温度传感器.ppt

1,第三章 温度传感器,CH3 Temperature Sensor,概 论conspectus/summarize热电偶温度传感器thermocouple热敏电阻温度传感器thermistor集成温度传感器integrate circuit其他温度传感器,2,了解温度传感器的作用、地位和分类理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算， 热电偶冷端补偿原因及补偿方法掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特点、工作原理和使用方法了解其他温度传感器工作原理,学习要点,3,第一节 概 论,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。,温度是与人类生活息息相关的物理量。温度检测始于2000多年前。工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。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。,因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。,4,一、温度的基本概念,温度：衡量物体冷热程度的物理量。温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。,热力学温标thermodynamic temperature scale国际实用温标International practical temperature scale摄氏温标 Celsius temperature scale华氏温标Fahrenheit temperature scale,5,二、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 热放射 热噪声,1 温度传感器的物理原理(11),6,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,7,3. 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,接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两者具有相同温度时，达到测量的目的。这种传感器的测量精度较高，但由于被测介质的热量传递给传感器，从而降低了被测介质的温度，特别是被测介质热容量较小时，会给测量带来误差。,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。,8,物理现象,体积热膨胀,电阻变化,温差电现象,导磁率变化,电容变化,压电效应,超声波传播速度变化,物质 颜色,PN结电动势,晶体管特性变化,可控硅动作特性变化,热、光辐射,种类,铂测温电阻、热敏电阻,热电偶,BaSrTiO3陶瓷,石英晶体振动器,超声波温度计,示温涂料 液晶,半导体二极管,晶体管半导体集成电路温度传感器,可控硅,辐射温度传感器 光学高温计,1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计,1 热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金,9,温度传感器分类(1),10,温度传感器分类(2),11,温度传感器分类(3),12,温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。特点：结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。,第二节 热电偶温度传感器,热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿,13,两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。,一、工作原理,回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势thermo-electric force由两部分组成，即温差电势和接触电势。,热端,冷端,14,1. 接触电势,+,A,B,T,eAB(T),-,eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷， e =1.610-19C； k波尔兹曼常数， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。,接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。,接触电势原理图,15,A,eA(T,To),To,T,eA(T，T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的 =2V/。,2. 温差电势,温差电势原理图,16,由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：,T0,T,eAB(T),eAB(T0),eA(T,T0),eB(T,T0),A,B,3. 回路总电势,NAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A 、 B导体A和B的汤姆逊系数。,17,导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。,只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。,热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。,只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。,18,在实际测量中只需用仪表测出回路中总电势即可。由于温差电势与接触电势相比较，其值很小，因此，在工程技术中认为热电势近似等于接触电势。在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表的方法确定被测温度。,由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。,二、热电偶回路的性质,1. 均质导体定律,19,E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0,三种不同导体组成的热电偶回路,2. 中间导体定律,一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。,如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则,20,两点结论： l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：,T2,T1,Aa,B,C,2,3,EAB,A,T0,2,3,A,B,EAB,T1,T2,C,T0,EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）,(a),(b),T0,T0,EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）,第三种材料接入热电偶回路图,21,E,T0,T0,T,E,T0,T1,T1,T,电位计接入热电偶回路,根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。,22,EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）,T0,T,EBA(T,T0),B,A,T0,T,EAC(T,T0),A,C,T0,T,ECB(T,T0),C,B,2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：,23,3. 中间温度定律,如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2(如图所示)时,则其热电势为EAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2, T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为EAB(T1, T3)，则,B,B,A,T2,T1,T3,A,A,B,EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）,24,EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3）,A,B,T1,T2,T2,A,B,T0,T0,热电偶补偿导线接线图,E,对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0时，则：,只要T1、T0不变，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。,EAB=EAB(T1)EAB(T0),说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B(如图)即引入所谓补偿导线时，当EAA(T2)=EBB(T2)时，则回路总电动势为,25,例题,解：根据中间导体定律结论公式，有EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）依题意可知，EAC（T, T0）13.967mV；ECB（T, T0）8.345mV则 EAB(T, T0)13.967mV8.345mV5.622 mV因此，在此特定条件下材料A与材料B配对后的热电势为5.622 mV。,已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电动势为13.967mV，材料B与铂配对的热电动势为8.345mV，求出在此特定条件下材料A与材料B配对后的热电势。,26,热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产。,三、热电偶的常用材料与结构,27,1铂铂铑热电偶(S型) 分度号LB3测量温度：长期：1300、短期：1600。,（一）热电偶常用材料,2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型) 分度号EU2测量温度：长期1000，短期1300。,3镍铬考铜热电偶(E型) 分度号EA2测量温度：长期600，短期800。,4铂铑30铂铑6热电偶(B型) 分度号LL2测量温度：长期可到1600，短期可达1800。,28,几种持殊用途的热电偶（1）铱和铱合金热电偶 如铱50铑铱10钌热电偶它能在氧化气氛中测量高达2100的高温。（2）钨铼热电偶 可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，使用温度范围3002000分度精度为1。（3）金铁镍铬热电偶 主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。（4）钯铂铱15热电偶 输出性能高，在1398时的热电势为47.255mV。,（6）铜康铜热电偶，分度号MK 热电势略高于镍铬-镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精度高，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。,（5）铁康铜热电偶，分度号TK 灵敏度高，线性度好，可在800以下的还原介质中使用。,29,（二）常用热电偶的结构类型1工业用热电偶2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）3快速反应薄膜热电偶4快速消耗微型热电偶,30,方法 冰点槽法 计算修正法 补正系数法 零点迁移法 冷端补偿器法 软件处理法,四、冷端处理及补偿,原因热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。,31,1. 冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。,mV,A,B,A,B,T,C,C,仪表,铜导线,试管,补偿导线,热电偶,冰点槽,冰水溶液,四、冷端处理及补偿,T0,32,2. 计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.979mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度T=69。,注意:既不能只按1.979mV查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。,EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0),33,34,3. 补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即 式中：T为未知的被测温度； T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度； TH室温； k为补正系数，其它参数见下表。例 用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为11.348mV查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k=0.53。于是，被测温度 T=1150+0.5335=1168.3（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14。,T T k T H,35,例 用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。,4. 零点迁移法,应用领域：如果冷端不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。,实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。,36,5. 冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu),此时Uab=0 ,电桥对仪表读数无影响。,冷端补偿器的作用,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。,mV,EAB(T,T0),T0,T0,T,A,B,+,+,-,a,b,U,Uab,RCu,R1,R2,R3,R,T0 RCu Ua Uab EAB(T,T0),供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。,37,6. 软件处理法冷端温度恒定T0 ：但T0不为0时，只需在采样后 加一个与冷端温度对应的常数即可。冷端温度T0波动：可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。,38,热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。 在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。 主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参数，主要特性和应用等。,第三节 热敏电阻温度传感器,39,NTC二极管封装,环氧封装、小型化高精度 ； 响应时间快 ； 稳定性好,根据不同用途有多种封装结构 ；使用温区宽 高稳定性、高可靠性,根据不同用途有多种封装结构 ；使用温区宽 ；高稳定性、高可靠性 ；为客户提供多种便捷服务,家用冰箱、空调器 ；电热水器、整体浴室 ；冰柜、豆浆机,环氧封装、小型化、精度高 ；可靠性高、响应时间快 ；引线采用聚脂漆包线、耐热、绝缘性好,40,（一）热敏电阻的特点1电阻温度系数的范围甚宽2材料加工容易、性能好3阻值在110M之间可供自由选择4稳定性好5原料资源丰富，价格低廉,一、热敏电阻的特点与分类,41,1正温度系数热敏电阻器（PTC） Positive Temperature Coefficient 2负温度系数热敏电阻器（NTC） Negative Temperature Coefficient 3突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） Chop Temperature Resistor,（二）热敏电阻的分类,42,（一）热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）,1,2,3,40,60,120,160,0,100,101,102,103,104,105,106,RT/,温度T/C,热敏电阻的电阻-温度特性曲线1-NTC；2-CTR； 3 PTC,二、热敏电阻器主要特性,Resistance-temperature characteristic of thermistor,TT与RTT特性曲线一致。,T/,43,RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值； BN NTC热敏电阻的材料常数。由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于450），都能利用该式，它仅是一个经验公式。,1 负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性,NTC的电阻温度关系的一般数学表达式为：,44,为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即T0=25），则NTC热敏电阻器的电阻温度关系式：,0,25,50,75,100,125,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,(25C,1),RT / RT0-T特性曲线,RT/R25,T/,45,2.正电阻温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻温度特性,其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图,104,103,102,10,0,100,200,PTC热敏电阻器的电阻温度曲线,T/C,电阻/,Tp1,Tp2,46,经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻器的电阻温度特性可近似用下面的实验公式表示：式中 RT、RT0温度分别为T、T0时的电阻值； BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。若对上式取对数，则得：,以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。,47,）,可见： 正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数tp ，正好等于它的材料常数BP的值。,lnRr1,lnRr2,BP,mR,BP=tg=mR/mr,T1,T2,lnRr0,mr,lnRTT 表示的PTC热敏电阻器电阻温度曲线,lnRr,T,若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数tp,48,a,b,c,d,Um,U0,I0,Im,U/V,I/mA,NTC热敏电阻的静态伏安特性,（二）热敏电阻器的伏安特性（UI）表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功率相等）时的互相关系。1.负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性,该曲线是在环境温度为T0时的静态介质中测出的静态UI曲线.,热敏电阻的端电压UT和通过它的电流I有如下关系：,T0环境温度；T热敏电阻的温升。,49,104,103,102,101,105,Um,101,102,103,100,10-1,Im,PTC热敏电阻器的静态伏安特性,2正温度系数（PTC）热敏电阻器的伏安特性,50,（三）功率-温度特性（PTT）描述热敏电阻器的电阻体与外加功率之间的关系，与电阻器所处的环境温度、介质种类和状态等相关。（四）热敏电阻器的动态特性热敏电阻器的电阻值的变化完全是由热现象引起的。因此，它的变化必然有时间上的滞后现象。这种电阻值随时间变化的特性，叫做热敏电阻器的动态特性。动态特性种类：,周围温度变化所引起的加热特性；周围温度变化所引起的冷却特性；热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。,Power temperature characteristic of thermistor,Dynamic temperature characteristic of thermistor,51,当热敏电阻器由温度T0增加到TU时，其电阻值RTr随时间 t 的变化规律为： 式中 RTt时间为t时，热敏电阻的阻值； T0 环境温度；Tu 介质温度(TuT0); RTa温度Ta时,热敏电阻器的电阻值； t时间。 当热敏电阻由温度Tu冷却T0时，其电阻值RTt与时间的关系为：,52,三、热敏电阻的基本参数,1. 标称电阻(Nominal Resistance)R25（冷阻）2. 材料常数(Material Constant)BN表征负温度系数(NTC) 材料的物理特性常数。BN值决定于材料的激活能E，BN值随温度升高略有增加。,3. 电阻温度系数(Thermal Coefficient ofResistance)(%/)热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。,4. 耗散系数(Dissipation Constant)H热敏电阻器温度变化1所耗散的功率变化量。,5. 时间常数(Timr Constant)在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间。,53,6. 最高工作温度Tmax在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度7. 最低工作温度Tmin在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。8. 转变点温度Tc热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。,9. 额定功率(Rated Power)PE热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下,它自身温度不应超过Tmax10. 测量功率(Measured Power) P0热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而引起的电阻值变化不超过0.1时所消耗的功率。,54,11. 工作点电阻RG在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。,12. 工作点耗散功率PG电阻值达到RG时所消耗的功率。,13. 功率灵敏度KG热敏电阻器在工作点附近消耗功率lmW时所引起电阻的变化，在工作范围内，KG随环境温度的变化略有改变。14. 稳定性热敏电阻在各种气候、机械、电气等使用环境中，保持原有特性的能力。,15. 热电阻值RH指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时,电阻器达到热平衡状态时的电阻值。,55,16. 加热器电阻值Rr指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件下的电阻值。,18. 标称工作电流 I指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。19. 标称电压在规定温度下标称工作电流所对应的电压值。20. 元件尺寸指热敏电阻器的截面积A、电极间距离L和直径d。,17. 最大加热电流Imax指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流。,56,伏安特性的位置,在仪器仪表中的应用,U m 的左边,温度计、温度差计、温度补偿、微小温度检测、温度报警、温度继电器、湿度计、分子量测定、水分计、热计、红外探测器、热传导测定、比热测定,U m的附近,液位测定、液位检测,U m的右边,流速计、流量计、气体分析仪、真空计、热导分析,旁热型热敏电阻器,风速计、液面计、真空计,（一）检测和电路用的热敏电阻器,（U m峰值电压）,检测用的热敏电阻在仪表中的应用,四、热敏电阻器的应用,57,电路元件热敏电阻器在仪表中应用分类,在仪器仪表中的应用,U m 的左边,偏置线图的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶温度补偿、晶体管温度补偿,U m的附近,恒压电路、延迟电路、保护电路,U m的右边,自动增益控制电路、RC振荡器、振幅稳定电路,测温用的热敏电阻器，其工作点的选取，由热敏电阻的伏安特性决定。,伏安特性的位置,58,温度检测用的各种热敏电阻器探头 1热敏电阻；2铂丝；3银焊；4钍镁丝；5绝缘柱；6玻璃,（二） 测温用的热敏电阻器1、 各种热敏电阻传感器结构,59,2、测表面电阻用的热敏电阻器安装方法 图为测表面温度用的热敏电阻器的各种安装方式。,测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式,正确,错误,60,3、 热敏电阻测温电桥,自热电桥及其等效电路,61,62,（三）热敏电阻作温度补偿用由热敏电阻器RT和与温度无关的线性电阻器R1和R2串并联组成，补偿温度范围为T1T2。对于晶体管低频放大器和功率放大器电路的温度补偿，可用下列公式确定热敏电阻器的型号：,R(T),R1,R2,RT,温度补偿网络,tn=-BN/T2,T0为25,BN,63,第四节 集成温度传感器,Integrate Circuit Temperature Sensor,一、IC温度传感器的分类,电压型IC温度传感器电流型IC温度传感器数字输出型IC温度传感器,64,二、IC温度传感器的测温原理,晶体管伏安方程式：,K0 波尔滋蔓常数；,T 绝对温度;, V1、V2发射极面积比。,q 电子电荷量；,VBE正比于绝对温度 T，只要保证IC1/IC2恒定， 就可以使VBE与 T 为单值函数。,因此，可利用电流I与T的正比关系，通过电流的变化来测量温度的大小。,IT,若将VBE转换为电流I ，则,65,（一）电压输出型集成温度传感器型号：LM35、LM335、AN6701S等多种。LM35系列传感器是3端的电压输出型的精密感温器件，有LM35、LM35A、LM35C、LM35CA和LM35D等型号。极限参数：电源电压为+35V-0.2V；输出电压为+6V-1.0V输出电流为10mA；存放温度范围对于T046封装(金属壳)为-60+180，T092封装(塑料)为-55+150；工作温度范围对于LM35和LM35A为-55+150，LM35C和LM35CA为-40+110，LM35D为-0+100。特点：直接用摄氏温度校正；线性温度系数(灵敏度)为10.0mV/；在25时，测量精度为0 5；工作电压范围为430；非线性度小于0 5；输出阻抗低，在1mA负载电流时，输出阻抗只有0.1；静态电流小于60A；可采用单电源供电，也采用双电源供电，在测量温度范围内无需进行调整。,三、IC温度传感器的主要特性,66,T046封装 T092封装 T0220封装,LM35的常用基本电路,67,电流输出型典型集成温度传感器有AD590（美国AD公司生产），国内同类产品SG590。器件电源电压430V， 测温范围-50+150。,AD590 引脚和内部电路原理图,（二）电流型温度传感器,68,1伏安特性工作电压：4V30V，I 为一恒流值输出，ITk，即KT标定因子，AD590的标定因子为1A/K,I = KT TK,4V,30V,0,I/A,U/V,AD590伏安特性曲线,-55,+25,+150,218,298,423,69,55,0,150,273.2A,I/ A,TC / C,AD590温度特性曲线,2温度特性其温度特性曲线函数是以Tk为变量的n阶多项式之和，省略非线性项后则有:Tc摄氏温度；I 的单位为A。 可见，当温度为0时，输出电流为273.2A。在常温25时，标定输出电流为298.2A。,I=KTTc273.2,70,3AD590的非线性,150,55,T/C,0.3,0.3,0,在实际应用中，T 通过硬件或软件进行补偿校正，使测温精度达0.1。其次，AD590恒流输出，具有较好的抗干扰抑制比和高输出阻抗。当电源电压由5V向10V变化时，其电流变化仅为0.2A/V。长时间漂移最大为0.1，反向基极漏电流小于10pA。,55100，T递增，100150则是递降。T最大达3，最小T0.3，分I、J、K、L、M五档,T/C,AD590非线性误差曲线,71,4AD590的测量电路,AD590在温度25（298.2K）时，理想输出为298.2A，实际存在误差，可通过电位器调整，使输出电压满足1mV/K 的关系。,AD590 典型应用,72,（三）数字输出型IC温度传感器,、 DS18B20的特性单线接口：仅需一根口线与MCU连接；无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为-55125，精度为0.5；九位温度读数；A/D变换时间为200ms；用户可以任意设置温度上、下限报警值， 且能 够识别具体报警传感器。,73,3 、DS18B20的工作原理,存储器控制逻辑,64bitROM和单线接口,温度传感器,高温触发器,低温触发器,8位CRC触发器,存储器,DS18B20内部结构图,电源检测,寄生电源,2 、DS18B20引脚及功能,74,75,四、集成温度传感器的应用,1、LM35构成的数字温度计,76,四、集成温度传感器的应用,串联、并联使用： 串联测最低温度；并联测平均温度冷端补偿： 可代替冰池，环境温度15 35温度控制：温度检测：,2、AD590的典型应用,77,AD590构成的深井长传输线的温度测量,78,3、DS18B20构成的温度检测系统,采用寄生电容供电的温度检测系统,89C51,DS18B20,DS18B20,DS18B20,P1.0,P1.1,P1.2,Tx,Rx,+5V,GND,VDD,P1.1作输出口用，相当于TxP1.2