温度传感器应用电路分析课件.ppt

1、8.2.8.2.5 5 应用应用1.NTC1.NTC热敏电阻实现单点温度控制电路热敏电阻实现单点温度控制电路 单点温度控制是常见的温度控制形式，如图8.2.2所示。调整b点电位Ub，即预设温度Tb，初始时继电器不通电，常闭触点K闭合，加热器通电加热。比较器直流电桥2.2.热敏电阻测量真空度热敏电阻测量真空度 热敏电阻热敏电阻用的恒定电流加热，一方面使自身温度升高，另一方面也向周围介质散热，在单位时间内从电流获得的能量与向周围介质散发的热量相等，达到热平衡时，才能有相应的平衡温度，对应固定的电阻值。当被测介质的真空度升高时，玻璃管内的气体变得稀少，气体分子间碰撞进行热传递的能力降低，热敏电阻的温

2、度就会上升，电阻值随即增大，其大小反映了被测介质真空度的高低。 气体图8.2.3 热敏电阻测量真空原理图 真空度测量的方法比较多，利用热敏电阻实现真空度的测量电路原理如图8.2.3所示。3.PTC3.PTC热敏电阻组成的热敏电阻组成的0 0100100的测温电路的测温电路电压跟随器直流电桥稳压管DZ1提供稳定电压，由R3、R4、R5分压，调节R5使电压跟随器A1输出2.5 V的稳定电桥工作电压，并使热敏电阻工作电流小于1mA，避免发热影响测量精度。PTC热敏电阻RT 25 时阻值为1k，R8也选择1k，室温时（25 ）电桥调平，温度偏离室温时，电桥失衡，输出电压接差放A2放大后输出。4.4.单

3、相异步电单相异步电机启动机启动图8.2.4 热敏电阻测量单点温度原理图启动绕组工作绕组电动机刚起动时，PTC 热敏电阻尚未发热，阻值很小，起动绕组处于通路状态，对启动电流几乎没影响，启动后，热敏电阻自身发热，温度迅速上升，阻值增大；当阻值远大于启动线圈 L2 阻抗时，就认为切断了启动线圈，只由工作线圈 L1 正常工作。此时电动机已起动完毕，进入单相运行状态。图8-5 单相异步电机启动用热敏电阻原理图5. 气敏电阻检漏报警器气敏电阻检漏报警器预热预热开关开关工作工作开关开关气敏电阻气敏输出电压气敏输出电压 检出可燃气体时，气敏检出可燃气体时，气敏电阻减小，电压增大，电阻减小，电压增大，V1V1触

4、触发发V2V2，报警灯亮，音频振荡，报警灯亮，音频振荡电路也自激振荡声音报警。电路也自激振荡声音报警。6. 矿灯瓦斯报警器矿灯瓦斯报警器加加热热支支路路测量支路测量支路矿矿灯灯控控制制支支路路 检出瓦斯气体时，气敏电阻减小，检出瓦斯气体时，气敏电阻减小，V1V1、V2V2导通，导通，V3V3、V4V4振荡，报警灯闪烁。振荡，报警灯闪烁。7. 一氧化碳报警器一氧化碳报警器 检出检出COCO气体时，气敏电阻气体时，气敏电阻R RQ Q减小，减小，V5V5、V6V6、V7V7导通，振荡电路振荡，声音报警。导通，振荡电路振荡，声音报警。 +10V +10V以上以上 - -+ +5V5V加加热热支支路路

5、 备用电源备用电源铂热电阻铂热电阻P Pt100t100分度表分度表8.3.8.3.4 4 应用应用1.1.热电阻的连接法热电阻的连接法 由于热电阻的阻值较小，所以导线电阻值不可忽视（尤其是导线较长时），故在实际使用时，金属热电阻的连接方法不同，其测量精度也不同，最常用的测量电路是电桥电路，可采用三线或四线电桥连接法。三线法如图8-12所示。tRrrrAsE3R2R1R图中Rt 为热电阻；r为引线电阻；R1 ，R2为固定电阻； R3为调零精密可变电阻。调使Rt0= R3 ，（Rt0：热电阻在0 时的电阻值），在0 时，（R3+r）* R1=（Rt0+r）* R2电桥平衡。测量时，Rt阻值变化时

6、，从电流表中即可有电流流过。桥臂tRrrrAsE3R2R1R桥臂图8.3.3 热电阻的三线制接法原理图2. 2. 线性测量电路线性测量电路 321411U1ALM324R12KR22KR31KR41KR5100KR6100KR71KR85.1KVR1502VR2502IN4733C2103PT100618U16LM431AVCCVCCC1 104P_T稳压电源测量桥差动放大电路3. Pt1003. Pt100三线法性测量电路三线法性测量电路 图8.3.6 热电阻的三线测温原理图仪用放大器4. Pt1004. Pt100四线法性测量电路四线法性测量电路 图8.3.7 热电阻的四线测温原理图其他应

7、用请读者参考教材。其他应用请读者参考教材。 5. 工业工业流量流量计计3 34 4不流动环境不流动环境 当液体流动时，铂电阻当液体流动时，铂电阻4 4温度随流速变化，铂电阻温度随流速变化，铂电阻3 3温温度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。铂电阻铂电阻流动环境流动环境铂电阻铂电阻当液体不流动时，两个当液体不流动时，两个铂电阻等温，电桥平衡铂电阻等温，电桥平衡 6. 热敏电阻热保护热敏电阻热保护 电机绕组过热，热敏电阻阻值增大，达到保护程电机绕组过热，热敏电阻阻值增大，达到保护程度，保护电路动作，驱动继电器动作切断电源。度，保护电路动作

8、，驱动继电器动作切断电源。保护电路保护电路继电器继电器热敏电阻热敏电阻电动机电动机7. 热热敏敏电电阻阻液液位位传传感感器器常温电阻常温电阻冷冷电电阻阻总电流总电流液面高低液面高低影响影响输出电流输出电流2.2.分度表分度表 热电偶冷端温度为0时，热电偶热端温度与输出热电势之间的对应关系的表格，因为多数热电偶的输出都是非线性的，国际计量委员会已对这些热电偶的每一度的热电势做了非常精密的测试，并向全世界公布了他们的分度表。可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。每10分档 ，中间值按内插法计算。如分度号为S的分度表。 例例1 1：用一支分度号为(镍铬-镍硅)热电偶测量温度源

9、的温度，工作时的参考端温度(室温)t0=20，而测得热电偶输出的热电势(经过放大器放大的信号，假设放大器的增益=10)32.7mv，则E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV，那么热电偶测得温度源的温度是多少呢? 解：由附录热电偶分度表查得： E(t0,t0)=E(20,0)=0.798mV已测得 E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV 故 E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与4.068mV所对应的温度是100。例例2 2：用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t

10、0=30，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV, 求加热炉温度。解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。 可得eAB（t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.82.2.冷端温度修正法冷端温度修正法 对于冷端温度不等于0，但能保持恒定不变（恒温器）或能用普通方法测出（如室温）的情况，可采用修正法。常采用热电势修正法。计算公式：E(t,t0)=E(t,t0E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0)+E(t0, t0), t0)式中：E(t,t0)热电偶测量端温度为，参考端温度

11、为t0=时的热电势值； E(t,t0)热电偶实际测量温度，参考端温度为t0不等于时的热电势值； E(t0,t0)热电偶测量端温度为t0，参考端温度为t0=时的热电势值。3.3.冷端温度电桥补偿法冷端温度电桥补偿法用电桥在温度变化时的不平衡电压（补偿电压）去消除冷端温度变化对热电偶热电势的影响，这种装置称为冷端温度补偿器。 如图8.4.1所示，R1 、R2 、R3 和RW为锰铜电阻，阻值几乎不随温度变化， Rcu为铜电阻（热电阻），其电阻值随温度升高而增大，与冷端靠近。设使电桥在冷端温度为T0时处于平衡，Uab=0，电桥对仪表的读数无影响。当温度不等于T0时，电桥不平衡，产生一个不平衡电压Uab

12、加入热电势回路。当冷端温度升高时，Rcu也随之增大，Uab也增大，但是热电偶的热电势却随冷端温度的升高而减小，若Uab的增加量等于EAB的减小量时，则输出U保持不变。改变R的值可改变桥臂电流，可以适合不同类型的热电偶配合使用。不同型号的冷端温度补偿器应与所用的热电偶配套。使用时注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。图8.4.1 热电偶桥式冷端温度补偿器原理图mVEAB(T,T0)T0T0TAB+abUUabR1R2R3R-RCuB8.4.8.4.9 9 应用应用1.AD5941.AD594集成式单片热电偶冷端温度补偿器集成式单片热电偶冷端温度补偿器 AD594、AD595

13、、AD597等是美国ADI公司生产的单片热电偶冷端补偿器，内部还集成了仪用放大器，所以能实现对不同的热电偶进行冷端补偿之外，还可作为线性放大器。其引脚功能是：U+、U-为电源正负端，IN+、IN-为信号输入端，ALM+、ALM-为热电偶开路故障报警信号输出端，T+、T-为冷端补偿正负电压输出端，FB为反馈端，做温度补偿时UO端与FB端短接，详细资料见其使用说明。图8.4.3为AK594的应用电路图。热电偶的信号经过AD594的冷端补偿和放大后，再用OP07放大后输出。2.2.用用AD592AD592做冷端补偿的热电偶应用电路做冷端补偿的热电偶应用电路图8.4.4 AD592做冷端补偿的应用原理

14、图8.5 PN8.5 PN结温度传感器结温度传感器8.5.8.5.1 1 外形外形PN结温度传感器的外形繁杂，图8.5.1是国产S700系列PN结温度传感器的外形尺寸图，其中（a）为耐温玻璃封装，（b）为金属外壳封装。图8.5.1S700传感器外形尺寸图8.5.8.5.2 2 工作原理工作原理 PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压随温度变化而变化的原理工作的，例如，晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1时，下降约2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（一般将NPN晶体管的bc结短

15、接，利用be结作为感温器件）接成二极管来做PN结温度传感器如图8.5.2所示。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.22秒，灵敏度高。测温范围为-50+150。典型的温度曲线如图8.5.3所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性差。图8.5.3 PN结温度电压曲线图8.5.2 PN结温度传感器8.5.8.5.3 3 应用应用1.1.火灾报警专用火灾报警专用S700S700二极度管温度传感器二极度管温度传感器火灾报警用的温度传感器，主要以热敏电阻器为主，然而由于热敏电阻器的电阻温度特性呈非线性，长期稳定性差，互换性不好，价格高，给使用带来了许多问题。国产S700系

16、列火灾报警专用二极度管温度传感器。良好的线性关系，互换性好，性能长期稳定，体积小，响应快。技术规范如表1所示。图8.5.4给出了S700的工作电路，它通常采用恒压电源工作电路，这种电路非常简单，将S700串联一个限流电阻后接入恒压源即可。在这种电路中，通过传感器的工作电流是一个随温度升高呈近似线性增加的电流，而这种工作电流，使得S700的正向电压-温度特性几乎呈完全的线性关系。图8.5.5给出了S700在不同工作电路下的VF-t特性，由此可见VF与t之间是一个线性关系。图8.5.4S700工作电路图8.5.5不同工作电压下的VF-t特性V=5VR=43KV=3.6VR=300K1000-500

17、50100150800600400200VF(mv)t()VFS700R图8.5.6 温敏二极管恒温器测量电路2.2.温敏二极管恒温器温敏二极管恒温器3.PN3.PN结温度传感器的数字式温度计结温度传感器的数字式温度计差放测量桥电压跟随器W2通过电压跟随器A2可调节放大器A1的增益。放大后的灵敏度10mV/ 。通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。一般工作电流为100300mA。采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。3位半数字电压表模块MC14433将PN结传感器插入冰水混合液中，等温度平衡，调整W1，使DVM显

18、示为0V，将PN结传感器插入沸水中（设沸水为100），调整W2，使DVM实现为100.0V，再将传感器插入0环境中，等平衡后看显示是否仍为0V，必要时再调整W1使之为0V，然后再插入沸水，经过几次反复调整即可。图8.5.7 PN结温度传感器的数字式温度计4. 4. 温敏三极管的温差检测电路温敏三极管的温差检测电路电压跟随器差动放大器该电路的输出反映了两个待测点的温差，常常用于工业过程监视和控制场合。电路中使用了两只性能相同的温敏三极管MTS102作测温探头，分别置于待测温场中，两个不同温度所对应的Ube分别经过运算放大器A1、A2 缓冲后，加到运算放大器A3 的输入端进行差分放大。 具体调整时

19、，将两只温敏三极管置于同一温度中，调节电位器W，使A3 输出Uo 为0 。这样就可以保证输出电压Uo 正比于两点温差，灵敏度由Rf 和R 决定。温敏元件温敏元件电压跟随器图8.5.8 PN结温差测量电路8.6 8.6 红外温度传感器红外温度传感器把红外辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。8.6.8.6.1 1 外形外形8.6.8.6.4 4 应用应用1.1.红外测温仪红外测温仪国产过程H-T系列红外测

20、温仪，红外辐射经光学镜头接收传输至光电器件上，由于红外器件的响应特性，为防止饱和，须经对数放大处理，为了稳定可靠又经严格的温度补偿及各种功能调节设置，再经线性处理后输出，电路原理框图如图8.6.3所示。图8.6.3 国产过程H-T系列红外测温仪测温原理8.7 8.7 集成温度传感器集成温度传感器 集成温度传感器是将温敏元件及其电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这种传感器最大的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，且体积小、响应快、测量精度高、稳定性好、校准方便、成本低廉。 8.7.1 8.7.1 分类分类集成温度传感器常分为模拟和数字式，模拟式又分为电压型和电流型。模拟模拟电压型

21、电压型传感器的特点:直接输出电压,输出电压只随温度变化,且输出阻抗低,易于和控制电路接口,可用于温度检测等. 如： LM34/35，LM135/235/335， 是三线制接法。电流型分电流型传感器的特点:输出电流只随温度变化,准确度更高,其中典型代表是AD590. 两线制，温度系数约为1A/K，适合远距离传输而无衰减AD590/592，LM134/234，；8.7.2 8.7.2 集成温度传感器集成温度传感器LM35LM35图8.7.1 LM35引脚及应用LM35温度传感器是电压型集成温度传感器，标准T0-92工业封装，其准确度一般为0.5。由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字

22、式电压表就可以构成一个精密数字测温系统。输出电压的温度系数KV=10.0mV/，利用下式可计算 出被测温度t（）t()=UO/10mV ，LM35温度传感器的电路符号见图8-37，Vo为输出端.实验测量时只要直接测量其输出端电压Uo，即可知待测量的温度。 8.7.3 8.7.3 集成温度传感器集成温度传感器AD590AD590图8.7.4（a）、（b）、（C）为AD590基本测量电路。图（a）为基本测量电路，图（b）输出电压与热力学温度成正比，图（C）输出电压与摄氏温度成正比。 图8.7.4 AD590基本测量电路（a）（b）（C）其它集成温度传感器参看教材，在此不一一累述！其它集成温度传感器参看教材，在此不一一累述！