Chapter温传感器PPT教学课件

1、珠型热敏电阻的结构1第1页/共75页概述第2页/共75页1物镜；2吸收玻璃；3灯泡；4红色滤波片；5目镜；6指示仪器；7滑线电阻；E电源；K开关；R1刻线调整电阻上一页下一页返 回第3页/共75页概述 各种热电偶第4页/共75页概述 各种热电阻第5页/共75页概述第6页/共75页概述第7页/共75页 热力学温度定义水的三相点(固、液、汽三相并存）热力学温度标志数值为373.16，取1/373.16为一个开尔文。将计量单位K 加上所标志的数值后，就形成了完整的热力学温度表达式。 热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点是273.15K，沸点是373.15K。请注意水的冰点和三相点是

2、不一样的，两者相差0.01K。第8页/共75页物理现象 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合金第9页/共75页构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由

3、连接的电路获得功率；四端器件：旁热式上一页下一页返 回第10页/共75页概述第11页/共75页概述第12页/共75页概述第13页/共75页概述第14页/共75页贴片式薄膜式 大功率 第15页/共75页第16页/共75页选作感温元件的材料应满足如下要求选作感温元件的材料应满足如下要求：1. 材料的电阻温度系数材料的电阻温度系数a要大，纯金属的要大，纯金属的a比合金的比合金的高，所以一般均采用纯金属作热电阻元件；高，所以一般均采用纯金属作热电阻元件；2. 在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定；在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定；3. 在测温范围内，在测温范围内，a（温度系数）保持常数，便

4、于（温度系数）保持常数，便于实现温度表的线性刻度特性；实现温度表的线性刻度特性；4. 具有比较大的电阻率，以利于减少热电阻的体积，具有比较大的电阻率，以利于减少热电阻的体积，减小热惯性减小热惯性.5. 特性复现性好，容易复制。特性复现性好，容易复制。比较适合以上要求的材料有：比较适合以上要求的材料有：铂、铜、铁和镍铂、铜、铁和镍。第17页/共75页第18页/共75页-190O +0630 2301100tRRtbtc tt201tRRtbt式中： 0RtR为温度 00 C和 0tC时的电阻值。温度 时， 0R的公称值是100。 00 C第19页/共75页第20页/共75页第21页/共75页第2

5、2页/共75页第23页/共75页特征参数 标称电阻值：25oC、零功率 电阻温度系数：单位温度变化引起电阻阻值变化的相对值 (表征灵敏度) 时间常数：表征电阻热惯性 额定功率%1001dTdRRTT第24页/共75页)exp(0ATRRtBTARt第25页/共75页 静态伏安特性AB：低温，阻值基本不变BC：阻值随温度升高而增加CD：电流平缓第26页/共75页负温度系数型热敏电阻特性曲线 )exp(0TBRRt21TBdTdRRTTt第27页/共75页NTC的温度特性TBRRT0lnln第28页/共75页CTR的温度特性第29页/共75页半导体硅热电阻 2.1.3 硅热电阻半导体材料的电阻率对

6、温度非常敏感,对半导体器件影响很大，但是可以用来制成传感器第30页/共75页硅热电阻工作原理电阻率与载流子浓度和迁移率有关载流子浓度和迁移率都与温度相关1、迁移率与温度的关系 声学波（晶格振动）散射 电离杂质散射)/2/32/3*TBNATmqi2/3*1ATmqsiiBNTmq2/3*is111pnpqnq1第31页/共75页2、电阻率与温度的关系一定掺杂浓度 AB段：温度很低时，载流子（杂质电离）浓度随温度升高而增加，迁移率也随温度升高而增大（电离杂质散射） BC段：杂质全部电离，载流子浓度变化不大，迁移率随温度升高而降低（晶格振动散射） CD段：本征激发增加，载流子浓度增加第32页/共7

7、5页硅热电阻的结构和制作工艺 上、下电极：银电极欧姆接触区 N型硅片：WLRR0第33页/共75页硅热电阻的特性1、电阻温度特性 正向偏置，温度升高，阻值增加，线性较好 反向偏置，温度太高，本征激发第34页/共75页 过热保护第35页/共75页 自动延时电路第36页/共75页 控温电路第37页/共75页第38页/共75页第39页/共75页第40页/共75页( )lnAABBNKTETeN冷端接触电势 ：00()lnAABBKTNETeN、 、式中： A、B 代表不同材料； T，T0 为两端温度； K波尔兹曼常数； e电子电荷量； BNAN是A、B 材料的电子浓度；第41页/共75页00ln,A

8、ABBNKETTT TeN0lnABNKTTeN第42页/共75页v A、B 两导体构成闭合回路总的温差电势为：000,()TABABTeT TeT TdT00,TAATeTTd T单一导体的温差电势为：称为汤姆逊系数第43页/共75页根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，v热电偶总的热电势为：0000,()TABABABTET Te T Te T TdT00ln()TAABTBNKTTdTeNEAB(T,T0)=eAB(T)- eAB(T0)第44页/共75页 00ln()TAABTBNKTTdTeN第45页/共75页v EAB(T,T0) =eAB(T)- eAB(T0)v EAB(T,

9、T0) =eAB(T)-c = f(T) 第46页/共75页 000,ABCABBCCAET TETETET：第47页/共75页0TT设 时， 00ABCET000BCCAABETETET 将 代入上式有： 000,ABCABABABET TETETET T第48页/共75页第49页/共75页tABt0t0CCBt1t1AACCtt0(a)(b)第50页/共75页 5）,ABCET T与 0,ABCET T的代数和为：0,0,ABABCABCET TET TET T 实际测量时，利用这一性 质，对参考端温度不为零 度时的热电势进行修正。第51页/共75页 6）标准 常以铂、铜为标准电极。),(

10、),(),(000TTETTETTEABBCACTT0ACTT0BCTT0AB第52页/共75页第53页/共75页v 热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、 性能好，这是其它温度传感器无法替代的。 第54页/共75页第55页/共75页第56页/共75页第57页/共75页mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0第58页/共75页第59页/共75页4 VabRsexr1r2r3rcu第60页/共75页 例：用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。mVE203. 1)0 ,30(mVtE28)30,(mVmVmVtE203.

11、29203. 128)0 ,(反查K分度表 t=701.5计算修正曲线 61第61页/共75页00,0,0ABABABEtEt tEt第62页/共75页第63页/共75页表15-5 K型(镍铬镍硅)热电偶分度表 第64页/共75页6.4.1 热辐射基本定理6.4.2 光学高温计6.4.3 光电高温计6.4.4 辐射温度计6.4.5 比色温度计上一页下一页返 回第65页/共75页隐丝式利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。恒定亮度式利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减

12、光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，所以应用广泛。上一页下一页返 回第66页/共75页 光学系统红色滤波片，造成一个较窄的有效波长吸收玻璃，目的是扩展量程目镜和物镜是一套光学系统 电测系统 包括指示仪表、灯泡、电源和调节电阻四部分。光学高温灯泡：标准辐射源电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路 原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平衡电桥式四种。 上一页下一页返 回第67页/共75页显示仪表 t0t0t0t0t0E1E2E3En显示仪表显示仪表 (a)(b)(c)第68页/共75页0R应用在设定温度， P固定使V0以CD间电势V变

13、化来调节Q第69页/共75页0R应用第70页/共75页 例：用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。mVE203. 1)0 ,30(mVtE28)30,(mVmVmVtE203.29203. 128)0 ,(反查K分度表 t=701.5计算修正曲线 71第71页/共75页6.4.1 热辐射基本定理6.4.2 光学高温计6.4.3 光电高温计6.4.4 辐射温度计6.4.5 比色温度计上一页下一页返 回第72页/共75页隐丝式利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。恒定亮度式利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐丝式光学高温计的结