微传感器技术-温度传感器ppt课件

1、第三章第三章 温度传感器温度传感器 第一节第一节 概概 论论 第二节第二节 热电偶温度传感器热电偶温度传感器 第三节第三节 热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器 第四节第四节 ICIC温度传感器温度传感器 第五节第五节 其他温度传感器其他温度传感器经过本章的学习了解温度传感器的作用、位置、分类和开展趋势；掌握热电偶三定律及相关计算；掌握热敏电阻不同类型的特点及运用场所；掌握集成温度传感器运用方法；了解其他温度传感器任务原理。 热敏电阻是利用某种半导体资料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。 在温度传感器中运用最多的有热电偶、热电阻如铂、铜电阻温度计等和热敏电阻。热敏电阻开展最为迅速，由于其性

2、能得到不断改良，稳定性已大为提高，在许多场所下-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，根本参数，主要特性和运用等。 第三节第三节 热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器一热敏电阻的特点 1电阻温度系数的范围甚宽有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大10100倍左右。 2资料加工容易、性能好 可根据运用要求加工成各种外形，特别是可以作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm。 3阻值在110M之间可供自在选择 运用时，普通可不用思索线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿

3、，所以适宜于远间隔测温暖控温运用。 一、热敏电阻的特点与分类 4稳定性好 商品化产品已有30多年历史，加之近年在资料与工艺上不断得到改良。据报道，在0.01的小温度范围内，其稳定性可达0.0002的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。 5原料资源丰富，价钱低廉 烧结外表均曾经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另外由于热敏电阻资料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，这是非常可贵的特点。 热敏电阻的种类很多，分类方法也不一样。按热敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为： 1正温度系数热敏电阻器PTC 电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。它的主要资料是掺杂的BaTiO3半导体

4、陶瓷。 2负温度系数热敏电阻器NTC 电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。它的资料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。 3突变型负温度系数热敏电阻器CTR该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低34个数量级，即具有很大负温度系数。其主要资料是VO2并添加一些金属氧化物。 二热敏电阻的分类二热敏电阻的分类 热敏电阻资料的分类热敏电阻资料的分类1大分类小分类代表例子NTC单晶金刚石、Ge、Si金刚石热敏电阻多晶迁移金属氧化物复合烧结体 、无缺陷形金属氧化烧结体多结晶单体 、固溶体形多结晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物烧结体、ZrY氧化物烧结体、复原

5、性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物溅射SiC薄膜玻璃Ge 、Fe、 V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、As2Se30.8、Sb2SeI0.2有机物芳香族化合物聚酰亚釉外表活性添加剂液体电解质溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系热敏电阻资料的分类热敏电阻资料的分类2PTC无机物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物Ba、Sr、PbTiO3烧结体有机物石墨系有机物石墨、塑料石腊、聚乙烯、石墨液体三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR V、Ti氧化物系、Ag2S、AgCu、ZnCdHgBaTiO3单晶

6、V、P、BaSr氧化物Ag2SCuS大分类小分类代表例子1. 标称电阻R25冷阻标称电阻值是热敏电阻在250.2时的阻值。 二、热敏电阻的根本参数2. 资料常数BN是表征负温度系数(NTC)热敏电阻器资料的物理特性常数。BN值决议于资料的激活能E,具有BN=E2k的函数关系，式中k为波尔兹曼常数。普通BN值越大，那么电阻值越大，绝对灵敏度越高。在任务温度范围内，BN值并不是一个常数，而是随温度的升高略有添加的。 3. 电阻温度系数%/热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。4. 耗散系数H热敏电阻器温度变化1所耗散的功率变化量。在任务范围内，当环境温度变化时,H值随之变化,其大小与热敏电阻的构

7、造、外形和所处介质的种类及形状有关。 6. 最高任务温度Tmax热敏电阻器在规定的技术条件下长期延续任务所允许的最高温度：T0环境温度；PE环境温度为T0时的额定功率；H耗散系数7. 最低任务温度Tmin热敏电阻器在规定的技术条件下能长期延续任务的最低温度。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。HPTTE0max5. 时间常数热敏电阻器在零功率丈量形状下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开场到最终变量的63.2所需的时间。它与热容量C和耗散系数H之间的关系HC9. 额定功率PE热敏电阻器在规定的条件下，长期延续负荷任

8、务所允许的耗费功率。在此功率下,它本身温度不应超越Tmax。10. 丈量功率P0热敏电阻器在规定的环境温度下,遭到丈量电流加热而引起的电阻值变化不超越0.1时所耗费的功率11. 任务点电阻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到达某一给定的电阻值。 tnHP1000012. 任务点耗散功率PG电阻值到达RG时所耗费的功率。UG电阻器到达热平衡时的端电压。GGGRUP213. 功率灵敏度KG热敏电阻器在任务点附近耗费功率lmW时所引起电阻的变化，即：在任务范围内，KG随环境温度的变化略有改动。14. 稳定性热敏电阻在各种气候、机械、电气等运用环境中，坚持原有特性的才干。

9、它可用热敏电阻器的主要参数变化率来表示。最常用的是以电阻值的年变化率或对应的温度变化率来表示。 KGR/P15. 热电阻值RH指旁热式热敏电阻器在加热器上经过给定的任务电流时,电阻器到达热平衡形状时的电阻值。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. 标称任务电流 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 它是稳压热敏电阻器在规定温度下标称任务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、电极间间隔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经过的最大电流

10、。一热敏电阻器的电阻温度特性RTT 1234铂丝4060120 16001 001 011021 03104105106RT/温度T/C热敏电阻的电阻-温度特性曲线1-NTC；2-CTR； 3-4 PTC三、热敏电阻器主要特性TT与RTT特性曲线一致。RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值； BN NTC热敏电阻的资料常数。由测试结果阐明，不论是由氧化物资料，还是由单晶体资料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围小于450，都能利用该式，它仅是一个阅历公式。 1 负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性011exp0TTBRRNTTNTC的电阻温度关系的普通数学表达式为：0ln

11、11ln0TNTRTTBR假设以lnRT、1/T分别作为纵坐标和横坐标，那么上式是一条斜率为BN ，经过点(1/T，lnRT)的一条直线,如图。1 051 041 031 02 0 -101030507085100120T/C电阻/NTC热敏电阻器的电阻-温度曲线资料的不同或配方的比例和方法不同，那么BN也不同。用lnRT1/T表示负电阻温度系数热敏电阻温度特性，在实践运用中比较方便。为了运用方便，常取环境温度为25作为参考温度即T0=25，那么NTC热敏电阻器的电阻温度关系式：29811exp25TBRRNTRT/R25BN关系如下表。02550751001250.511.522.533.5

12、(25C,1)RT / RT0-T特性曲线RT/R25TRTR25BN系数表系数表RTR25BNR50R2522002600280030003200340036003800400050000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.1940.1760.1600.1460.0920.227

13、0.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.007R0R25R75R25R-20R25R150R25R100R252.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资料，在居里点附近构造发生相变引起导电率突变来获得的，典型特性曲线如图10000100010010050100150200250R20=120R20=36.5R20=12.2PTC热敏电阻器的电阻温度曲线T/C电阻/T p1T p2Tc=175 CPTC热敏电阻的任务温度范围

14、较窄，在任务区两端，电阻温度曲线上有两个拐点：Tp1和Tp2。当温度低于Tp1时，温度灵敏度低；当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值猛烈增高按指数规律迅速增大；当温度升到Tp2时，正温度系数热敏电阻器在任务温度范围内存在温度Tc，对应有较大的温度系数tp 。 经实验证明：在任务温度范围内，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资料常数。假设对上式取对数，那么得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，便得到以下图。 可见： 正温度系数热敏电阻器

15、的电阻温度系数tp ，正好等于它的资料常数BP的值。 lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRTT 表示的PTC热敏电阻器电阻温度曲线lnRrTPPTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100假设对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数tp abcdUmU0I0 ImU/VI/mANTC热敏电阻的静态伏安特性二热敏电阻器的伏安特性UI热敏电阻器伏安特性表示加在其两端的电压和经过的电流，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相互关系。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

16、态介质中测出的静态UI曲线。热敏电阻的端电压UT和经过它的电流I有如下关系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0环境温度；T热敏电阻的温升。曲线见以下图，它与NTC热敏电阻器一样，曲线的起始段为直线，其斜率与热敏电阻器在环境温度下的电阻值相等。这是由于流过电阻器电流很小时，耗散功率引起的温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻器温度超越环境温度时，引起电阻值增大，曲线开场弯曲。 104103102101105Um1 011 021 0310010-1ImPTC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 当电压增至Um时，存在一个电流最大值Im；如电压继

17、续添加，由于温升引起电阻值添加速度超越电压添加的速度，电流反而减小，即曲线斜率由正变负。 三功率-温度特性PTT描画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、介质种类和形状等相关。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景象引起的。因此，它的变化必然有时间上的滞后景象。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：u周围温度变化所引起的加热特性；u周围温度变化所引起的冷却特性；u热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。 当热敏电阻器由温度T0添加到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；

18、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：TaanuunTtRTBtTTBRln)/exp()T(ln0TaanunTtRTBtTBRln)/exp()T(ln0设计原理：利用半导体PN结的电流电压与温度有关的特性。优点：输出线性好、丈量精度高, 传感驱动电路、信号处置电路等都与温度传感部分集成在一同,因此封装后的组件体积非常小,运用方便,价钱廉价,故在测温技术中越来越得到广泛运用。 本节简要引见IC温度传感器的类型、根本原理、主要特性及其运用等有关问题。第四节第四节 IC IC

19、温度传感器温度传感器 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。电流型IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工艺元件集成在一块芯片上,再经过激光修版微加工技术,制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热力学温度，即1A/K；其次，因电流型输出恒流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达10M。这为远间隔传输深井测温提供了一种新型器件。电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故输出电压高、线性输出为10mV；另外,由于其具有输出阻抗低的特性；抗干扰才干强，故不适宜

20、长线传输。这类IC温度传感器特别适宜于工业现场丈量。 电流型IC温度传感器的测温原理，是基于晶体管的PN结随温度变化而产生漂移景象研制的。众所周知，晶体管PN结的这种温漂，会给电路的调整带来极大的费事。但是，利用PN结的温漂特性来丈量温度，可研制成半导体温度传感元件。IC温度传感器就是根据半导体的温漂特性，经过精心设计而制造出来的集成化线性较好的温度传感器件。 利用电流I与Tk的正比关系，经过电流的变化来丈量温度的大小。二、IC温度传感器的测温原理2019201920192019一电压输出型集成温度传感器AN6701S是日本松下公司消费的电压输出型集成温度传感器，它有四个引脚，三种连线方式：(

21、a)正电源供电，(b)负电源供电，(c)输出极性颠倒。电阻RC用来调整25下的输出电压，使其等于5V，RC的阻值在330k范围内。这时灵敏度可达109110mV/，在-1080范围内根本误差不1。输出AN6701 (a)1243RC515VAN6701输出 (c)10kRC3124515V -+100k10k100k AN6701 (b)213输出4515VRC三、IC温度传感器的主要特性输出电压/V02468101220020406080RC=100kRC=10kRC=1k温度/CAN6701S的输入特性在-1080范围内，RC的值与输出特性的关系如以下图。AN6701S有很好的线性，非线性

22、误差不超越0.5%。假设在25时借助RC将输出电压调整到5V，那么RC的值约在330k间，相应的灵敏度为109110mV/。校准后，在-1080范围内，根本误差不超越1。这种集成传感器在静止空气中的时间常数为24s，在流动空气中为11s。电源电压在515V间变化，所引起的测温误差普通不超越2。整个集成电路的电流值普通为0.4mA，最大不超越0.8mARL=时。二电流型温度传感器1伏安特性任务电压：4V30V，I 为一恒流值输出，ITk，即KT标定因子，AD590的标定因子为1A/ I = KT TK 4V30V0I/AU/VAD590伏安特性曲线-55+25+150218298423 550 150 273.2AI/ ATC / CAD590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，省略非线性项后那么有: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