第八章_热电式传感器.ppt

第八章热电式传感器,测量：温度、与温度有关的参量,热电偶,PN结型温度传感器,热电式温度传感器,主要内容,热敏电阻式传感器金属热电阻半导体热电阻热电偶式传感器工作原理测量电路晶体管与集成温度传感器晶体管温度传感器集成电路温度传感器其他类型的温度传感器,8-1热敏电阻式传感器,热电效应：物质的电阻率随其本身温度的变化而变化，这一物理现象称为热电阻效应利用热电阻效应原理制成的温度敏感元件称为热敏电阻,一、金属热电阻,热电阻材料特点,（1）高温度系数、高电阻率（2）较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质（3）良好的输出特性（4）良好工艺性,原理：金属材料的电阻随温度变化而变化,其中，Rt、R0温度为t和0时的电阻；A、B、C为常数：A=3.98310-3/B=-5.8610-7/2C=-4.2210-12/4,1、铂电阻,一、金属热电阻,国际温标IPTS-68规定：在259.34630.74内，以铂电阻作为温度基准器,优点：（1）易提纯；（2）在高温和氧化性介质中性能稳定；（3）输出近线性；（4）测量精度高。,1、铂电阻,一、金属热电阻,2、铜电阻,其中，A、B、C为常数：A=4.2889910-3/B=-2.13310-7/2C=1.23310-9/3,一、金属热电阻,2、铜电阻,一、金属热电阻,2、铜电阻,一、金属热电阻,3、其它热电阻低温、超低温,一、金属热电阻,4、热电阻的测量电路,（1）、三线制,r=0，导线电阻r对测量无影响,平衡：,r：电桥电源；2r：相邻臂,一、金属热电阻,（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。,（2）、四线制,电位差计,4、热电阻的测量电路,一、金属热电阻,二、半导体热敏电阻,优点：（1）结构简单、体积小、可测点温度；（2）电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）；（3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。,采用半导体材料制成的温度传感器,分类,负温度系数热敏电阻：NTC,正温度系数热敏电阻：PTC,临界温度系数热敏电阻：CRT,二、半导体热敏电阻,NTC热敏电阻的主要特性,二、半导体热敏电阻,1、NTC的电阻-温度特性：,试验求A、B,对于NTC型热敏电阻，在一定温度内，热敏电阻的R-T特性符合指数规律，即,1、NTC的电阻-温度特性：,二、半导体热敏电阻,NTC热敏电阻的主要特性,2、NTC的伏安特性：在稳定情况下，热敏电阻两端的电压与流过电阻电流的关系,I,U,二、半导体热敏电阻,NTC热敏电阻的主要特性,3、NTC的温度系数,二、半导体热敏电阻,NTC热敏电阻的主要特性,在任意温度下温度变化1C(K)时的零负载电阻变化率,电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联,NTC的线性化处理,二、半导体热敏电阻,NTC的线性化处理,二、半导体热敏电阻,电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联,NTC的线性化处理,二、半导体热敏电阻,应用举例,二、半导体热敏电阻,工作原理测量电路,8-2热电偶式传感器,一、热电偶式传感器的工作原理,热电偶、热电极、热端、冷端,（一）温差电现象,将两种不同材料组成一个闭合回路，如果两个结点的温度不同，则回路中将产生一定的电流（电势），其大小与材料性质及结点温度有关，称这种物理现象为温差电现象，这个电势称作热电势,热电势产生的原因,自由电子密度,一、热电偶式传感器的工作原理,(一)温差电现象,热电势产生的原因,一、热电偶式传感器的工作原理,(一)温差电现象,（3）回路的总热电势,热电势产生的原因,一、热电偶式传感器的工作原理,(一)温差电现象,产生热电势的条件：热电偶不同电极材料两端温度不同,忽略温差电势：,（3）回路的总热电势,热电势产生的原因,一、热电偶式传感器的工作原理,(一)温差电现象,热电势产生的原因,一、热电偶式传感器的工作原理,(一)温差电现象,(二)、热电偶基本定律,1、中间导体定律,导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要导体C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。,一、热电偶式传感器的工作原理,意义：可用电器测量仪表直接测量热电势,2、连接导体定律,(二)、热电偶基本定律,一、热电偶式传感器的工作原理,3、中间温度定律,若导体A与C、B与D的材料分别相同，则：,意义：为制定分度表奠定了理论基础,已知温度T0=0时的热电势-温度关系，可求得参考温度不为0时的热电势。,(二)、热电偶基本定律,一、热电偶式传感器的工作原理,4、参考电极定律,若两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶的热电势已知，则A、B组成的热电偶也已知。,(二)、热电偶基本定律,一、热电偶式传感器的工作原理,(二)、热电偶基本定律,一、热电偶式传感器的工作原理,（三）、热电偶的结构种类,1、热电偶的结构,（1）热电极,一、热电偶式传感器的工作原理,2、热电偶的种类,一、热电偶式传感器的工作原理,（三）、热电偶的结构种类,常用热电偶型号及测温范围,二、热电偶实用测量电路,1、测量单点温度,热电偶、补偿导线和仪表内阻,2、测量两点之间的温差,3、测量平均温度,缺点：当有一只热电偶烧断时，不易察觉。,二、热电偶实用测量电路,4、测量几点温度之和,5、热电偶冷端补偿方法,1、0恒温法,标准大气压下，冰水混合物,2、恒温修正法,3、补偿电桥法,冷端补偿器,8-3PN结型温度传感器,一、温敏二极管,理想二极管,式中,负温度系数,二、温敏三极管,发射结正向电压,三、集成温度传感器,优点：体积小、成本低理想线性输出,两只晶体管集电极面积相等，,忽略基极电流：,例1：空气流速检测,工作原理：LM335电压输出型集成温度传感器大电流：T传感器T环境空气静止和流动：T传感器不同、U0不同流速越大、散热越强、温度越低、U0越小,两只LM335处于相同环境温度下一只通