1、主要内容：主要内容：概概 论论 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛最广泛、发展最快最快的传感器之一。l温度是与人类生活息息相关的物理量。l人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。l工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。温度测量的基本概念温度测量的基本概念 温度标志着物温度标志着物质内部大量分子无质内部大量分子无规则运动的剧烈程
2、规则运动的剧烈程度。温度越高，表度。温度越高，表示物体内部分子热示物体内部分子热运动越剧烈。运动越剧烈。模拟图模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！运动速度比低温时快！低温低温高温高温 3.1.1.3.1.1.华氏度：冰点是华氏度：冰点是32F,沸点为沸点为212F测温方法测温方法测温原理测温原理温度传感器温度传感器接接触触式式 固体热膨胀固体热膨胀体积变化体积变化 液体热膨胀液体热膨胀 气体热膨胀气体热膨胀双金属温度计双金属温度计玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计气体温度计、压力温度计气体温度计、压力温度计电阻变化电阻变化金属
3、电阻温度传感器金属电阻温度传感器半导体热敏电阻半导体热敏电阻接接触触式式热电效应热电效应贵金属热电偶贵金属热电偶普通金属热电偶普通金属热电偶非金属热电偶非金属热电偶频率变化频率变化石英晶体温度传感器石英晶体温度传感器光学特性光学特性光纤温度传感器；液晶温度传感器光纤温度传感器；液晶温度传感器声学特性声学特性超声波温度传感器超声波温度传感器非非接接触触式式 亮度法亮度法热辐射热辐射 全辐射法全辐射法 比色法比色法 红外法红外法光学高温计光学高温计全辐射高温计全辐射高温计比色高温计比色高温计红外温度传感器红外温度传感器气流变化气流变化射流温度传感器射流温度传感器3.2 膨胀式传感器膨胀式传感器1.
4、玻璃温度计2.压力温度计3.双金属温度计膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。3.2.1 玻璃温度计玻璃温度计玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9、测温上限为538。玻璃温度计特点：结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测温值难自动远传记录，精度差（0.2 ），抗震能力差。玻璃温度计的分类：全浸式：测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸式：读数容易，但测量误
5、差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。V形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计3.2.2 压力温度传感器压力温度传感器压力温度计是根据一定质量的液体、气体、在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意图这类压力温度计其毛细管细而长(规格为160m)它的作用主要是传递压力，长度愈长，则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐腐蚀性较差等特点。电接点压力式温度电接点压力式温度计计3.2.3双金属温度计双金属温度计固体长度随温度变化的情况可用下式
6、表示：基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。下图是双金属温度计原理图：10101LLk tt双金属温度计原理图双金属温度计的感温双金属元件的形状是螺旋型，其测温范围大致为-80600，精度等级通常为1.5级左右。双金属温度计抗振性好，读数方便，响应速度快，但精度不太高，温度受限，只能用做一般的工业用仪表。电极电极A A冷端冷端：自由端自由端 热端热端：工作端工作端 电极电极B B热电势热电势AB1.接触电势接触电势将同温
7、度的两将同温度的两种不同的金属互相接触。由于种不同的金属互相接触。由于两种金属内自由电子的密度不两种金属内自由电子的密度不同，在两金属同，在两金属A和和B的接触处会的接触处会发生自由电子的扩散现象，自发生自由电子的扩散现象，自由电子将从密度大的金属扩散由电子将从密度大的金属扩散到密度小的金属。到密度小的金属。A金属失去电金属失去电子带正电，金属子带正电，金属B得到电子带负得到电子带负电，扩散引起的自建电场阻碍电，扩散引起的自建电场阻碍扩散的进一步进行，当达到平扩散的进一步进行，当达到平衡时，将形成电势差。衡时，将形成电势差。AB()lnAABBNKTETeN 冷端冷端接触电势为接触电势为：00
8、()lnAABBKTNETeN、式中：式中：A A、B B 代表不同材料；代表不同材料；T T，T T0 0 为两端温度；为两端温度；00(,)lnAABBNKET TTTeNK波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；e电子电荷量；电子电荷量；,ABNN是是A A、B B 材料的自由电子浓材料的自由电子浓度。度。eee 对对单一金属单一金属如果两边温度不同，两端有温度梯度也如果两边温度不同，两端有温度梯度也产生温差电动势；产生温差电动势；产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具有产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，会向低温端扩散，由于高温端失去电较大的动能，会向低温端扩散，由于高温端
9、失去电子带正电，低温端得到电子带负电。子带正电，低温端得到电子带负电。2.温差电势（汤姆逊电势）温差电势（汤姆逊电势）A A、B B 两导体构成闭合回路总的温差电势为两导体构成闭合回路总的温差电势为：000,()TABABTeT TeT TdT、两个导体的单一导体的温差电势分别为、两个导体的单一导体的温差电势分别为 00,TBBTeT Tt dT式中：式中：是泽贝克系数，是材料和位置的函数。是泽贝克系数，是材料和位置的函数。AB 00,TAATeT Tt dT 结论：结论：1.若热电偶两电极若热电偶两电极材料相同材料相同（NA=NB、A=B），无论两端点温），无论两端点温度如何，总热电势度如何
10、，总热电势EAB为零；为零；2.如果热电偶两接点如果热电偶两接点温度相同温度相同（T=T0）时，）时，A、B 材料不同，材料不同，回路总电势回路总电势EAB为零；为零；3.热电偶必须用热电偶必须用不同材料不同材料做电极，在做电极，在T、T0 两端必须有两端必须有温差梯温差梯度度，这是热电偶产生热电势的必要条件。，这是热电偶产生热电势的必要条件。4.导体材料确定后，热电动势的大小只与两端温度有关，与几导体材料确定后，热电动势的大小只与两端温度有关，与几何形状无关。若一段温度不变，那热电动势就是何形状无关。若一段温度不变，那热电动势就是T的单值函的单值函数，是热电偶测温的原理。数，是热电偶测温的原
11、理。根据两导体的根据两导体的接触电势接触电势和和温差电势温差电势，热电偶热电偶总的热电势总的热电势为为：000,ln()TAABABTBNKET TTTdTeN 000,ABCABBCCAET TETETET：则有：则有：000,ABCABABABET TETETET TeeeT测量仪器测量仪器ee00C()ln,()ln,BCBCoCAoAKTNKTNETETeNeN ：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。的代数和，的代数和，实际测量时，利用
12、这一性实际测量时，利用这一性 质，质，对对冷端温度不为零度冷端温度不为零度时的热时的热 电势修正以及冷端延伸引线进电势修正以及冷端延伸引线进 行的补偿。行的补偿。(3)0,0,ABABCABCET TET TET T如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值 一一 零度法：零度法：冷端为冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示值示值及及K热电偶的热电偶的分度表，分度表，查出查出热端的温度热端的温度tx 。中间导体定律中间导体定律二 计算修正:E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)例，S型热电偶工作时自由端温度25现测得电势为7.3mv
13、，求实际温度。分度表查得E(25,0)=0.143mv，所以：E(t,0)=E(t,25)+E(25,0)=7.3+0.143=7.443 再查表得对应的实际温度809。电桥补偿法三、热电偶冷端温度补偿 四、补偿导线法v 热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，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。这是其它接触式温度传感器无法替代的。国际电工委员会国际电工委员会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。推荐种标准化热电偶，已列入工业
14、标准化文件，具有统一的分度表。0R温度温度0 0101020203030404050506060707080809090热热 电电 动动 势势 mVmV0 00.0000.0000.3970.3970.7980.7981.2031.2031.6111.6112.0222.0222.4362.4362.8502.8503.2663.2663.6813.6811001004.0954.0954.5084.5084.9194.9195.3275.3275.7335.7336.1376.1376.5396.5396.9396.9397.3387.3387.7377.7372002008.1378.13
15、78.5378.5378.9388.9389.3419.3419.7459.74510.15110.15110.56010.56010.96910.96911.38111.38111.79311.79330030012.20712.20712.62312.62313.03913.03913.45613.45613.87413.87414.29214.29214.71214.71215.13215.13215.55215.55215.97415.97440040016.39516.39516.81816.81817.24117.24117.66417.66418.08818.08818.5131
16、8.51318.93818.93819.36319.36319.78819.78820.21420.21450050020.64020.64021.06621.06621.49321.49321.91921.91922.34622.34622.77222.77223.19823.19823.62423.62424.05024.05024.47624.47660060024.90224.90225.32725.32725.75125.75126.17626.17626.59926.59927.02227.02227.44527.44527.86727.86728.28828.28828.7092
17、8.70970070029.12829.12829.54729.54729.96529.96530.38330.38330.79930.79931.21431.21431.62931.62932.02432.02432.45532.45532.86632.86680080033.27733.27733.68633.68634.09534.09534.50234.50234.90934.90935.31435.31435.71835.71836.12136.12136.52436.52436.92536.92590090037.32537.32537.72437.72438.12238.1223
18、8.51938.51938.91538.91539.31039.31039.70339.70340.09640.09640.48840.48840.87940.8791000100041.26941.26941.65741.65742.04542.04542.43242.43242.81742.81743.20243.20243.58543.58543.96843.96844.34944.34944.72944.7291100110045.10845.10845.48645.48645.86345.86346.23846.23846.61246.61246.98546.98547.35647.
19、35647.72647.72648.09548.09548.46248.4621200120048.82648.82649.19249.19249.55549.55549.91649.91650.27650.27650.63350.63350.99050.99051.34451.34451.69751.69752.04952.0491300130052.39852.39852.74752.74753.09353.09353.43953.43953.78253.78254.12554.12554.46654.46654.80754.807镍铬镍铬镍硅热电偶镍硅热电偶(K型型)分度表分度表 （参考
20、端温度为（参考端温度为0）普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；薄膜热电偶，动态响应快用于火箭喷嘴温度测量，结构较薄；薄膜热电偶，动态响应快用于火箭喷嘴温度测量，结构较薄；铠装热电偶，热容小，用以测量狭小对象，可弯曲；铠装热电偶，热容小，用以测量狭小对象，可弯曲；表面热电偶，用于弧形表面物体测温；表面热电偶，用于弧形表面物体测温；消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。a)a)普通热电偶普通热电偶 b)b)薄膜热电偶薄膜热电偶 c)c)铠装热电偶铠装热电偶测量气体、蒸汽、液体等测量气体、蒸汽、液体等用于火箭、
21、用于火箭、飞机喷嘴等飞机喷嘴等温度测量温度测量用以测量狭用以测量狭小对象，小对象，结构细长、结构细长、可弯曲。可弯曲。这种热电偶，特别适用于测这种热电偶，特别适用于测量高温炉温度分布，可反复量高温炉温度分布，可反复弯曲，耐温可达弯曲，耐温可达1250。热电偶的插头部分也可耐热电偶的插头部分也可耐425的高温，可以直接安装的高温，可以直接安装在炉内。在炉内。Nanmac还提供与之匹配的接还提供与之匹配的接线盒，可以一起固定在炉内。线盒，可以一起固定在炉内。l 物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l 化学性能稳定，保证不同介质中测量时不被腐蚀；l 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l 复现性好
22、，便于成批生产。（一）热电偶材料满足的条件：（一）热电偶材料满足的条件：1铂铂铑热电偶(S型)分度号LB3工业用热电偶丝：0.5mm，实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600。特点：n 材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶 或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n 测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。n 在高温还原性气体中（如气体中含CO、H2等）易被侵 蚀，需要用保护套管。n 材料属贵金属，成本较高。n 热电势较弱。（二）热电偶常用材料（二）热电偶常用材料 2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K
23、型)分度号EU2工业用热电偶丝：1.22.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.489.7镍、910铬，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。特点：u 价格比较便宜，在工业上广泛应用。u 高温下抗氧化、腐蚀能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。u 复现性好，热电势大，但精度不如S。3镍铬考铜热电偶(E型)分度号为EA2工业用热电偶丝:1.22mm，实验室用可更细些。正极：镍铬合金负极：考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度：长期600，短期80
24、0。特点：l 价格比较便宜，工业上广泛应用。l 在常用热电偶中它产生的热电势最大。l 气态硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变 质，适于在还原性或中性介质中使用。4铂铑30铂铑6热电偶(B型)分度号为LL2正极：铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。特点：l 材料性能稳定，测量精度高。l 还原性气体中易被侵蚀。l 低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。l 成本高。几种持殊用途的热电偶（1 1）铱和铱合金热电偶）铱和铱合金热电偶 如铱50铑铱10钌热电偶它能在氧化气氛中测量高达2100的高温。（2
25、2）钨铼热电偶）钨铼热电偶 是60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。国产钨铼-钨铼20热电偶使用温度范围3002000分度精度为1。（3 3）金铁）金铁镍铬热电偶镍铬热电偶 主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。（4 4）钯）钯铂铱铂铱1515热电偶热电偶 是一种高输出性能的热电偶，在1398时的热电势为47.255mV，比铂铂铑10热电偶在同样温度下的热电势高出3倍，因而可配用灵敏度较低的指示仪表，常应用于航空工业。（6 6）铜）铜康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号MKMK 热电偶的热电势略高于镍铬-
26、镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精度高，价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。（5 5）铁）铁康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号TKTK 灵敏度高，约为53V/，线性度好，价格便宜，可在800以下的还原介质中使用。主要缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗锈蚀能力。贴片式贴片式薄膜式薄膜式 大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度而变化，热（敏）电阻传感器就是通过这个而变化，热（敏）电阻传感器就是通过这个特性来测试温度特性来测试温度 金属电阻随温度变化的特性金属电阻随温度变化的特性 式中 电阻温度系数（1/oC
27、）。由于并不是一个常数，而是温度的函数，所以只有在一定温度范围内，才能近似也视为一个常数。常用的金属材料常用的金属材料铂热电阻：分度号BA，-200850 oC，在0 oC以上，电阻与 温度的关系近似线性关系，性能稳定，常作标 准温度计。铜 电 阻：分度号Cu，-50180 oC，灵敏度高，价格便宜。-200-200OO +0+0850850 式中：式中：0RtR为温度为温度 00 C和和 0tC时的电阻值时的电阻值t值的大小与值的大小与有关有关2301100tRRAtBtC tt201tRRAtBt0010,100RR分度号分度号分别为：分别为：PtPt1010、PtPt100100 目前我
28、国规定工业用铂热目前我国规定工业用铂热电阻有两种电阻有两种公称值公称值：国际温标国际温标ITS90ITS90标准标准中中,A、B、C 常数规定为；常数规定为；3721243.9083 10/5.775 10/4.183 10/ACBCCC 201tRRAtBt2301100tRRAtBtC tt其他热电阻其他热电阻 铜铜丝可以用来制造丝可以用来制造-50150 范围的工业用电阻温度计。电阻范围的工业用电阻温度计。电阻 的的阻值变化率与温度之间的关系接近于线性，灵敏度比较高阻值变化率与温度之间的关系接近于线性，灵敏度比较高 镍镍使用温度范围是使用温度范围是-50-50100100和和-50-50
29、150 150，非线性严重，但材料，非线性严重，但材料提取也困难，目前应用较少。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒提取也困难，目前应用较少。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）铟铟电阻适宜在电阻适宜在-269-269-258-258温度范围内使用，测温精度高，灵敏度温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的是铂电阻的1010倍，但是复现性差。倍，但是复现性差。锰锰电阻适宜在电阻适宜在-271-271-210-210温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。易
30、损坏。使用注意事项（1）自热误差）自热误差 工作电流，产生温度升高，电阻产生变化。工作电流，产生温度升高，电阻产生变化。限制工作电流限制工作电流（2）引线误差）引线误差 线路中其他导线在不同温度下，对于电阻线路中其他导线在不同温度下，对于电阻 的影响。的影响。三线制或者四线制三线制或者四线制热敏电阻结构及符号热敏电阻结构及符号 热敏电阻类型热敏电阻类型(三种)PTC热敏电阻：当温度超过某一数值时，其电阻 随温度升高而快速增大，具有正 温度系数。CTR热敏电阻：在某一温度值处电阻值急剧变化，具有临界温度系数。NTC热敏电阻：具有很高的负温度系数。PTC 型 CTR 型 NTC 型 PTC热敏电阻
31、的工作温度范围较窄，正温度系数热敏电热敏电阻的工作温度范围较窄，正温度系数热敏电阻器的电阻阻器的电阻温度特性可近似用下面的实验公式表示：温度特性可近似用下面的实验公式表示：RT、RT0温度分别为温度分别为T、T0时的电阻值；时的电阻值；BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。正温度系数热敏电阻器的材料常数。0exp0TTBRRPTTPPTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100可见：可见：正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数tptp ，正好等于它的材料常数正好等于它的材料常数B BP P的值。的值。一、一、PTC热敏电阻热敏电阻 PTC热敏
32、电阻主要采用热敏电阻主要采用BaTiO3系列的材料，当温度超系列的材料，当温度超过某一过某一 值时，其电阻值朝正的方向快速变化，其用值时，其电阻值朝正的方向快速变化，其用途主要是彩电消磁途主要是彩电消磁 ，各种电器设备的过热保护，发，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，也可以作为限流元件使用。热源的定温控制，也可以作为限流元件使用。空气加热用空气加热用PTC热敏电阻热敏电阻过热保护过热保护PTC热敏电阻热敏电阻二、二、NTC热敏电阻热敏电阻负温度系数型负温度系数型 热敏电阻特性曲线热敏电阻特性曲线 TRB B，NTCNTC热敏电阻材料常数。热敏电阻材料常数。，温度为温度为T T时的电阻值
33、；时的电阻值；RT=R0 expB(1/T 1/T0)优优 点：点：(1)(1)热敏电阻的温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（1010100100倍）倍）(2)(2)电阻率大，体积小，热惯性小，不需要温度补电阻率大，体积小，热惯性小，不需要温度补偿适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。偿适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。(3)(3)结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺缺 点：线性度较差，复现性和互换性较差。点：线性度较差，复现性和互换性较差。红外辐射俗称红外辐射俗称红外线，红外线，是一种不可见光，其光谱位于是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色可见光中红色以外，所以
34、称以外，所以称红外线红外线，波长约，波长约 0.751000m。760nm400nm 可见可见光光 电电 磁磁 波波 谱谱红外线红外线 紫外紫外线线 射射 线线X射线射线长波无线电波长波无线电波61010101410181022102104108101210161020102410010频率频率Hz1610810波长波长m4104100108101210短波无线电波短波无线电波 红外探测器主要有两大类型红外探测器主要有两大类型：1 1）（热电型）（热电型）热探测器热探测器 包括有：包括有：热释电元件热释电元件、热敏电阻、热电偶等；、热敏电阻、热电偶等；2 2）（量子型）（量子型）光子探测器光子
35、探测器 利用某些半导体材料在红外辐射的照射下产生光电子利用某些半导体材料在红外辐射的照射下产生光电子效应，使材料电学性质发生变化；效应，使材料电学性质发生变化；其中有：光敏电阻、光敏管、光电池等。其中有：光敏电阻、光敏管、光电池等。q 量子型光子探测器与光电传感器原理相同，量子型光子探测器与光电传感器原理相同，本节主要介绍热本节主要介绍热释释电型红外探测器。电型红外探测器。首先将光辐射能变成首先将光辐射能变成材料自身的温度，利用器件对温材料自身的温度，利用器件对温度的敏感特性将温度变化转换为度的敏感特性将温度变化转换为电信号；包括了电信号；包括了光光热热电电，两，两次信息变换过程。次信息变换过
36、程。晶体受热时，由于温度变化改变晶体受热时，由于温度变化改变了原子排列，晶体自然极化，在了原子排列，晶体自然极化，在两端产生数量相同，符号相反的两端产生数量相同，符号相反的电荷。这种由于热化产生的电极电荷。这种由于热化产生的电极化现象，称为化现象，称为称热释电效应称热释电效应。黑色膜黑色膜电极电极透明电极透明电极温度一定时，温度一定时，极化产生的电荷被附极化产生的电荷被附集在外表的自由电荷慢慢中和掉，集在外表的自由电荷慢慢中和掉，不显电性不显电性；TTONOFF热释电元件可视为电流源，热释电材料只有在热释电元件可视为电流源，热释电材料只有在温度变化温度变化时才产生电流：时才产生电流：热热释释电
37、电元元件件式中：式中：S S 元件面积；元件面积；热释电系数；热释电系数；dtdTSIs/只与热释电材料的温度变化率有关，与只与热释电材料的温度变化率有关，与温度温度本身无关。本身无关。热释电传感器只能检测变化的信号，检测时辐射源热释电传感器只能检测变化的信号，检测时辐射源必须必须晃动晃动才有信号输出。才有信号输出。2.热释电元件及等效电路热释电元件及等效电路钽酸锂钽酸锂,硫酸硫酸三甘肽及钛三甘肽及钛锆酸铅锆酸铅场效应管场效应管 红外传感器主要用于红外传感器主要用于红外测温、遥控器、红外监控报警器；红外测温、遥控器、红外监控报警器；红外摄象机、夜视镜；红外摄象机、夜视镜；控制装置：自动门、自动
38、水龙头等；控制装置：自动门、自动水龙头等；红外无损检测：通过测量热流或热量来检测、红外无损检测：通过测量热流或热量来检测、鉴定金属或非金属材料的质量和内部缺陷；鉴定金属或非金属材料的质量和内部缺陷；红外成像技术红外成像技术:红外变像管成像、红外摄像管成红外变像管成像、红外摄像管成像、电荷耦合器件（像、电荷耦合器件（CCD）成像。）成像。热释电红外报警控制电路热释电红外报警控制电路 人体辐射红外线波长大致为人体辐射红外线波长大致为612m，温度，温度36 37 人活动的频率范围一般在人活动的频率范围一般在0.110Hz之间；之间；热释电元件可检测到热释电元件可检测到10m距离距离，85的水平视角
39、范围；的水平视角范围；传感器将传感器将热热电电信号送运放信号送运放A放大，反馈电阻可调节放大倍数；放大，反馈电阻可调节放大倍数；低通输出一定幅值的直流信号驱动蜂鸣器告警。低通输出一定幅值的直流信号驱动蜂鸣器告警。报警F 222hipp 111333通过菲涅尔透镜放大了，通过菲涅尔透镜放大了，可对微小移动进行检测。可对微小移动进行检测。红外报警电路红外报警电路放大器放大器比较器比较器延时器延时器报警器报警器 红外光束报警电路红外光束报警电路 自动门自动门 由热释电红外传感器检测是由热释电红外传感器检测是否有人出入，由单稳态控制否有人出入，由单稳态控制电机正转反转。电机正转反转。干手器干手器 由热
40、释电红外传感由热释电红外传感器感应的干手器器感应的干手器自动门自动门放大放大整形整形 红外测温红外测温 红外测温是目前较先进的测温方法，特点有：红外测温是目前较先进的测温方法，特点有：1.远距离、非接触测量，适应于高速、带电、高温、高压；远距离、非接触测量，适应于高速、带电、高温、高压；2.反映速度快，不需要达到热平衡过程，反映时间在反映速度快，不需要达到热平衡过程，反映时间在s量级；量级；3.灵敏度高，辐射能灵敏度高，辐射能 与温度与温度T成正比；准确度高，可达成正比；准确度高，可达0.1内；内；4.应用范围广泛，应用范围广泛，0 以下上千度。以下上千度。红外测温红外测温甲型流感红外测温甲型
41、流感红外测温3.6.1 二极管温度传感器由PN结理论可知，二极管正向电流If与其压降Vf有如下关系：式中If为PN结正相电流，q为电子的电荷量，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。则：又因为正向饱和电流为：A为发射结面积，是电子迁移率有关的常数，qVg0为禁带宽度。)/exp(kTqVIIfsf0lnIIqkTVff)/exp(00kTqVABTIg 当电流保持不变时，PN结正向压降Vf随温度T的上升而下降，近似线性关系。通过计算可得，温度每升高一度，PN结正向压降Vf就下降约2mV。二极管温度传感器，正是利用PN结正向电压与温度关系的特性而制作的。0lnlnlnfgfkTVVBTIq 3.6.1
42、 二极管温度传感器（1）Vf与T特性3.6.1 二极管温度传感器利用温敏二极管测液位利用温敏二极管测液位3.6.2 三级管温度传感器1.基本原理 由晶体管原理可知，NPN晶体管的基极-发射极电压Vbe与温度T的关系为：式中Vg0=Eg0/q（Eg0为硅单晶的禁带宽度）当Ic一定且T不太高时，Vbe基本与温度成线性关系，当温度较高时候，产生一定非线性偏移。)/ln(0cgbeITBqkTVV 目前国内外普遍应用的目前国内外普遍应用的80年代问世的年代问世的集成温度集成温度传感器传感器 如如:AD590、AD592、TMP17、LM135等等.模拟集成温控模块模拟集成温控模块是可编程的温控开关模块是可编程的温控开关模块.如如:LM56、AD22105等，等，温敏元件有热敏电阻，热敏二极管、三极管等温敏元件有热敏电阻，热敏二极管、三极管等 集成温度传感器把集成温度传感器把热敏晶体管热敏晶体管和和外围电路外围电路、放大器放大器、偏置偏置 电路电路及及线性电路线性电路制作在同一芯片上，构成一体化的专用集制作在同一芯片上，构成一体化的专用集 成器件。是可以完成温度测量及模拟信号输出的成器件。是可以完成温度测量及模拟信号输出的专用专用IC。
