第2章温度传感器课件.ppt

1、第第2章章 温度传感器温度传感器1 温标：温标：温度表示（或测量）的温度标准）（摄氏温度）（热力学温度热力学温标CKTt互换：t=T-273.15 2.1 温度测量概述温度测量概述 2 温度测量温度测量温度传感器 组成温度显示感温元件 图2.1 感温元件t温度显示 图2.1 温度传感器组成框图 3 温度测量方法温度测量方法（按感温元件是否与被测物接触）非接触式测量接触式测量接触式测量 所用传感器的优点：结构简单、工作稳定可靠、测量精度高。例如：膨胀式温度计、热电阻传感器 非接触式测量 所用传感器的优点：测量温度高、不干扰被测物温度缺点：测量精确低例如：红外高温传感器、光纤高温传感器 2.2 热

2、电偶传感器热电偶传感器 优点：构造简单、使用方便、测温范围宽、有较高的精确度和稳定性 2.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理 1.热电效应热电效应 图2-2 热电效应:热电动势单一导体的温差电动势两端导体的接触电动势测量端（热端）：参考端（冷端）：TT0AB图2-2 热电效应2.两种导体的接触电动势两种导体的接触电动势 图2-3 接触电动势（eAB）：ABeAB图2-3 两种导体的接触电势 3.单一导体的温差电动势单一导体的温差电动势 图2-4 单一导体的温差电动势),(0TTeAATT0eA(T0,T)图2-4 单一导体的温差电势 总电势的计算：图2-5)()(),()(),()(),(0

3、0000TeTeTTeTeTTeTeTTEABABAABBABABCTEAB)(0CTeTTEABAB)(),(0若 为常数，则eAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)TT0AB图2-5 接触电势示意图4.热电偶的基本定律热电偶的基本定律（1）中间导体定律 图2-6 eAB(T)eCA(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)TT0ABT0eBC(T0)C图2-6 中间导体定律示意图)()()(),(000TeTeTeTTEBCCAABABC当 时0TT)()()(0)()()()(0000000TeTeTeTeTeTeTEABBCCABCCAABABC所以 ),()()(),

4、(000TTETeTeTTEABABABABCTABT0ABA(C)B(D)T0（2）中间温度定律 图2-7 图2-7 中间温度定律示意图 ),(),(),(0000TTETTETTEABABAB 证明:),()()(),(),()()(),()()(),(00000000000TTETeTeTTETTETeTeTTETeTeTTEABABABABABABABABABABAB 修正：运用补偿导体延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化的影响。注意:（3）参考电极定律（组成定律）图2-8 原理：EAC(T,T0)EBC(T,T0)ACCBTT0EAB(T,T0)图2-8 参考电极定律示意图),()

5、,(),(000TTETTETTEBCACAB（以上中T均可用t表示）例2-1 计算：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 1.普通型热电偶普通型热电偶（1）组成接线盒保护管绝缘套管热电极2）分类（连接形式不同）无固定装置活动法兰连接固定法兰连接固定螺纹连接 2.铠装热电偶（铠式热电偶）铠装热电偶（铠式热电偶）原理：将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再不锈钢管等。优点：耐高压、反应时间短、坚固耐用。3.薄膜热电偶薄膜热电偶（1）原理：用真空镀膜技术等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶。（2）结构 测量范围在-200500材料：铜康铜、镍铬

6、铜、镍铬镍硅绝缘基片：云母 测量范围在5001800材料：镍铬镍硅、铂铑铂 绝缘基片：陶瓷 4.热电偶组成材料及分度表（1）4种标准热电偶材料：铜镍镍硅、镍铬铂、镍铬、铂铑铂铑铂铑10630（2）分度表：热电偶的热电动势与温度的关系表。（前为正极，后为负极）表2-12.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿热电偶测温及参考端温度补偿 1.热电偶测温基本电路热电偶测温基本电路)0,(),()0,(0000CtEttECtE（1）基本电路 图2-12（2）串、并联时注意：必须应用同一分度号的热电偶 两热电偶的参考端温度应相等（1）方法一：利用中间温度定律)0,(),()0,(0000CtEttECtE

7、例如：注意：在使用补偿导线时，注意型号相配，极性不能接错。补偿导线规格：表2-22.热电偶参考端的补偿热电偶参考端的补偿补偿方法：（2）方法二：利用电桥进行补偿 图2-13 2.3 金属热电阻传感器金属热电阻传感器 也称热电阻传感器 利用：金属导体的电阻值随温度的变化而变化 组成 图2-14显示仪表连接导线热电阻测温范围：-200850材料：铂、铜 2.3.1 热电阻的温度特性热电阻的温度特性 热电阻的温度特性：tRtRt热电阻 随温度的变化而变化的特性，即之间函数关系 1.铂热电阻的电阻铂热电阻的电阻温度特性温度特性（3）电阻值：在-2000之间，)100(1 320tCtBtAtRRt在0

8、850之间，)1(20BtAtRRt其中：A、B、C为常数（4）的含义 01010PtPt、（1）特点：测温精度高，稳定性好。（2）测温范围：-2008502.铜热电阻的电阻铜热电阻的电阻温度特性温度特性（1）测温范围：-50150)1()1(10332210taRtatataRRt（2）电阻值：01005CuCu、（3）分度号：（4）优点：易于提纯、价廉、特性线性好tRCu（5）缺点：电阻率为铂的几分之一。因此所用阻丝细而长、机械强度差、热惯性大等。（6）用于：低温及无侵蚀的介质中。32aa、1a131C1028.4a（比 小得多，且 ）2.3.2 热电阻传感器的结构热电阻传感器的结构 接线

9、盒引线保护套管绝缘管电阻体1.组成组成 图2-15 2.减小误差的方法减小误差的方法 四线电阻测量电路电路三线式电桥连接法测量2.4 集成温度传感器集成温度传感器 1.优点：优点：2.用于：用于：测量150以下的温度3.分类分类（输出端个数）两端式三端式机连接频率型：易与微型计算接易于同信号处理电路连电压型：输出阻抗低，感和遥测用于远距离精密温度遥电流型：输出阻抗高，（输出量不同)2.4.1 集成温度传感器基本工作原理集成温度传感器基本工作原理21lnIIqkTUbe图2-162.4.2 电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器1R21II 调节 ，使 ，则 TqRkRRRqkTRRU

10、RIUbe121221220lnln图2-172.4.3 电流输出型集成温度传感器电流输出型集成温度传感器 ln2221qRkTRUIIbeT图2-18 2.5 半导体热敏电阻（热敏电阻）半导体热敏电阻（热敏电阻）原理：某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定的工艺制成的感温元件）临界温度电阻器（）热敏电阻负温度系数（）热敏电阻正温度系数（CTRNTCPTC分类 2.5.1 热敏电阻的（）特性 tRt图2-19结论：1）热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻，所以灵敏度很高。2）同温度情况下，热敏电阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响极小，适用于远距离测量。3)热敏电阻 曲线非线性十分严

11、重，所以其测量温度范围远小于金属热电阻。tRt2.5.2 热敏电阻温度测量非线性修正热敏电阻温度测量非线性修正 修正方法：1.线性网络：利用包含有热敏电阻的电阻网络（常称线性网络）来代替单个 的热敏电阻，使网络电阻 与温度成单值线性关系。图2-20TR2.综合修正：利用电阻测量装置中其他部件的特性进行综合修正。图2-213.计算修正法：在带有微处理（或微型计算机）的测量系统中，当已知热敏电阻器的实际特性和要求的理想特性时，可采用线性插值法将特性分段，并把各分段点的值存放在计算机的存储器内。2.6 负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 2.6.1 负温度系数热敏电阻性能负温度系数热敏电阻性能 1

12、.外形：外形：图2-22 2.特点：特点：1）电阻温度系数大，灵敏度高，约为金属热电阻的10倍。2）结构简单，体积小，可测点温。3）电阻率高，热惯性小，适用于动态测量。4）易于维护和进行远距离控制。5）制造简单、使用寿命长。6）互换性差，非线性严重。2.6.2 负温度系数热敏电阻温度方程负温度系数热敏电阻温度方程)/(00TBTBTTeRR2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性负温度系数热敏电阻主要特性 25时的零功率电阻值，用 表示 0R2.B值（热敏电阻常数）：是表征负温度系数热敏电阻热灵敏度的量。单位：K 8525ln1778RRB B值热灵敏度 1.标称阻值（额定电阻值）：3.电阻温度

13、系数电阻温度系数:（1）定义：热敏电阻在其自身温度变化1时，电阻值的相对变化量。（2）表示：（3）结论：222)/(0)1(1)1(110TTTTTTBTBTTTTBTBRRBTeRRdTdRRT1）热敏电阻的温度系数为负值2）温度减小，电阻温度系数增大。4.额定功率：额定功率：在环境温度为25，相对湿度为45%80%，大气压为0.0870.107Mp的条件下，长期连续负荷所允许的耗散功率。5.耗散系数耗散系数：是负温度系数热敏电阻流过电流消耗的热功率（W）与自身温升值（）之比，单位：0TT 1CWo0TTW注：测量环境温度时，要消除由于热敏电阻自身的温升而带来的测量误差 6.热时间常数热时间

14、常数：热敏电阻本身的温度在放入环境温度之前的初始值和达到与环境温度相同 温度的最终值之间改变63.2%所需的时间。2.7 温度传感器应用实例温度传感器应用实例 2.7.1 双金属温度传感器的应用双金属温度传感器的应用 1.双金属温度传感器室温测量的应用双金属温度传感器室温测量的应用 图2-23 2.双金属传感器在电冰箱中的应用双金属传感器在电冰箱中的应用 图2-24 2.7.2 热敏电阻温度传感器的应用热敏电阻温度传感器的应用 1.热敏电阻在汽车水箱温度测量中的应用热敏电阻在汽车水箱温度测量中的应用 图2-25 2.热敏电阻在空调器控制电路中的应用热敏电阻在空调器控制电路中的应用 图2-26

15、2.7.3 晶体管温度传感器的应用晶体管温度传感器的应用 1.热敏二极管温度传感器应用举例热敏二极管温度传感器应用举例 图2-27 图2-28 2.晶体三极管温度传感器应用举例晶体三极管温度传感器应用举例 图2-29 图2-30 2.7.4 集成温度传感器应用举例集成温度传感器应用举例 1.AD590集成温度传感器应用电路集成温度传感器应用电路 图2-31 图2-32 2.LM334集成温度传感器应用电路集成温度传感器应用电路 图2-33 2.7.5 家用空调专用温度传感器家用空调专用温度传感器 2.7.6 冰箱、冰柜专用温度传感器冰箱、冰柜专用温度传感器 2.7.7 热水器专用温度传感器热水

16、器专用温度传感器 表2-6 热水器专用温度传感器技术指标%)31(5.5025R%)11(395050/25B%)31(5.5025R%)21(424050/25B%)31(0.10025R%)21(416450/25B产品型号标称电阻值/kB值/K工作温度范围/封装形式时间常数/s耗散系数/（mW/）KC503H395FM-30100金属壳223KG503H424GM-40120金属壳223KG104H416GM-40120金属壳2232.7.8 汽车发动机控制系统专用温度传感器汽车发动机控制系统专用温度传感器 表2-7 汽车发动机专用温度传感器技术指标%)51(15.225R%)11(360050/25B%)51(05.225R%)11(347050/25B%)51(50.225R%)11(350050/25B产品型号标称电阻值/kB值/K工作温度范围/封装形式耗散系数/（mW/）KC202H350FM-40135铜壳30（在油中）KC212H360FM-40135铜壳35（在空气中）KC252H347FM-40135铜壳30（在水中）