第5章热电式传感器及应用.ppt

1、齐齐哈尔大学,第1页,第2页,第5章 热电式传感器及其应用 温度 电信号（电阻、电压、电流等）,热电式传感器分 PN结型热电式传感器,热电阻,热电偶,齐齐哈尔大学,第3页,5.1 热电阻,5.2 p-n结型温度传感器,5.3 热电偶,5.3.1 热电偶的工作原理,5.3.2 热电偶的基本定律,5.3.3 热电偶的种类和结构,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,5.3.6 热电偶测温实例,5.1.1 金属热电阻,5.1.2 半导体热敏电阻,5.7 热电传感器的应用,齐齐哈尔大学,第4页,5.1 热电阻,温度 电阻 热电阻： 金属热电阻（铂热阻、铜热阻等）

2、 半导体热敏电阻（PTC、NTC、CTR） 热电阻效应：物质的电阻率随温度变化的现象,齐齐哈尔大学,第5页,1 原理、结构和材料 原理：电阻温度效应大多数金属导体的电阻都随温度而变化。电阻-温度特性方程： Rt=R0 (1 + t +t2 + ) （5-1） 热电阻感温元件纯金属材料，其性能要求： 大则灵敏度高； 理化性能稳定； 恒定，以保证线性关系； 大，体积尺寸小； 复现性好。,5.1.1 金属热电阻,齐齐哈尔大学,第6页,5.1.1 金属热电阻,(1)铂热电阻（WZP） 结构材料：0.020.05mm 铂（Pt）丝绕在云母等绝缘骨架上，装入保护套管，接出引线，铂的电阻率 0.098110

3、6m ；或箔式结构；薄膜式结构。,图51 铂热电阻的结构,齐齐哈尔大学,第7页,5.1.1 金属热电阻,测温范围和应用： 259.34630.54； 温度基准、标准用。 百度电阻比： W(100)纯度(100 时的电阻值与0 时的电阻值的比值用W(100)表示)； W(100)R100 / R0 标准用铂热电阻：W(100)1.39256， 纯度99.9995； 精度：0.0010.0001 工业用热电阻要求：W(100)=1.387-1.390， 精度：2000，1； 0100，0.5； 100650，(0.5)t,齐齐哈尔大学,第8页,5.1.1 金属热电阻,电阻温度关系： Rt=R0 (

4、1+At+Bt2 ) 0t650 Rt=R0 (1+At+Bt2 +C(t100)t3 ) 200t0 其中A、B、C与W(100)有关，见附表（书后）。 在测温范围不大时，基本线性。 分度号：工业用标准铂热电阻的阻值 Pt100， （R0=100）； Pt50， （R0=50）； Pt1000，（R0=1000）；（R0：零摄氏度时的电阻值） 等。 分度表：见附表（书后）。,齐齐哈尔大学,第9页,5.1.1 金属热电阻,(2).铜热电阻（WZC）(测量精度不太高，测量范围不大的情况，用铜热电阻来代替铂热电阻) 结构材料：Cu丝绕制，(4.254.28) 10-3 / (铜电阻温度系数) 0.

5、01510-6 m； 测温范围和应用：50100，工业用温度计； 百度电阻比：W(100)1.425， 精度：5050，0.5， 50100，(1)t 电阻温度特性：Rt=R0 (1 + t )，在测温范围内线性。 分度号：Cu100，Cu50，等。 分度表：见附表 另外，铁、镍材料也可制作热电阻温度计。,齐齐哈尔大学,第10页,5.1.1 金属热电阻,2 热电阻测量线路 直流电桥线路，主要考虑其引线电阻和接触电阻影响(热电阻阻值小，导线电阻值将带来不可忽视的测量误差)，常采用三线接法和四线接法。如图5-2、图5-3所示。 其次考虑工作电流的热效应影响，工作电流10mA。,图52 热电阻测温电

6、桥的三线连接法,齐齐哈尔大学,第11页,5.1.1 金属热电阻,图53 热电阻测温电桥的四线连接法,齐齐哈尔大学,第12页,5.1.1 金属热电阻,3 热电阻的应用 (1)铂热电阻测温 恒压工作的铂热电阻测温电路如图5-4（a）所示。 热电阻选用TRRA1023B(Pt1000)，R01000 ； 传感器工作电压UB10Ve1。 测温电桥输出：,可得10mV/的电压灵敏度。,齐齐哈尔大学,第13页,5.1.1 金属热电阻,图54 恒压工作铂 热电阻测温电路 （a）测温电路； （b）直流/交流变换器电路,齐齐哈尔大学,第14页,5.1.1 金属热电阻,恒流工作的铂热电阻测温电路如图5-5所示。传

7、感器的工作电流约为1mA，此时传感器的灵敏度约为3mV/，一般运放都可选用。,图5-5 恒流工作铂 热电阻测温电路,齐齐哈尔大学,第15页,5.1.1 金属热电阻,(2)热电阻数字温度计 热电阻数字温度计测温电路如图5-5所示。测温电桥输出信号经MAX138A/D转换，数字显示。,图55 热电阻数字温度计电路,MAX138A/D转换器与ICL5106比较，增加了如下功能： 片内设置有负电源转换器，因此可以单电源供电； 工作电源电压范围宽（2.55V）； 片内设置有振荡电路。,齐齐哈尔大学,第16页,5.1.1 金属热电阻,差动输出传感器信号适宜与MAX138等A/D转换连接，实现 数字测量。M

8、AX138、ICL5106、ICL5105等A/D转换器的转 换精度是三位半，与二进制 10位A/D转换器的转换精 度相当。 线性化测温电路如图 5-10所示。,图5-10 线性化测温电路,齐齐哈尔大学,第17页,5.1.1 金属热电阻,(3)A/D转换器比例工作的热电阻温度测量电路 测温电路如图5-11、图5-12所示。,图5-11 A/D转换比例工作电路,图5-12 铂电阻A/D转换测温电路,齐齐哈尔大学,第18页,5.1.2 半导体热敏电阻,热敏电阻的类型(利用电阻率随温度变化特性的不同） PTC (正温度系数热敏电阻) ， 温度控制，限流元件； NTC (负温度系数热敏电阻) ， 温度

9、测量，补偿元件； CTR(在某一特定温度下电阻值会发生 突变的临界电阻器)，温度开关元件。 热敏电阻温度曲线如图5-13所示。,图5-13 热敏电阻特性曲线,齐齐哈尔大学,第19页,5.1.2 半导体热敏电阻,1 热敏电阻主要特性(NTC热敏电阻) (1)电阻温度特性,(20006000)K,B热敏电阻常数。,热敏电阻温度系数：,若B4000K，T323K(50)，则3.8/，大！,图5-14 NTC热敏电阻温度特性,若：,齐齐哈尔大学,第20页,5.1.2 半导体热敏电阻,(2).伏-安特性 在稳态下，通过热敏电阻的电流I与其两端之间的电压U 的关系，称为热敏电阻的伏-安特性。如图5-15所

10、示。 当电流很小时，不足以使热敏电阻产生温升，则其电阻 值只决定于环境温度，伏-安特性 呈线性，遵循欧姆定律，主要用 于测温。 当电流增大到一定值时， 使热敏电阻产生温升，会出 现负阻特性。,图5-15 热敏电阻伏安特性,齐齐哈尔大学,第21页,5.1.2 半导体热敏电阻,(3)安-时特性 热敏电阻的电流-时间曲线如图5-16所示，表示热敏电阻 在不同的外加电压下，电流达到稳定最大值所需要时间。 这是一热平衡过程，一般为0.51s。,图5-16 热敏电阻安-时特性,齐齐哈尔大学,第22页,5.1.2 半导体热敏电阻,2 热敏电阻的主要技术参数 (1)标称电阻值RH，(250.2)时的电阻值，又

11、称冷电阻。 (2)电阻温度系数，温度变化1时，热敏电阻阻值的变化 率（/）。 (3)耗散系数H，热敏电阻温度与周围介质温度相差1时所 耗散的功率(W/)。 (4)热容c，热敏电阻温度变化1时所需吸收或释放的热量 单位为（J/）。 (5)能量灵敏度G(H/ )100，使热敏电阻的阻值变化1%时 所需耗散的功率，单位为(W)。 (6)时间常数c/H，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=0.632(T-T0)时所需的时间(s)，即热容C与耗散系数H之比。,齐齐哈尔大学,第23页,5.1.2 半导体热敏电阻,3 热敏电阻的应用 热敏电阻的优点：温度系数大，灵敏度高；热

12、容量小， 响应快，分辨率高；价格便宜等。缺点：互换性差，热电 特性非线性大等。主要用于温度的测量、控制，温度补 偿，流速（或流量）测量等。 (1).流量测量 基于流体流速（流量）与散热 关系，利用热敏电阻桥式电路测 流体流速（或流量），如图517 所示。,图5-17 热敏电阻流量计,齐齐哈尔大学,第24页,5.1.2 半导体热敏电阻,(2).温度控制 利用热敏电阻的温度控制电路如图518所示。,图518 温度控制电路,齐齐哈尔大学,第25页,5.1.2 半导体热敏电阻,(3)温度上、下限报警 热敏电阻温度上、下限报警电路如图519所示。,图519 温度上下限报警电路,齐齐哈尔大学,第26页,5

13、.1.2 半导体热敏电阻,(4)温度测量 图520是利用NTC热敏电阻组成的0100的测温电 路，相应的输出电压为05V，其灵敏度为50mV/。,图520 温度测量电路,5热电偶温度冷端补偿 后面介绍。,齐齐哈尔大学,第27页,5.2 pn结型温度传感器,5.2.1 二极管温度传感器 PN结伏安特性：,则,式中，IPN结正向电流；UPN结正向压降；IsPN结反向饱和电流；q电子电量（1.61019C）；T绝对温度；k玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K）。 保持I恒定，则U与T成线性关系，这就是PN结的测温原理，其灵敏度,输出特性呈线性，且测量精度高,齐齐哈尔大学,第28页,5.2 pn结型

14、温度传感器,5.2.2 晶体管温度传感器 将NPN型晶体管的bc结短接，利用be结作为感温器件， 接近PN结理想特性，如图521所示测温原理。,图521 晶体管温度传感器,齐齐哈尔大学,第29页,5.2 pn结型温度传感器,5.2.3 集成温度传感器(将温敏器件及其辅助电路集成在同一芯片上制成，线性输出正比于绝对温度) 一只晶体管发射极电流密度Je,通常a1，JeJs，则,若图522中，Js1Js2, a1a2 ，则图中,只要Je1 ，Je2 （I1，I2）均为恒流，则Ube与T成线性关系测温原理。,图522 集成温度感温点电路,齐齐哈尔大学,第30页,5.2 pn结型温度传感器,集成温度传感

15、器主要类型： 电压型，三线制，ku10mV/， LM34/35，LM135/235， ； 电流型，两线制，kI1A/K， AD590/592，LM134/234，； 数字输出型，TMP03/04，AD7416, ； 电阻可编程温度控制器，AD22105,TMP01，； 等。,齐齐哈尔大学,第31页,5.2 pn结型温度传感器,AD590电流型集成温度传感器（图523） 测温原理： 晶体管对T3-T4使IT分为I1=I2 ，起恒流作用；T1, T2 起感温作用； T1由8只与T2相 同的晶体管并联而成，因此，T2 中的电流密度J2为T1中的电流密 度J1的8倍，即 J28 J1,图523 输出电

16、流正比于绝对温度的AD590温度敏感电路,齐齐哈尔大学,第32页,通过R的电流 ，IT 2I1， 若取R358，则 kTIT/T2179/3581(A/K) 所以 ITkTT,5.2 pn结型温度传感器,Ube1和Ube2反极性串接施加在电阻R上，则R上电压为：,齐齐哈尔大学,第33页,5.2 pn结型温度传感器,AD590的特性： 1）伏安特性 当U=430V时，理想恒流源，电流只随温度T变化； 2）温度特性 55150，IT与T有较好的线性，输出电流灵敏度kI 1A/K；非线性误差为T(0.33)； 3）精度：可达0.5,图524 AD590基本特性曲线,齐齐哈尔大学,第34页,5.2 p

17、n结型温度传感器,5.2.4 集成温度传感器的典型应用 1测量温度 AD590远程温度测量 如图525所示。,图525 AD590摄氏温度测量电路,齐齐哈尔大学,第35页,5.2 pn结型温度传感器,数字温度计 如图526所示。,图526 XSW-1型数字 温度计,齐齐哈尔大学,第36页,5.2 pn结型温度传感器,2.测量温差 如图527所示。 I=IT1IT2kT( T1T2)； U0IR3kTR3(T1T2)f( T1T2 ),图527 AD590温差测量电路,齐齐哈尔大学,第37页,5.2 pn结型温度传感器,3测最低温度 AD590串连，如图528所示； 4测平均温度 AD590并连

18、，如图528所示。,图528 AD590测最低温度、平均温度,齐齐哈尔大学,第38页,5.2 pn结型温度传感器,5.温度控制 AD590作为温度控制的感温元件，如图529所示,图529 AD590温度控制系统,齐齐哈尔大学,第39页,5.3 热电偶,5.3.1 热电偶的工作原理 热电效应：将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成 一个闭合回路（称为热电偶，见图530 ），若两接触点温度 (T,T0)不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势 产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克(Seebeck)效应。回 路中的电势称为热电势或塞贝克电势，用EAB(T ,T0)或 EAB(t, t0)表示

19、。 热电效应 热电势EAB(T,T0)或EAB(t , t0) (由接触电势和温差电势两部分组成),图530 热电效应,热电偶： 热电极（导体A、B）； 测量端（热端或工作端）T(t)； 参考端（冷端或自由端）T0(t0)。,齐齐哈尔大学,第40页,5.3.1 热电偶的工作原理,1Peltier(泊尔帖)效应（热电效应的逆效应）接触电势 自由电子密度不同的两种金属接触处，由于电子的扩散 现象在接触点处形成接触电势或Peltier电势，此现象称为 Peltier效应。接触电势为,总接触电势：,图531 热电效应示意图,EAB(T)：温度为T时，金属A与B结点处的接触电势，e为电子电荷量，k为波尔

20、兹曼常数，nA、nB分别为A和B的自由电子密度。,齐齐哈尔大学,第41页,5.3.1 热电偶的工作原理,2Thomson效应温差电势 均质导体，两端温度不相等时，由于体内自由电子从高 温端向低温端的扩散，在其两端形成的电势称为温差电势 或Thomson电势，此现象称为Thomson效应。,导体A中的Thomson电势：,导体B中的Thomson电势：,回路中总的Thomson电势：,式中，A、B分别为导体A、B中的Thomson系数。,齐齐哈尔大学,第42页,5.3.1 热电偶的工作原理,综合考虑A、B组成的热电偶回路，当TT0时，总的热电势为,讨论： 如果热电偶两电极材料相同(nAnB;A=

21、B),两接点温度不同，不会产生 热电势； 如果两电极材料不同，但两接点温度相同(T=T0;)，也不会产生热电势； 热偶工作的基本条件：两电极材料不同，两接点温度不同； 热电势大小与热电极的几何形状和尺寸无关。 当两热电极材料不同，且A、B固定（即nA、nB、 A、B为常数），热电势便为两结点温度（T，T0）的函数 （TO恒定） 这就是热偶测温原理。 热电势的极性：热端失去电子为正，获得电子为负，且有,齐齐哈尔大学,第43页,5.3.2 热电偶的基本定律,1.均质导体定律 要求热电极材质均匀，克服因热电极上各点温度不同时 造成附加误差。 2.中间导体定律 热偶回路断开接入第三种导体C，若C两端温

22、度相同，则 回路热电势不变，这为热电势的测量（接入测量仪表，第 三导体）奠定理论基础，见图532。,图532 热电偶测温电路原理图,齐齐哈尔大学,第44页,5.3.2 热电偶的基本定律,3.中间温度定律,若T00，,4.标准（参考）电极定律 标准电极定律原理如图533所示。,以C作为标准电极，一般C为铂，构建热偶A、B。,图533 标准电极定律示意图,例 ：,则,齐齐哈尔大学,第45页,5.3.3 热电偶的种类和结构,1 热电极材料和类型 (1)热电极材料的基本要求 热电极是感温元件，物理性质见表51，基本要求： 热电势足够大，测温范围宽、线性好； 热电特性稳定； 理化性能稳定，不易氧化、变形

23、和腐蚀； 电阻温度系数 、电阻率小； 易加工、复制性好； 价廉 (2) 热电偶类型 标准化热电偶及其参数表52， 分度表及计算公式：见附表3附表6,齐齐哈尔大学,第46页,5.3.3 热电偶的种类和结构,2 热电偶的结构 热电偶接点焊接要求和焊接方法（不引入第三种材料， 接点大小适当）；电极之间绝缘。见图534。,图534 热电偶电极的绝缘方法 （a）裸线热电偶；（b）珠形绝缘热电偶； （c）双孔绝缘子热电偶；（d）石棉绝缘管热电偶,齐齐哈尔大学,第47页,5.3.3 热电偶的种类和结构,(1).普通型热电偶 普通型热电偶结构见图535。,图535 普通型热电偶结构,齐齐哈尔大学,第48页,5

24、.3.3 热电偶的种类和结构,(2)铠装热电偶 铠装热电偶结构见图536。,图536 铠装热电偶工作端结构 （a）单芯结构；（b）双芯碰底型；（c）双芯不碰底型；（d）双芯帽型,齐齐哈尔大学,第49页,5.3.3 热电偶的种类和结构,(3)薄膜热电偶 薄膜热电偶电极为厚度0.010.1m薄膜构成，见图537,图537 铁-镍薄膜热电偶,齐齐哈尔大学,第50页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,热偶标准分度表是以T00为参考温度条件下测试制定的，若T00，则应进行冷端补偿，其补偿方法：,1. 延长导线法 利用补偿导线代替热电极，引到温度较稳定的T0端测试。要求：在一定的温度范围内，补偿导线与配

25、对的热电偶具有相同或相近的热电特性。 2. 0恒温法 将热电偶冷端置于冰水混合物的0恒温器内，使其工作与分度状态达到一致。,齐齐哈尔大学,第51页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,图538是延长导线法和0恒温法的一个实例。,图538 冷端处理的延长导线法和0恒温法,齐齐哈尔大学,第52页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,3.冷端温度修正法 （1）热电势修正法 利用中间温度定律,式中，Tn 热电偶测温时的是环境温度；EAB(T，Tn）是实测热电势；EAB(Tn，0)是冷端修正值。 例如：铂铑10铂热电偶测温，参考冷端温度为室21，测得,查表,，则,由此查分度表 T92 若直接用0.465

26、mV查表，则T75。 也不能将752196作为实际温度。,齐齐哈尔大学,第53页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,（2）温度修正法 由实测热电势EAB（T，Tn）查表，得T 真实温度为： TTkTn 式中，k为热电偶修正系数，决定于热电偶与热电偶种类和 被测温度范围。 例如前例：,实测EAB(T，Tn) =0.465mV， 查分度表T=75；,查修正系数表54，此时该热电偶的k=0.82，Tn =21 ， 则实际温度 T=75+0.8221=92.2 与前面结果基本一致。这中修正方法在工程上应用较为广泛。,齐齐哈尔大学,第54页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,4、冷端温度自动补偿法

27、（1）电桥补偿法 原理：电桥输出电压Uab(T0 ,0 )= EAB(T0 ,0)，自动补偿。 补偿电路：如图539所示。图中R1、R2、R3、RW为锰铜电阻，阻值 几乎不随温度变化，RCu为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。T0=0 时，R1=R2=R3=RCu，电桥输出Uab=0，对热电偶电势无影响。T00 时，Uab0，Uab =U(T0 ,0 )= EAB(T0 ,0)，热电偶的热电势得到自动 补偿。,图539 冷端温度补偿线路图,齐齐哈尔大学,第55页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,（2）PN结冷端补偿 PN结冷端补偿电路如图540所示。 PN结温度系数2.2mV/，其补偿电压U

28、。 设EAB(T0 ,0)= k1T0，k1 为热电偶在0附近 灵敏度，则回路电势为： EAB(T ,0)EAB(T0 ,0)U= EAB(T ,0) k1T0 UD /n 而 UD = U02.2 T0 式中，UD二极管D的PN结端电压；U0PN结 在0时的端电压，(硅管约为700mV)；n电 位器RW的分压比。 令 k1 =2.2/n，则 EAB(T ,0)UD /n =EAB (T ,0)700/n 与冷端温度变化无关，得到自动补偿。 图540 PN结冷端温度补偿器,齐齐哈尔大学,第56页,5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理,（3）AD590冷端温度补偿法 AD590冷端温度补偿电路如图

29、541所示。,图541 AD590冷端补偿应用,齐齐哈尔大学,第57页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,1 热电偶的热电势测量 (1)伺服式温度表 测量原理： 电位补偿法 Ex =IRH 常用低电势电位差计，如UJ31进行测量，分辨率可达到 V数量级。,图542 电位差计原理图,齐齐哈尔大学,第58页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,(2)数字式温度表 热电偶的热电势 信号放大（仪用放大器） A/D 数子测量 注意对热电偶的热电势的线性校正和冷端补偿， 可采用硬件或软件来实现。,齐齐哈尔大学,第59页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,2 误差分析 (1)测量基本误

30、差： 1）分度误差：工业用热偶与标准热偶分度之间误差； 2）仪表误差：测量仪表引入测量误差； 3）冷端处理误差； 4）接线误差：接线电阻影响，应选高内阻测量仪表； 5）漏电误差，必须保证良好绝缘。 (2)传热误差 热偶测温存在热交换平衡问题，存在热电偶测量端温度 低于被测介质温度现象，称为传热误差，应尽量减少热偶 的热量损失。,齐齐哈尔大学,第60页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,(3)动态误差 1）动态响应：,牛顿冷却定律：向感温元件传热的速度正比于周围介质与元件间的温差。令 ，得,式中，T介质真实温度；Tj热接点温度 这是一个一阶系统，其动态特性第1章中已讲述。,齐齐哈尔大学,

31、第61页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,测量恒定温度 将热电偶从室温T0迅速插入温度为T的温度场中，其 响应Tj为 式中，t时间；热电偶时间常数。 若当t=0时， T0 =0, 则 上式第一项为输入量，即被测温度；第二项为动态 误差。愈大，测量值达到实际温度值的时间愈长，动 态误差也就愈大。,齐齐哈尔大学,第62页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,测量线性上升温度 设被测温度为 T=T0 +kt 则热电偶的响应 Tj =T0+ktkt (1et/） 测正弦变化曲线 设被测温度为 T=T0 + TAsint 当t5时，达到稳定状态,其中， 。值愈大，热电偶温度响应的振幅愈小

32、， 相为滞后角愈大。,齐齐哈尔大学,第63页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,2）减小动态误差的方法 关键是减小。 选用v/F较小接点 选用c，较小的热电极材料 采用RC微分网络进行校正,图543 采用RC微分校正网络校正热电偶的动态特性,齐齐哈尔大学,第64页,5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析,裸丝热电偶传递函数为 RC网络(如图543所示)传递函数为 系统总传递函数为 ,(1=2= ) 取上式逆拉氏变换，可得 其中 = 1 = 2 ，为测试系统时间常数。 该系统仍有一定热惯性，若使1，则很小，从而大大减小动 态误差。,齐齐哈尔大学,第65页,5.3.6 热电偶测温实例,0

33、600K型热电偶温度计如图544所示。 AD590作冷端补偿；放大电路；线性化电路。可获得 10mV/的输出电压灵敏度，则Uout =06000mV 。,图544 K型热电偶测温电路（0600）,齐齐哈尔大学,第66页,5.7热电传感器的应用,热电传感器在日常生活、工农业生产、国防、航天、医学及科研中得到十分广泛的应用，本节仅举几例加以简单介绍。,5.7.1 无触点恒温控制器 无触点自动温控电路如图5-28所示。其控温范围从室温到150，精度为0.1。测温用的热敏电阻RT作为偏置电阻接在,齐齐哈尔大学,第67页,T1、 T2组成的差分放大器电路内，当温度变化时，热敏电阻阻值变化，引起T1集电极

34、电流变化，影响二极管D支路电流，从而使电容C充电电流发生变化，则电容电压达到单结晶体管BT峰点电压的时刻发生变化，即单结晶体管的输出脉冲产生相移，改变了可控硅SCR的导通角，改变了加热丝的电源电压，从而达到自动控温的目的。图中电位器Rp用以调节不同的设定温度。,5.7.2 室内空气加热器 PTC热敏元件由于具有升温快、能自控、安全节能、组成电路简单等特点，因而在各种取暖器上得到了广泛的应用。图5-29是空气加热器的电路结构示意图，其中PTC元件上有许多小孔，后面装有散热用的鼓风机。当接通电源后，PTC元件由于阻值小会有大电流通过而开始加热，鼓风机同时工作，它吹出的空气把PTC元件产,齐齐哈尔大

35、学,第68页,生的热量带向室内空间。由于空气流速和PTC热量的自动平衡，出风口的温度达5060。当鼓风机由于故障原因停止转动时，PTC元件的阻值会急剧增大，从而限制了电流的通过，温度便下降到很低，可以避免意外事故的发生。,PTC元件的形状常用的有方形板状和圆盘状两种。方形板状的尺寸为70mm70mm10mm，在厚度方向上约1800个小孔。圆盘状的尺寸为50(3.57.0)mm。PTC元件的功率为3001000W。,齐齐哈尔大学,第69页,5.7.3 自动门控制电路 图5-30是自动门控制电路原理图。人体移动探测采用新型热释电红外线探测模块HN911。场效应管T1用作延时控制，通过调节电位器RP

36、1便可改变延时控制的时间。光耦合器件MOC3020起交直隔离作用。当无人通过自动门时，HN911输出端为低电平， T1无控制信,齐齐哈尔大学,第70页,号输出，双向晶闸管T2关闭，负载电机不工作，门处于关闭状态。当有人行走接近自动门时，HN911模块检知到人体红外能量，输出端1为高电平输出，双向晶闸管导通，负载电机工作，打开自动门。当自动门运行到位时，由限位开关S切断电源。由于HN911模块的输出端2输出的电平正和1端输出的电平相反，故可用2端的输出信号控制自动门关闭。,齐齐哈尔大学,第71页,5.7.4 客房火灾报警器 图5-31是客房火灾报警器原理电路图。在每个客房中安装有由TT201温控

37、晶闸管组成的火灾传感器，在每一路中又都串有发光二极管LED，其总线串接报警电路再与电源相连。为及时了解灾情，发光二极管及报警电路均设置在总监控台。若某一房间发生火灾时，房内的环境温度升高，当环境温度升高到温控晶闸管的开启电压温度时，该路的温控晶闸管导通，相应发光二极管发光显示，同时，由于温控晶闸管导通会使总线电流增大，产生报警信号，再经报警电路检测处理后，立即发出火灾警笛声响。,5.7.5 液位报警器 图5-32是采用集成温度传感器的液位报警器的原理电路。它由两个AD590集成温度传感器、运算放大器及报警电路等组成，其中传感器B2设置在警式液面的位置，传感器B1设置在外部。正常情况,齐齐哈尔大

38、学,第72页,5.7.4 客房火灾报警器 图5-31是客房火灾报警器原理电路图。在每个客房中安装有由TT201温控晶闸管组成的火灾传感器，在每一路中又都串有发光二极管LED，其总线串接报警电路再与电源相连。为及时了解灾情，发光二极管及报警电路均设置在总监控台。若某一房间发生火灾时，房内的环境温度升高，当环境温度升高到温控晶闸管的开启电压温度时，该路的温控晶闸管导通，相应发光二极管发光显示，同时，由于温控晶闸管导通会使总线电流增大，产生报警信号，再经报警电路检测处理后，立即发出火灾警笛声响。,5.7.5 液位报警器 图5-32是采用集成温度传感器的液位报警器的原理电路。它由两个AD590集成温度

39、传感器、运算放大器及报警电路等组成，其中传感器B2设置在警式液面的位置，传感器B1设置在外部。正常情况,齐齐哈尔大学,第73页,下，两个传感器在相同的温度条件下，调节电位器RP1，使运算放大器输出为零。当液面升高时，传感器B2将会被液体淹没，由于液体温度与环境温度的差别，使运算放大器工作输出不为零的控制信号，驱动报警电路报警。,齐齐哈尔大学,第74页,* 5.7.6 自动温度测控仪 1.系统组成 本系统由温度检测、压频转换、单片机温度测控系统、通讯接口、PC机等五部分组成，其结构如框图5-33所示。,2.工作过程 温度传感器AD590首先对现场温度进行测量，输出与温度成正比的电流，经IF变换转换为与电流成正比的方波重复频率，送单片机采样计数；然后根据软件设定的温度上、下限值进行测量、比较、控制，使现场的温度达到设定值。 ,齐齐哈尔大学,第75页,齐齐哈尔大学,第76页,齐齐哈尔大学,第77页,3.IF变换 选用NE555构成电流控制频率的多谐振荡器，实现IF变换，其电路如图5-34(a)所示。这种电路具有良好的精度、线性度和积分输入特点，非线性误差0.2%，抗干扰能力强。此外，应用电路简单，外围元件性能要求不高，对环境适应能力强，转换速度不低于一般