第三章温度传感器2

1、一、教学目的：一、教学目的： 通过本章学习，要求学生理解1、温度是非电量，不能直接测量，只有通过温度传感器将其转换成其他物理量才能进行间接测量。2、对温度传感器传感器及温度测量技术有一个较深入的理解。l热电偶、金属热电阻、半导体热敏电阻、集成温度传感器的工作原理。l简单实用的温度测量电路。 热电偶测温原理l温度是表征物体冷热程度的物理量，是非电量，不能直接测量，只能借助温度传感器的转换，才能对其进行间接测量。l温标：标示物质冷热程度的标准是温标。常用的温标有绝对温度K（符号T）、摄氏温度 （符号t）、华氏温度 ，它们的关系如下：l l l 0CoF0273460ooKCF273032ooKCF

2、373100212ooKCF932()5oFtF273()otTC273( )TtK l温度传感器通常组成l t 感温元件 温度显示，温度测量分接触式和非接触式两种。2.2热电偶传感器用得广泛、简单、方便、测温范围宽、精度较高、稳定2.2.1测温原理测温原理l热电效应：热电效应：两种不同材料的导体组成闭合电路，若两节点温度不同，则在该电路中定会产生电动势。称热电动。热热电动势电动势由接触电动势接触电动势和温差电动势温差电动势组成。l两种导体的接触电动势：两种导体的接触电动势： 两种金属中自由电子密度不同，接触时，自由电子密度大的要向密度小的一方扩散扩散，达到平衡后，扩散停止，由此在接触处形成稳

3、定的（平衡平衡）电位差叫接触电动势。l单一导体的温差电动势：单一导体的温差电动势：l 单一导体，若两端温度不同，高温端电子要向低温端扩散，扩散，从而高温端电子少了带正电，低温端电子多了带负电。如此产生的电动势叫温差电动势。l 热电动势与温度成单值函数关系。l 热电动势与温度的关系通过热电偶分度表来确定。热电偶分度表热电偶分度表是热电偶参考端温度为0摄氏度时，通过实验作出的热电动势与工作端温度数值的对应关系表。l热电偶的基本定律热电偶的基本定律l中间导体定律：中间导体定律：l中间温度定律：中间温度定律： 2.2.2 热电偶的结构形式及热电偶材料热电偶的结构形式及热电偶材料l普通型热电偶普通型热电

4、偶：一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。l铠装热电偶（缆式热电偶）：铠装热电偶（缆式热电偶）：将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物熔铸在一起，外表在套不锈钢管等。它耐高压，反应时间短，坚固耐用。l薄膜热电偶薄膜热电偶：用真空镀膜技术将热电偶材料沉积在绝缘体上构成，测温200500摄氏度，热电极材料多用铜康铜、镍锘铜、镍锘镍硅等，云母作绝缘，适用于表面温度的测量。l热电偶组成材料及分度表：热电偶组成材料及分度表：四种标准华材料1. 30610铂 铙 铂 铙 、 铂 铙 铂镍 锘 镍 硅 和 镍 锘 铜 镍2.2.3 热电偶测温及参考温度补偿热电偶测温及参考温度补偿l热电偶测温基本电路热电偶测温基

5、本电路l热电偶参考端的补偿热电偶参考端的补偿l 热电偶有两端，一端是测温端，另一端是自由端，即参考端，其温度应为0摄氏度。若参考端温度不为0摄氏度，则不合分度表，会给测温带来误差。为此应对参考端温度进行补偿。l 如利用中间温度定律代数和代数和方法补偿1. 利用电桥法补偿等原理：原理：利用金属导体的电阻值随温度的变化而变 化的原理测温。结构：结构：热电阻、连接导线、显示仪表组成。广泛用于测220850摄氏温度还可以测至1K（272摄氏度）1000摄氏度注意：绝对温度0K，相当于 为热力学第三定律极限 温度，为温度下限禁区，决不能达到。故 是 最低温度。材料是铂铜273oC2 7 3oCl热电阻热

6、电阻 Rt 随温度变化的变化特性随温度变化的变化特性l铂热电阻的电阻温度特性铂热电阻的电阻温度特性l 特点：测温精度高，稳定性好，能测200850摄氏度，在 2000摄氏度内，l 0850摄氏度内，l 式中l工业上有Ro10欧、Ro100欧两种l实际使用中，不需记公式不需去计算，只要测得热电阻 1.Rt，在查分度表，找到对应温度值即可。2301(100)tRRAtBtCt t201tRRA tB to7o2o4A5 .8 4 71 0CCCCB 3 1 2= 3 . 9 6 8 41 0 4 . 2 21 0l铜热电阻的电阻温度特性：铜热电阻的电阻温度特性：也有公式，不需记不需算，查表即可。铜

7、热电阻适合用于低温无侵蚀性测量50150摄氏度。l 2.3.2热电阻传感器的结构l 由电阻体电阻体、绝缘管绝缘管、保护套管保护套管、引线引线和接线盒接线盒等组成。结构：结构：利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按照特定工艺制成。类型：类型：1.PTC正温度系数 2.NTC负温度系数 3.在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度 电阻器CTR特性曲线分散性很大：有的变化较均匀的适合用于温度测量有的变化陡峭适合用于温度开关控制校校特点：特点：l标称阻值标称阻值：R0R25为标称值，RTR85，下脚标为摄氏度lB值值：热敏电阻常数，表征灵敏度的量，单位为K。B越大，热灵敏度越高。l电阻温度系数电阻温度系数：自身温度变化1摄氏度时，电阻值相对变化量。（ 为负值，t减小增大）l额定功率额定功率：与一般电阻同。标准条件下，长期连续通电元件的耗散功率。l耗散系数耗散系数 ：对能源的损耗。l热时间常数热时间常数：热反应特性，反应时间。l双金属温度传感器室温测量的应用 l特点特点：结构简单，价廉，刻度清晰，使用方便，耐振动。l 常用于驾驶室，船舱，粮仓室温测量。l原理：原理：膨胀系数不同的两金属片粘在一起，盘形，固定l 外端，内端接指针，温度变化，热胀冷缩，内针l 旋转，指示出温度。l双金属温度传感器在电冰箱中的应用1. 蝶形双金属片电冰箱压缩机温度保护继电器