西安交通大学非电量电测课件-第7章热电传感器

第七章热电传感器,热电传感器是一类能将温度变化转换为电量变化的元件。,7.1热电偶,一热电偶测温原理,1.热电效应,两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，该电动势称为热电动势。,热电动势主要是由接触电势构成的,T端的接触电动势：,同理，T0端的接触电动势：,回路总电动势,(1)如果热电热偶两电极材料相同，无论两接点温度如何，总电动勢为零。,(2)如果热电偶两接点温度相同，尽管、材料不同，回路总电动勢为零。,2热电偶的基本定律,(1)中间导体定律,在A、B材料组成的热电偶回路中接入第三种导体C，只要引入的第三种导体两端温度相同，则此导引体的引入不会改变电动势EAB(T,T0)的大小。这个规律称中间导体定律。,第一种情况：,总电动势为,第二种情况：,总电动势为,（2）标准电极定律,如果两种导体（A和B）分别与第三种导体（C）组成热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体（A、B）组成的热电偶产生的热电动势可由下述标准电极定律来确定：,证明：,二热电偶的结构与种类,1结构,2种类,（1）常用热电偶,快速反应薄膜热电偶,钨铼热电偶（超高温热电偶）,金铁-镍铬热电偶（低温热电偶）,非金属热电偶,（2）特殊热电偶,铠装热电偶,三热电偶冷端温度补偿,1冷端温度校正法（又称计算修正法）,T0实际的冷端温度；（测出）,E(T,T0)热电偶工作在T与T0时，热电偶的输出热电势,E(T0,0)热电偶工作端为T0，冷端为0oC时，热电偶的输出热电势（由T0在分度表中查出）,算出E(T,0o),查表求出T,2冷端恒温法,3补偿导线法,要求两种情况下的热电势相同,整理可得,即,4自动补偿法,（1）热电偶补偿,2补偿电桥,自动补偿在测温仪表中运用得很多，它使得测温仪表使用方便，测量准确。,例如NI公司的推出的PCI总线所配的前端测量模块,一些半导体生产厂家（如AD公司）制造出专用于温度测量的运算放大器，在运算放大器芯片的设计中加入了常用热电偶的补偿电路,5软件补偿法,用另一个温度传感器测出冷端温度T0，用软件处理的方法实现温度补偿,四热电偶实用测温电路,1测量某点温度的基本电路,2测量两点之间温度差,3测量平均温度,7.2热电阻,热电阻也是一种测温元件，它是利用导体的电阻随温度变化的特性来测量温度的。工业上被广泛地应用来测量中低温区（-200500oC）的温度。,一常用热电阻,1.铂电阻,铂电阻与温度的关系,2.铜电阻,在-50150oC的温度范围内，铜电阻与温度近似呈线性关系，可用下式表示,二热电阻的测量电路与应用举例,1.测量电路,（1）三线制接法,（2）四线制接法,7.3热敏电阻,热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件。,半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有灵敏度高、体积小、热惯性小、响应速度快等优点，但目前它存在的主要缺点是互换性和稳定性较差，非线性严重，且不能在高温下使用，所以限制了其应用领域。,一热敏电阻的电阻温度特性,大多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称负温度系数型热敏电阻。其阻值与温度的关系，可用下式表示：,二主要技术参数,三热敏电阻的应用举例,1串联补偿电阻,2并联补偿电阻,3温度-频率转换电路,时,令,调节td1使,4.温度控制,5.温度补偿,6.测量管道流量,7.4PN结型和集成温度传感器,在一定电流条件下，PN结的正向电压与温度有关，利用这一特性制成的温度传感器称为PN结型温度传感器。其体积小，反应快，而且线性比热敏电阻好得多。,一分立元件PN结型温度传感器,1.二极管温度传感器,当,时,而,2.晶体管温度传感器,二集成温度传感器,两个特性完全相同的晶体管，在不同的IC下工作，则两管的Ube之差为,T3