智能温度传感器原理及应用

1、智能温度传感器原理及应用智能温度传感器原理及应用 电气信息学院电气信息学院主要介绍几种温度传感器主要介绍几种温度传感器 1、热电阻式温度传感器热电阻式温度传感器 2、热电偶式温度传感器、热电偶式温度传感器 3、两种温度传感器控制系统的组成、两种温度传感器控制系统的组成 4、数学化温度传感器、数学化温度传感器DS18B20（重点介绍）（重点介绍） 5、DS18B20温度传感器的应用（基于单片温度传感器的应用（基于单片机实现）机实现） 6,、总结、总结电阻式温度传感器电阻式温度传感器 热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。器

2、。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪基准仪。热电阻是基于电阻的热效应进行温热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出的阻值变化，就可以测量出温度温度。常见的电阻式温度传感器常见的电阻式温度传感器电阻式温度传感器工作原理电阻式温度传感器工作原理金属热电阻的电阻值和温度一般可以用

3、以下的金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，近似关系式表示，即即Rt=Rt01+(t-t0)式式中，中，Rt为温度为温度t时的阻值时的阻值;Rt0为温度为温度t0(通常通常t0=0)时对应电阻值时对应电阻值;为温度系数为温度系数。以以Pt100为为例如果测得电阻值为例如果测得电阻值为110，求实际温度值为多少？，求实际温度值为多少？（a=1/2.5） 铂铂电阻测温范围理论上是：电阻测温范围理论上是：-200+500，但，但是一般超过是一般超过300就不考虑用铂电阻了；而铜电就不考虑用铂电阻了；而铜电阻的测温范围是：阻的测温范围是：-50+150热电偶式温度传感器热电偶式温度传

4、感器 在在工业生产过程中，温度是需要测量和控工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点号便于远传等许多优点。测量范围大（测量范围大（2001300，特殊情况下，特殊情况下2702800）一般工业上认为超过）一般工业上认为超过600 算高温。算高温。常见的热电偶温度传感器常见的热电偶温度传感器热电偶温度传感工作原理热电偶温度传感工作原理当有两种不同的导体或半导

5、体当有两种不同的导体或半导体A和和B组成一个组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，称为工作端或热端，另一端温度为另一端温度为T0 ，称为自由端（也称参考端），称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为度有关。这种现象称为“热电效应热电效应”，两种，两种导体组成的回路称为导体组成的回路称为“热电偶热电偶”，这两种导，这两种导体称为体称为“

6、热电极热电极”，产生的电动势则称为，产生的电动势则称为“热电动势热电动势”。热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端） 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端） 热电极热电极B B热电势热电势AB热电偶使用注意事项热电偶使用注意事项热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电体的接触电动势，另一部分是单一导体的温

7、差电动势动势。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与通过引线与测量测量电路电路连接连接的端称为冷端）的温度的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。冷端补偿正常。冷端补偿方法1. 补偿导线法 利用补偿导线代替热电

8、极，引导温度比较稳定的冷端测试。2. 0恒温法 将热电偶的冷端放入冰水混合容器内，以稳定冷端温度。3. 冷端修正法 (a) 热电势修正法 (b)温度修正法4. 冷端自动补偿法 电桥补偿法冷端延长导线法和恒温补偿法冷端电桥补偿法热电阻热电偶测温功能的实现 前面分别讲述了，热电阻、热电偶的测温检测原理。作为检测元件，检测到温度信号值，人是不能直接识别的。还需要温度变送器（将温度信号转换成4-20mA电流信号或1-5V电压信号，以便于远传控制）数字显示模块（便于现场读取数据）。温度变送器及数字显示温度控制系统的组成DS18B20温度传感器 DS18B20是美国DSLLAS半导体公司推出的第一篇支持“

9、一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串型数字信号供处理器处理。DS18B20引脚介绍DS18B20主要特点适应电压范围宽，电压范围在3.05.5V。独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围-55+125，在-10+85时精度为0.5。可编程分辨率为912位，对应的可分辨率温度分别为0.5，0.25

10、，0.125和0.0625，可实现高精度测温。在9位分辨率时，最多在93.78ms内把温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内把温度转换为数字，显示速度快。测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20结构介绍DS18B20测温原理图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计

11、数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20 四四个个主要的数据部件主要的数据部件 1、光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。DS18B20中的温度传感器2、DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S

12、为符号位。3、DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。4、配置寄存器DS18B20时序控制要求根据ds18b20的通讯协议，主机控制ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ds18b20进行复位，复位成功后发送一条rom指令，最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。复位要求主cpu将数据线下拉500微秒，然后释放，ds18b20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主cpu收到此信号表示复位成功。复位时序读操作时序写操作时序单片机实验效果图（杯中热水）室温检