温度传感器串讲

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1、温度传感器及应用,温度传感器,产品,温度传感器,热电偶,热电阻,热敏电阻,学习目标,掌握几种温度测量器件的结构、工作原理、特 性。,热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。 将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器； 将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。,主要内容,任务一.掌握温度测量基本知识 任务二.掌握热电偶传感器（重点）的原理、结构、应用 任务三.掌握热电阻传感器的原理、结构、应用 任务四.掌握热敏电阻的原理、结构、应用 任务五.掌握温度传感器的原理、结构、应用,任务一.掌握温度测量基本知识,温度：反映了物体冷热的程度，与自

2、然界中的各种物理和化学过程相联系。 测量方法：接触式测温和非接触式测温,一.温度检测的基本知识,温度的数值表示方法称为温标:它规定了温度的读数的起点 （即零点）以及温度的单位。国际上规定的温标有:摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。,接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。,非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计：,一.温度检测的基本知识,温 标,摄氏温标-是把标准大气压下纯水的冰融点定为0度，纯水的沸点定为100度的一种温标。在0度和100度之间分成100等分，每

3、一分为一摄氏度，符号为。华氏温标-规定在大气压下，纯水的冰融点为32度，纯水的沸点为212度，中间划分为180等分，每一分为一华氏度，符号为。,热力学温标-又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。,一.温度检测的基本知识,几种温标的对比,任务二.掌握热电偶传感器的原理、结构、应用,学习目标与任务1.了解热电偶的工作原理与结构类型 2.掌握热电偶的型号构成及选用方法 3.学会用其进行温度测量 4.了解常见热电偶测温系统的组成与功能,一 . 热电效应,热电偶工作原理,将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。,二.热电偶传

4、感器,k玻耳兹曼常数，e电子电荷量， T接触处的温度， NA，NB分别为导体A和B的自由电子密度。,二.热电偶传感器,热电偶测温基本定律,1)均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。,2)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。,二.热电偶传感器,3)参考电极定律两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：,二.热电偶传感器,热电偶的材料、结构及种类,1、热电偶的材料,根据金属的热电效应原理

5、，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶,在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：,(1)温度测量范围广,(2)性能稳定,(3)物理化学性能好,二.热电偶传感器,2、热电偶的结构,1）普通工业装配式热电偶的结构,热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。,2）铠装热电偶的结构,铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样，作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，同时亦可作为装配式热电偶的感温元件。,二.热电偶传感器,铠装热电偶结构,二.热电偶传感器,3、热电偶的种类,1）标准

6、型热电偶,2）非标准型热电偶非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。,主要有：铂铑30-铂铑6热电偶，分度号“B”； 铂铑10-铂热电偶，分度号“S”；镍铬-镍硅热电偶 ，分度号“K”；镍铬-康铜热电偶 ，分度号“E”；铁-康铜热电偶，分度号“J”；铜-康铜热电偶，分度号“T”。,二.热电偶传感器,4. 型 号 表 示,二.热电偶传感器,盐浴炉炉温由热电偶感应，通过信号放大、采样保持、A/D转换，再由单片机进行数据处理及线性化校正，以实现盐浴炉实际温度的检测和显示。其系统总体框图如下：,二.热电偶传感器,任务三.掌握热电阻传感器的原理、结构、应用,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测

7、器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。,热电阻分类,按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。按结构分，普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻,三.热电阻传感器,工作原理,温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。,三.热电阻传感器,金属热电阻及其特性,热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温

8、度的增加而增加这一特性来进行温度测量。,1.铂电阻 铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出输入特性接近线性。,三.热电阻传感器,铂电阻的电阻值与温度之间的关系：,A、B、C常数 铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。,三.热电阻传感器,铜电阻,铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。 铜电阻阻值与温度变化之间的关系：,式中 A、B、C常量 当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质

9、中工作,三.热电阻传感器,其他热电阻,镍使用温度范围是-50100和-50150 。但目前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻） 铟电阻适宜在-269-258温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。 锰电阻适宜在-271-210温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。 碳电阻适宜在-273-268.5温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。,三.热电阻传感器,热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面

10、再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。,热电阻的结构、类型,你好,三.热电阻传感器,三.热电阻传感器,感温元件结构,普通（装配式）铂电阻,三.热电阻传感器,铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。 铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。 可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。,铠装式铂电阻,三.热电阻传感器,薄膜铂热电阻

11、元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。,薄膜铂热电阻,三.热电阻传感器,铂热电阻分度表,三.热电阻传感器,任务四.掌握半导体热敏电阻的原理、结构、应用,利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结 优 点：(1) 热敏电阻的温度系数比金属大（49倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。 缺点：线性度较差，复现性

12、和互换性较差。,热敏电阻分类：,正温度系数(PTC) 负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR),热敏电阻典型特性,四.半导体热敏电阻,PTC热敏电阻正温度系数钛酸钡掺合稀土元素烧结而成用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻负温度系数以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成用途：温度开关。 NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成应用：点温、表面温度、温差、温场等测量,自动控制及电子线路的热补偿线路,四.半导体热敏电阻,NTC热敏电阻,1. 热敏电阻的主要特性

13、2. 热敏电阻的结构 3. 热敏电阻的主要参数 4. 热敏电阻的线性化,1. 热敏电阻的主要特性,NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性,式中 RT , R0热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0 , T 介质的起始温度和变化温度（K）；t0 , t 介质的起始温度和变化温度（）；B 热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。, 温度特性,B和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数， 热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多， 所以它的灵敏度很高。,热敏电阻的电阻温度系数,热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量,热敏电阻的结构形式,3.

14、 热敏电阻的主要参数, 标称电阻值RH 在环境温度为250.2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。 耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW /； 热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；, 能量灵敏度G （W） 使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。 时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T= 0.63 (TT0) 时所需的时间。 额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热

15、敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率,3. 热敏电阻的主要参数,任务五.掌握其他温度传感器,学习目标与任务1.了解其他温度传感器 2.AD590,DS18B20,LM135等等,一、电流输出型集成温度传感器代表性器件：AD590的主要参数（二端器件）静态输出：+25C (298.2K) 298.2A（+25C and VS = +5 V）测温范围：55 +150 C动态输出：1A/K（+25C and VS = +5 V）工作电压： + 4 V to +30 V.特点：特别适合远距离测温！,集成温度传感器AD590,二、 电压输出型集成温度传感器代表性器件：LM135的主要参数（三端器件）静态输

16、出： 2.98V（+25 and IR =1mA）测温范围：55 +150 （LM135） 动态电阻：0.6（+25 and IR =1mA）动态输出：10mV/ ,LM135、LM235、LM335的封装外外形及引线,基本应用电路,恒流源供电电路,静态输出调整电路,串联扩展 灵敏度电路,可归零电路（t =0；V0 =0） 调节2K电位器，可以实现当温度为0时，电路输出为零。,LM135温差测量电路 用于测量两个温度传感器的温度差,三、 数字输出型集成温度传感器（频率、I2C总线、一总线输出型）, AD7414 /I2C总线10位数字温度传感器工作电压：+2.7V to +5.5V.封装外形：SOT-23测温范围：- 40 to +85测温精度： 2（分辨率0.25） DS1820型8/16一总线数字温度传感器DS1820有关参数工作电压：+3V to +5.5V.封装外形：PR35测温范围：-55 to +125测温精度： 1（分辨率0.2）,