4）能应用于较宽的温度范围，热电特性、物理化学性能稳定； （5）较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便于统一分度。,【知识要点】,3.热电偶的结构：将两个热电极的一个端点焊接在一起组成热接点，就构成了热电偶。再用耐高温材料放在两个热电极之间进行绝缘，并根据不同的用途作适当的处理就构成了工作热电偶。由于热电偶广泛地应用于各种条件下的温度测量，因而它的结构形式是多种多样的。工程上实际使用的热电偶大多数是由热电极1、绝缘材料2、保护套管3 和接线盒4 等部分组成。,4.常用热电偶：常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电动势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。热电偶按其结构又可分为普通型热电偶和铠装热电偶。,回到第一页,
