温度传感器应用电路.ppt

8 2 5应用 1 NTC热敏电阻实现单点温度控制电路单点温度控制是常见的温度控制形式 如图8 2 2所示 调整b点电位Ub 即预设温度Tb 初始时继电器不通电 常闭触点K闭合 加热器通电加热 比较器 直流电桥 2 热敏电阻测量真空度 真空度测量的方法比较多 利用热敏电阻实现真空度的测量电路原理如图8 2 3所示 3 PTC热敏电阻组成的0 100 的测温电路 电压跟随器 直流电桥 稳压管DZ1提供稳定电压 由R3 R4 R5分压 调节R5使电压跟随器A1输出2 5V的稳定电桥工作电压 并使热敏电阻工作电流小于1mA 避免发热影响测量精度 PTC热敏电阻RT25 时阻值为1k R8也选择1k 室温时 25 电桥调平 温度偏离室温时 电桥失衡 输出电压接差放A2放大后输出 4 单相异步电机启动 6 矿灯瓦斯报警器 检出瓦斯气体时 气敏电阻减小 V1 V2导通 V3 V4振荡 报警灯闪烁 7 一氧化碳报警器 检出CO气体时 气敏电阻RQ减小 V5 V6 V7导通 振荡电路振荡 声音报警 铂热电阻Pt100分度表 8 3 4应用 1 热电阻的连接法 由于热电阻的阻值较小 所以导线电阻值不可忽视 尤其是导线较长时 故在实际使用时 金属热电阻的连接方法不同 其测量精度也不同 最常用的测量电路是电桥电路 可采用三线或四线电桥连接法 三线法如图8 12所示 2 线性测量电路 3 Pt100三线法性测量电路 4 Pt100四线法性测量电路 图8 3 7热电阻的四线测温原理图 其他应用请读者参考教材 6 热敏电阻热保护 7 热敏电阻液位传感器 2 分度表热电偶冷端温度为0 时 热电偶热端温度与输出热电势之间的对应关系的表格 因为多数热电偶的输出都是非线性的 国际计量委员会已对这些热电偶的每一度的热电势做了非常精密的测试 并向全世界公布了他们的分度表 可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值 每10 分档 中间值按内插法计算 如分度号为S的分度表 例1 用一支分度号为 镍铬 镍硅 热电偶测量温度源的温度 工作时的参考端温度 室温 t0 20 而测得热电偶输出的热电势 经过放大器放大的信号 假设放大器的增益 10 32 7mv 则E t t0 32 7mV 10 3 27mV 那么热电偶测得温度源的温度是多少呢 解 由附录 热电偶分度表查得 E t0 t0 E 20 0 0 798mV已测得E t t0 32 7mV 10 3 27mV故E t t0 E t t0 E t0 t0 3 27mV 0 798mV 4 068mV热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出 与4 068mV所对应的温度是100 例2 用镍铬 镍硅热电偶测量加热炉温度 已知冷端温度t0 30 测得热电势eAB t t0 为33 29mV 求加热炉温度 解 查镍铬 镍硅热电偶分度表得eAB 30 0 1 203mV 可得eAB t 0 eAB t t0 eAB t0 0 33 29 1 203 34 493mV由镍铬 镍硅热电偶分度表得t 829 8 2 冷端温度修正法 对于冷端温度不等于0 但能保持恒定不变 恒温器 或能用普通方法测出 如室温 的情况 可采用修正法 常采用热电势修正法 计算公式 E t t0 E t t0 E t0 t0 式中 E t t0 热电偶测量端温度为 参考端温度为t0 时的热电势值 E t t0 热电偶实际测量温度 参考端温度为t0 不等于 时的热电势值 E t0 t0 热电偶测量端温度为t0 参考端温度为t0 时的热电势值 3 冷端温度电桥补偿法 用电桥在温度变化时的不平衡电压 补偿电压 去消除冷端温度变化对热电偶热电势的影响 这种装置称为冷端温度补偿器 如图8 4 1所示 R1 R2 R3和RW为锰铜电阻 阻值几乎不随温度变化 Rcu为铜电阻 热电阻 其电阻值随温度升高而增大 与冷端靠近 设使电桥在冷端温度为T0时处于平衡 Uab 0 电桥对仪表的读数无影响 当温度不等于T0时 电桥不平衡 产生一个不平衡电压Uab加入热电势回路 当冷端温度升高时 Rcu也随之增大 Uab也增大 但是热电偶的热电势却随冷端温度的升高而减小 若Uab的增加量等于EAB的减小量时 则输出U保持不变 改变R的值可改变桥臂电流 可以适合不同类型的热电偶配合使用 不同型号的冷端温度补偿器应与所用的热电偶配套 使用时注意 桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近 使处于同一温度之下 8 4 9应用 1 AD594集成式单片热电偶冷端温度补偿器 AD594 AD595 AD597等是美国ADI公司生产的单片热电偶冷端补偿器 内部还集成了仪用放大器 所以能实现对不同的热电偶进行冷端补偿之外 还可作为线性放大器 其引脚功能是 U U 为电源正负端 IN IN 为信号输入端 ALM ALM 为热电偶开路故障报警信号输出端 T T 为冷端补偿正负电压输出端 FB为反馈端 做温度补偿时UO端与FB端短接 详细资料见其使用说明 图8 4 3为AK594的应用电路图 热电偶的信号经过AD594的冷端补偿和放大后 再用OP07放大后输出 2 用AD592做冷端补偿的热电偶应用电路 图8 4 4AD592做冷端补偿的应用原理图 8 5PN结温度传感器 8 5 1外形 PN结温度传感器的外形繁杂 图8 5 1是国产S700系列PN结温度传感器的外形尺寸图 其中 a 为耐温玻璃封装 b 为金属外壳封装 8 5 2工作原理 PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压随温度变化而变化的原理工作的 例如 晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的 例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1 时 下降约2mV 利用这种特性 一般可以直接采用二极管 如玻璃封装的开关二极管1N4148 或采用硅三极管 一般将NPN晶体管的bc结短接 利用be结作为感温器件 接成二极管来做PN结温度传感器如图8 5 2所示 这种传感器有较好的线性 尺寸小 其热时间常数为0 2 2秒 灵敏度高 测温范围为 50 150 典型的温度曲线如图8 5 3所示 同型号的二极管或三极管特性不完全相同 因此它们的互换性差 8 5 3应用 1 火灾报警专用S700二极度管温度传感器 火灾报警用的温度传感器 主要以热敏电阻器为主 然而由于热敏电阻器的电阻 温度特性呈非线性 长期稳定性差 互换性不好 价格高 给使用带来了许多问题 国产S700系列火灾报警专用二极度管温度传感器 良好的线性关系 互换性好 性能长期稳定 体积小 响应快 技术规范如表1所示 图8 5 4给出了S700的工作电路 它通常采用恒压电源工作电路 这种电路非常简单 将S700串联一个限流电阻后接入恒压源即可 在这种电路中 通过传感器的工作电流是一个随温度升高呈近似线性增加的电流 而这种工作电流 使得S700的正向电压 温度特性几乎呈完全的线性关系 图8 5 5给出了S700在不同工作电路下的VF t特性 由此可见VF与t之间是一个线性关系 2 温敏二极管恒温器 3 PN结温度传感器的数字式温度计 4 温敏三极管的温差检测电路 8 6红外温度传感器 把红外辐射转换成电量变化的装置 称为红外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 8 6 1外形 8 6 4应用 1 红外测温仪 国产过程H T系列红外测温仪 红外辐射经光学镜头接收传输至光电器件上 由于红外器件的响应特性 为防止饱和 须经对数放大处理 为了稳定可靠又经严格的温度补偿及各种功能调节设置 再经线性处理后输出 电路原理框图如图8 6 3所示 图8 6 3国产过程H T系列红外测温仪测温原理 8 7集成温度传感器 集成温度传感器是将温敏元件及其电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器 这种传感器最大的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出 且体积小 响应快 测量精度高 稳定性好 校准方便 成本低廉 8 7 1分类 集成温度传感器常分为模拟和数字式 模拟式又分为电压型和电流型 8 7 2集成温度传感器LM35 LM35温度传感器是电压型集成温度传感器 标准T0 92工业封装 其准确度一般为 0 5 由于其输出为电压 且线性极好 故只要配上电压源 数字式电压表就可以构成一个精密数字测温系统 输出电压的温度系数KV 10 0mV 利用下式可计算出被