汽车技术课件：温度传感器原理

,温度传感器原理,温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。,温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。,概念普及,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。(1)膨胀式温度计(2)热电阻温度计(3)热电偶温度计(4)其他原理的温度计优点：直观、可靠，测量仪表也比较简单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（红外）(2)光纤式温度计优点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。,测量温度的方法,玻璃管温度计,双金属温度计,典型仪器,典型仪器,1.热电效应,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。,热电偶传感器,2.热电偶测温基本定律,1)均质导体定律2)中间导体定律3)参考电极定律4)中间温度定律,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。,3.热电偶的材料,根据金属的热电效应原理，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,(1)按照电动势与温度的关系可分为标准化(常用)热电偶和非标准化热电偶。（铂铑30-铂铑6热电偶，镍铬-镍铝或镍铬-镍硅热电偶，铜-康铜热电偶等）(2)按热电偶的材质可分为金属热电偶、半导体热电偶和非金属热电偶三类。(3)按适用的测温范围可分为高温热电偶和低温热电偶两类。,4.热电偶的材料,5.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。,6.型号表示,热电阻传感器,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。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,热电阻工作原理,热电阻常用材料,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,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。,常用材料：铂、铜、镍、铟、锰、碳等。,半导体热敏电阻,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，复现性和互换性较差。,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,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,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