热电传感器2幻灯片

1、第8章 温度传感器,传感器原理与应用,1,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,主要内容： 8.1 温度传感器的分类及温标 8.2 热电偶 8.3 热电阻、热敏电阻 8.4 集成温度传感器 8.5 红外温度传感器,2,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.2 热电偶基本定律,如果将热电偶T0端断开，接入第三导体C，回路中电势由EAB（T，T0）应写为：,(1) 三种导体的热电回路（中间导体定律）,3,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.2 热电偶基本定律,结论： 当热电偶引入第三导体C 时，只要C导体两端温度相同，回路总电势不变。 中间导体定律说明，回路中接入导体和仪表后不会

2、影响热电势。 根据这一定律，将导体 C 作为测量仪器接入回路，就可以由总电势求出工作端温度，条件是：保证两端温度一致。,4,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.2 热电偶基本定律,在热电偶测温回路中TC为热电极上某点温度； 热电偶在接点温度为T、T0 时的热电势EAB（T，T0 ），等于接点温度 T、TC 和 TC、T0 时的热电势的代数和， A-B热电偶的热电势为：,实际测量时，利用这一性 质， 对参考端温度不为零度时的热 电势以及冷端延伸引线进行修 正和补偿。,(2) 参考电极定律（中间温度定律）,5,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.2 热电偶基本定律,若导体A、B

3、分别于第三种材料C组成的热电偶产生的热点势已知，则由导体A、B组成的热电偶所产生的热点势：,(2) 标准电极定律,6,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.2 热电偶基本定律,意义： 检测任意材料组合的热电势工作量太大 可取某一材料做标准电极 测得其他材料与该标准电极的热电势 根据标准电极定律，可推导出各种材料相互组合的热电势,(2) 标准电极定律,7,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.3 热电偶的结构和种类,贵金属热电偶 铂铑 铂铑（6001700） 铂铑 铂 （01600） 普通金属热电偶 镍铬 镍硅（-2001200） 镍铬 镍铜（-40750）， 铁 康铜（0400

4、） 热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它接触式温度传感器无法替代的。,1. 热电偶种类,国际电工委员会IEC (International Electro Technical Commission) 推荐种标准化热电偶，已列入工业标准化文件，具有统一的分度表。,8,镍铬镍硅热电偶(K型)分度表 （参考端温度为0）,9,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.2.4 热电偶测量电路及应用,实际应用若参考端温度不为0，工作端温度为t 时，由分度表可查出EA（t， 0）; 与实际热电势EAB（t, t0）之间的关系可通过中间温度定律得出：,10,传感器原理及应用,第8章 温度传感

5、器,8.2.4 热电偶测量电路及应用,例：使用K型热电偶测温，当基准接点为0，测量接点为 30和900时，温差电动势分别为1.203mV和37.325mV。 当基准接点为30，测温接点为900时的温差电动势E为多少？,解：t = 900（测温点） t0= 30（基准点） K型热电偶900时总的温差电势为 37.325mV = E （900，30）+E（30，0） = E + 1.203mV 测温点温差电势为 E = 36.122mV,900 300 ,中间温度定律,11,镍铬镍硅热电偶(K型)分度表 （参考端温度为0）,12,热电偶的测量电路,1. 测单点温度 2. 测两点的温度差：反极性串联

6、。电动势极性相反，仪表显示差值 3. 测多点的平均温度：同极性连接 3.1 并联 3.2 串联,13,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,热敏电阻传感器：利用导体材料的电阻随温度变化而变化的性质，实现温度的测量。,8.3 热电阻和热敏电阻,热电阻电路符号,14,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,热敏电阻传感器：利用导体材料的电阻随温度变化而变化的性质，实现温度的测量。 热敏电阻传感器主要有两大类： 金属热电阻 半导体热敏电阻 金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。,8.3 热电阻和热敏电阻,贴片式,薄膜式,大功率,15,P=U2R,16,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,普通金属热电

7、阻一般用于-200+850温度测量, 少数可测1000。 材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。,带保护管的铂测温电阻元件,8.3 热电阻和热敏电阻8.3.1 金属热电阻,17,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.3.1 金属热电阻,18,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.3.1 金属热电阻,19,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,按IEC（国际电工委员会 ）标准 铂热电阻阻值与温度变化范围之间的关系近似为：,8.3.1 金属热电阻,-200O,+0850,A、B、C 为常数，t 值的大小与有关,20,传感器原理及应用,第8章 温度传感

8、器,8.3.1 金属热电阻,分度号分别为：Pt10、Pt100,目前我国规定工业用铂热电阻有两种公称值：,国际温标ITS90标准中, A、B、C 常数规定为；,铂电阻的温度特性多为正特性,21,t=-150,22,23,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,铜热电阻阻值与温度变化范围之间的关系近似为：,8.3.1 金属热电阻,-5015O,=4.28910-3,优点：电阻温度系数大；线性度好；便宜 缺点：电阻率较低；体积大；热惯性大；稳定性差,24,传感器原理及应用,常用分度号：Cu50、Cu100 Cu100在各温度点的电阻值均为Cu50的2倍,第8章 温度传感器,8.3.1 金属热电阻,2

9、5,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,热电阻型号命名方法,26,热电阻的测量电路-两线制,如图接法 电桥平衡条件：R1R3=R2(Rt+2r) 结论：该接法受导线电阻 r 影响很大,27,热电阻的测量电路-三线制,与两线制区别 三根引出线 一根与电源相连，不影响电桥平衡 另两根分别于热电阻及其邻臂电阻相连 电桥平衡条件：R1(R3+r)=R2(Rt+2r) 结论：在R1=R2，且电桥平衡时，导线电阻 r 不影响测量结果,28,热电阻的测量电路-四线制,四根引出线分两对，分别连接恒流源与电压表 r1、r4上的压降不在测量范围内 r2、r3上无电流,29,标号为Pt100的铂热电阻，采用两线制

10、接法测温。设电桥电源为10V，R1=R2=1000，R3=100，引线电阻r=5。如果待测温度为300，试求相对测量误差。 思路： 电桥输出电压=输出端前的电阻分压比例差电源电压 测量值：两线制接法电桥输出电压 准确值？,三线制接法,30,热电阻与热电偶的比较,31,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器几乎都使用热敏电阻。,8.3 热电阻和热敏电阻8.3.2 热敏电阻,热敏电阻是用半导体材料氧化复合烧结而成温度敏感元件 主要材料有： Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物，,32,传感器原理及应用,第8章 温度传感器

11、,8.3.2 热敏电阻,33,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,热敏电阻温度特性 PTC 正温度系数特性型； NTC 负温度系数特性型；,8.3.2 热敏电阻,多数半导体热敏电阻具有负温度系数，温度升高电阻下降，同时灵敏度下降； 所以热电阻限制了它在高温下使用。目前，热敏电阻温度上限约300 。,半导体热敏电阻通过参杂，是很好的低温传感器，可以测量40-100K （-233-173 ）的温度。 热敏电阻最大的缺点是，产品一致性差，互换性不好，一般只用于电器产品，不在石油、钢铁等制造业上使用。,34,传感器原理及应用,第8章 温度传感器,8.3.2 热敏电阻,热敏电阻常温阻值很大，导线电阻影响可忽略不计 热敏电阻的使用要注意控制电流，防止自热误差,热敏电阻的常见用途 测温 其他 NTC：防初导通时的电涌 PTC：处理电路中的电流脉冲异常。过流保护，过热保护，自控加热,35,传感器原理及应用,本章要点:,热电偶温度传感器测温 连接不同材料的金属线，且加热一端，另一端产生电动势，可在 1500以下使用; 热电偶的热电效应、 热