传感器原理-3ppt课件

1、温度传感器温度传感器第一章第一章 v定义：定义： 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的安装。化的安装。 v用途：用途： 用于检测温度和热量，也称为热电式传感器。用于检测温度和热量，也称为热电式传感器。 v重要性：重要性： 与生活、科研、消费亲密相关。与生活、科研、消费亲密相关。 运用最广泛。运用最广泛。简介第一章第一章 温度传感器温度传感器 v将温度T变化转换为电阻变化的元件，主要有金属热电阻、半导体热电阻、陶瓷热敏电阻(NTC、PTC、CTR) 和高分子热敏电阻； v将温度变化 -电势的传感器，主要有热电偶和PN结式传感器；v将热辐射-电学量的

2、器件，有热释电探测器、红外探测器；v集成温度传感器、光纤温度传感器、液晶温度传感器、智能温度传感器等简介温度传感器分类温度传感器分类第一章第一章 温度传感器温度传感器 1.1 1.1 电阻型温度传感器电阻型温度传感器 1.1.1 热电阻热电阻1.1 1.1 电阻型温度传感器电阻型温度传感器金属热电阻金属热电阻半导体陶瓷热电阻半导体陶瓷热电阻温度温度感温资料感温资料电阻电阻Rt Rt ：恣意绝对温度：恣意绝对温度t t 时的电阻值时的电阻值 R0 R0 ：基准外形温度：基准外形温度t0t0时的电阻值时的电阻值 ：温度系数：温度系数1/1/一、热电阻的特性一、热电阻的特性 1.1.1 1.1.1

3、热电阻热电阻 )(1 00ttRRt1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 感温资料的要求感温资料的要求: : v v电阻温度系数：纯金属电阻温度系数：纯金属 v v性能稳定：测温准确性性能稳定：测温准确性 v v良好的输出特性：线性良好的输出特性：线性 v v高的电阻率高的电阻率 v v良好的加工性、价钱廉价良好的加工性、价钱廉价 )100(1 320ttCBtAtRRt)1(20BtAtRRt0 0630.755:630.755:1.1.铂热电阻铂热电阻1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 v稳定性好、反复性好v热电阻最正确资料v用于高精度工业丈量: 规范电l阻温度计、温度基准。 -190-

4、1900:0: 3.53.02.52.01.51.00.50-2000200400600电阻比Rt/R0镍 (Ni)铜 (Cu)铂 (Pt)温 度 (0C)1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 用于普通丈量精度和丈量范围较小时，用于普通丈量精度和丈量范围较小时，易于得到高纯度资料、价钱低廉，易氧化。易于得到高纯度资料、价钱低廉，易氧化。001()tRRa tt2. 2. 铜热电阻铜热电阻1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 -50-50150150：3. 3. 其它热电阻其它热电阻 铁和镍电阻：运用较少铁和镍电阻：运用较少 灵敏度高，灵敏度高， 电阻率较大。电阻率较大。 易氧化，不易提纯，非线

5、性。易氧化，不易提纯，非线性。 1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 铟电阻铟电阻锰电阻锰电阻碳电阻碳电阻低温丈量低温丈量-273-268.5，热容量小，热容量小 ，灵敏度，灵敏度高高 热稳定性较差。热稳定性较差。-269-258，丈量精度高，灵敏度高，丈量精度高，灵敏度高 。 重现性差重现性差 。 -271-210用，灵敏度高用，灵敏度高 脆性高脆性高 ，易损坏；，易损坏； 1 1、构造：、构造： 组成：感温元件、内引线、绝缘套管、组成：感温元件、内引线、绝缘套管、维护套管和接线盒。维护套管和接线盒。 将电阻丝无感双线绕在云母、石英、陶将电阻丝无感双线绕在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘架上，固

6、定后外面再加上维护套管。瓷、塑料等绝缘架上，固定后外面再加上维护套管。 2 2、丈量电路：、丈量电路： 用精度较高的电桥电路。用精度较高的电桥电路。 两线制衔接方式存在的问题：引线电阻两线制衔接方式存在的问题：引线电阻 为消除衔接导线电阻随环境温度变化为消除衔接导线电阻随环境温度变化 而而呵斥的丈量误差，常采用三线和四线衔接法。呵斥的丈量误差，常采用三线和四线衔接法。二、热电阻的构造及丈量电路二、热电阻的构造及丈量电路 1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 优点：优点：性能稳定，丈量范围宽、精度高、低温丈量。性能稳定，丈量范围宽、精度高、低温丈量。缺乏：缺乏：需辅助电源，热容量大，限制用于动态

7、丈量。需辅助电源，热容量大，限制用于动态丈量。 措施：措施：为防止电热效应，电流普通应小于为防止电热效应，电流普通应小于10mA。 三、热电阻温度计的总结三、热电阻温度计的总结 1.1.1 1.1.1 热电阻热电阻 正温度正温度系数热敏系数热敏电阻电阻PTC 负温度负温度系数热敏系数热敏电阻电阻NTC临界温度临界温度系数热敏系数热敏电阻电阻CTR1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 资料：资料： 金属氧化物金属氧化物(Mn3O4(Mn3O4、CuOCuO、NiONiO、Co3O4)Co3O4)为基体、添为基体、添加剂、陶瓷工艺制成。加剂、陶瓷工艺制成。 半导体陶瓷。半导体陶瓷。特点：特点：

8、 灵敏度高、反复性好、本钱低、体积小、运用方便。灵敏度高、反复性好、本钱低、体积小、运用方便。 热敏电阻热敏电阻一、热敏电阻特性参数一、热敏电阻特性参数 标称电阻值标称电阻值R25R25： 25 25、零功率外形的阻值。、零功率外形的阻值。 大小取决于电阻的资料和几何尺寸。大小取决于电阻的资料和几何尺寸。 25 252727： 2. 电阻温度系数电阻温度系数(T) ： 规定温度下，单位温度变化使阻值变化的相对值。规定温度下，单位温度变化使阻值变化的相对值。 25251(25)tRRt1100%TTTdRRdTT T 决议了热敏电阻全部义务范围内对温度的灵敏度。决议了热敏电阻全部义务范围内对温度

9、的灵敏度。 1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 电阻型温度传感器时间常数时间常数()()： 表征电阻的热惯性表征电阻的热惯性. . 在零功率丈量外形下在零功率丈量外形下, ,当环境温度突变时当环境温度突变时, ,阻值阻值从起始值变化到最终变化量的从起始值变化到最终变化量的63%63%时所需的时间。时所需的时间。额定功率额定功率PEPE： 在规范压力在规范压力750mmHg750mmHg和规定的最高温度下，电阻和规定的最高温度下，电阻期延续义务所允许的最大耗散功率。期延续义务所允许的最大耗散功率。 实际中所耗费的功率不得超越实际中所耗费的功率不得超越PE PE 。1.1.2 1.1.2 热

10、敏电阻热敏电阻 二、正温度系数热敏电阻二、正温度系数热敏电阻(PTC)(PTC) 基体资料是基体资料是BaTiO3(BaTiO3(纳米陶瓷资料钛酸钡纳米陶瓷资料钛酸钡) )，辅以，辅以稀土元素为添加剂，经陶瓷工艺烧结制成。稀土元素为添加剂，经陶瓷工艺烧结制成。 纳米钛酸钡纳米钛酸钡(BaTiO3)(BaTiO3)： 具有高介电常数及优良的铁电、压电和绝缘性能具有高介电常数及优良的铁电、压电和绝缘性能 稀土元素：稀土元素： 17 17种化学元素，钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、种化学元素，钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。1.

11、1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 1.1.电阻温度特性电阻温度特性突变型开关型：突变型开关型： 曲线曲线中阻值随温度中阻值随温度变化很陡、开关温度、指变化很陡、开关温度、指数关系、温度系数与温度数关系、温度系数与温度无关无关 。 1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 )exp(0ATRRT%1001AdTdRRTTTBTART%100BTABT1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 缓变型：缓变型： 曲线曲线阻值随温度变化缓慢、阻值随温度变化缓慢、线性关系、温度系数随温度变化线性关系、温度系数随温度变化 、温度补偿。温度补偿。静态伏安特性：静态伏安特性： 一定温度下，一定温度下，静

12、止 的 空 气 中 ，静 止 的 空 气 中 ，PTCPTC电阻两端的电电阻两端的电压降与电阻稳态电压降与电阻稳态电流之间的关系。流之间的关系。曲线可分为曲线可分为ABAB、BCBC、CDCD三段。三段。2 2、PTCPTC的静态伏安特性曲线的静态伏安特性曲线电流电流I(A)电压电压U(V)1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 随随T升高而迅速减小，可升高而迅速减小，可用于温度检测、温度补偿、控用于温度检测、温度补偿、控温等各种电路。温等各种电路。1 10 07 71 10 06 61 10 05 51 10 04 41 10 03 31 10 02 21 10 01 10 01 10 0

13、0 0比比电电阻阻P P( (c cm m) )温温 度度 ( ( ) ) 2 20 00 0P PT TC CN NT TC CC CT TR R1.NTC1.NTC电阻的温度特性电阻的温度特性TBRRTexp021TBdTdRRTTTT1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 用用MnMn、CoCo、NiNi、FeFe等过渡金属氧化物按比等过渡金属氧化物按比例混合，采用陶瓷工艺制备。例混合，采用陶瓷工艺制备。2.NTC2.NTC静态伏安特性曲线静态伏安特性曲线 TTBIRIRUTT00expoa段段 ：电压随电流增大线性：电压随电流增大线性增大。增大。ab段：电压偏离线性，随电流段：电压偏

14、离线性，随电流添加。添加。bd段：电压随电流添加下降很段：电压随电流添加下降很快。快。de段：电压下降缓慢。段：电压下降缓慢。1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 指在某一温度附近电阻值发生突变，于几指在某一温度附近电阻值发生突变，于几度的狭小温区内，随温度的添加阻值降低度的狭小温区内，随温度的添加阻值降低3 34 4个数量级的元件。个数量级的元件。 阻值的突变点为临界温度点。阻值的突变点为临界温度点。 四、四、CTRCTR热敏电阻热敏电阻宏观开关温度：宏观开关温度： 电阻值下降到某一规定值时所对应的温度。电阻值下降到某一规定值时所对应的温度。 开关电阻：开关电阻： 按曲线求出切线在高阻端

15、的交点按曲线求出切线在高阻端的交点RhRh和切线在低阻和切线在低阻 端的交点端的交点RlRl，算出，算出RcRc。1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 2/1)(lhcRRR 0 01 10 00 02 20 00 03 30 00 01 10 00 01 10 01 11 10 02 21 10 03 31 10 04 41 10 05 5V V5 59 9P P2 24 4B Ba a 1 17 7R Rh h l lg gR Rh h- -l lg gR Rl l0 0. .5 5R Rl l( (R Rc c, ,T Tc c) ) R Rc c= =( (R Rh hR Rl l

16、) )温温度度T T( () )电电阻阻R R( () )1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 降值比降值比： 描画阻值下降的快慢，即标称电阻描画阻值下降的快慢，即标称电阻R25R25与与最小电阻比值最小电阻比值RminRmin的对数，即的对数，即 min25lgRR 降值比越大，开关特性越好。降值比越大，开关特性越好。 由于由于CTRCTR电阻具有很大的负温度系数，可电阻具有很大的负温度系数，可用作控用作控 温、报警、无触点开关等场所。温、报警、无触点开关等场所。 1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 五、热敏电阻的构造及其特点五、热敏电阻的构造及其特点珠状珠状 热敏电阻热敏电阻圆片

17、型圆片型 方片型方片型 棒状棒状 厚薄厚薄膜型膜型 它们各自适用于不同的运用场所。它们各自适用于不同的运用场所。 1.1.2 1.1.2 热敏电阻热敏电阻 1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器 利用电阻率随温度变化的特性制成温度传感器。利用电阻率随温度变化的特性制成温度传感器。 一、义务原理一、义务原理pnpqnq1半导体的导电才干：载流子的迁移半导体的导电才干：载流子的迁移载流子：电子和空穴载流子：电子和空穴半导体资料的电阻率：半导体资料的电阻率： 为资料的电子浓度为资料的电子浓度 为电子迁移率为电子迁移率 为资料的空穴浓度为资料的空穴浓度 为空穴迁移率为空穴

18、迁移率 为电子电量为电子电量nnppq1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器本征半导体：本征半导体： 纯真的半导体，共价键结合才干很强，导电纯真的半导体，共价键结合才干很强，导电才干弱，在热力学温度零度时，不导电。电子和才干弱，在热力学温度零度时，不导电。电子和空穴浓度相等。空穴浓度相等。 电阻率电阻率主要决议于载流子主要决议于载流子(电子或空穴电子或空穴)的浓的浓度和迁移率，二者都与温度亲密相关。度和迁移率，二者都与温度亲密相关。本征半导体本征半导体P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体半导体半导体1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻

19、温度传感器P P型半导体：型半导体： 在在4 4价元素价元素( (硅、锗硅、锗) )的晶体中掺入少量的的晶体中掺入少量的3 3价杂价杂质元素质元素( (硼、镓、铟硼、镓、铟) )，组成共价键时，短少一个电，组成共价键时，短少一个电子，构成空穴，主要依托空穴导电子，构成空穴，主要依托空穴导电 。N N型半导体资料：型半导体资料： 在在4 4价元素价元素( (硅、锗硅、锗) )的晶体中掺入少量的的晶体中掺入少量的5 5价杂质价杂质元素元素( (磷、锑磷、锑titi、砷、砷) )，组成共价键时，多余一个电，组成共价键时，多余一个电子，构成自在电子，主要依托电子导电。子，构成自在电子，主要依托电子导电

20、。 ppq1nnq11.1.迁移率与温度的关系迁移率与温度的关系 2/32/3TBNATmqiq 为电子电量为电子电量M 为载流子的有效质量为载流子的有效质量A、B 为常数为常数Ni 为掺杂浓度为掺杂浓度1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器100T20010104N升高2.2.电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系 本征半导体：本征半导体： 电阻率电阻率主要由本征载流子浓主要由本征载流子浓度决议，由于浓度随温度上升急剧度决议，由于浓度随温度上升急剧添加，因此电阻率添加，因此电阻率随温度添加下随温度添加下降。降。 杂质半导体：杂质半导体： 受杂质电离和本征激发影受杂

21、质电离和本征激发影响，电阻率响，电阻率随温度的变化关随温度的变化关系复杂。系复杂。 1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器pnpqnq1二、硅热电阻的构造和工艺二、硅热电阻的构造和工艺 棒状棒状 、分散电阻型两种构造、分散电阻型两种构造 1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器工艺：工艺： 掺杂掺杂 v离子注入离子注入 v分散分散 金属层金属层 v腐蚀基体构成浅槽腐蚀基体构成浅槽 v磁控溅射磁控溅射Ti/Pt/Au(Ag) v超声剥离金属层超声剥离金属层 v压焊压焊1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器1.

22、 1. 电阻一温度特性电阻一温度特性 正向偏置时正向偏置时: 55175，电阻值随温，电阻值随温度的升高而增大，具有较好度的升高而增大，具有较好的线性度。的线性度。 反向偏置时：反向偏置时： 120以上时，电阻值忽然以上时，电阻值忽然下降下降 。三、硅热电阻的特性三、硅热电阻的特性-5005010015020050010001500200025003000反向特性0电阻值（）温度（）1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器2. 2. 电阻温度系数电阻温度系数T T )%(%1002525TRRnTT1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器

23、随着温度升高，随着温度升高，T T 减小。减小。3、硅电阻与电流的关系、硅电阻与电流的关系 v 不同的温度下，当电流超越1mA时，电阻就会增大。v 电流的本身热效应使电阻增大。v 义务电流应小于1mA。 1.1.3 1.1.3 半导体热电阻温度传感器半导体热电阻温度传感器1.2 1.2 热电偶热电偶热电偶：热电偶： 利用两种不同的金属衔接在一同，利用两种不同的金属衔接在一同，当结点处温度变化时，另两端产生电当结点处温度变化时，另两端产生电势变化的原理制成的传感器。势变化的原理制成的传感器。 T0T0EAB(T,T0)T1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理一、热电效应一、热电

24、效应(塞贝克效应塞贝克效应): 用两种不同的金属组成闭合回路，且使其用两种不同的金属组成闭合回路，且使其两接触点处温度不同，回路中就会产生电流。两接触点处温度不同，回路中就会产生电流。塞贝克电势塞贝克电势 EAB(T, T0) EAB(T, T0) uAT0ABT A AT0T0EAB(T,T0)T)()(),(000TETEdTaTTEABABTTABABT热电势率热电势率( (塞贝克系数塞贝克系数)TAB)TAB 感热资料、两接点温度感热资料、两接点温度 热电效应热电效应珀尔贴效应珀尔贴效应汤姆逊效应汤姆逊效应1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理1.1.珀尔帖效应珀尔帖

25、效应A AB BE E珀尔帖电势珀尔帖电势(接触电势接触电势)同温度、两种金属、同温度、两种金属、自在电子密度不同、分散自在电子密度不同、分散）（）（TnTnqTkTEBAABln)(0K0 K0 为波尔兹曼常数为波尔兹曼常数q q 电子电量电子电量nAnA、nB nB 为金属为金属A A、B B在温度在温度T T的自在电子密度的自在电子密度 1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理TTAAdTTTE0),(0 A A称为汤姆逊系数称为汤姆逊系数 表示温差表示温差11时产生的电势差时产生的电势差 2.2.汤姆逊电势汤姆逊电势( (温差电势温差电势) ) 均质导体棒、两端温度不同

26、、均质导体棒、两端温度不同、 高、低温端的自在电子动能不同、分散高、低温端的自在电子动能不同、分散1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理TTABBABAABdTTnTnqTkTnTnqTkTTE0)()()(ln)()(ln),(000000)()(0TETEABABEAB(T)EAB(T)为热端的热电势为热端的热电势, EAB(T0), EAB(T0)为冷端的热电势。为冷端的热电势。 热电偶回路的总热电势热电偶回路的总热电势EABEAB讨论：讨论： 两点温度一样时，汤姆逊电势为零，两点温度一样时，汤姆逊电势为零，EAB(T0, T0)=0EAB(T0, T0)=0； 两金属

27、一样时，接点温度不同，两个汤姆逊电势大小两金属一样时，接点温度不同，两个汤姆逊电势大小相等、方向相反，回路总电势仍为零；相等、方向相反，回路总电势仍为零； 只需两不同资料组成热电偶、且只需两不同资料组成热电偶、且T,T0T,T0不同，才有热电不同，才有热电势出现；温差越大，回路的总电势也越大。势出现；温差越大，回路的总电势也越大。 1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理二、热电偶的根本定律二、热电偶的根本定律 1.1.均质导体定律：均质导体定律： 两均质金属的热电势大小与热电极的直径、两均质金属的热电势大小与热电极的直径、长度及沿电极长度方向上的温度分布无关，只长度及沿电极长

28、度方向上的温度分布无关，只与热电极资料和温度有关。与热电极资料和温度有关。2.2.规范电极定律：规范电极定律： 两种金属的热电势可用它们分别与第三种两种金属的热电势可用它们分别与第三种金属的热电势之差来表示。金属的热电势之差来表示。 1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理),(),(),(0C0A0BTTETTETTEBCA1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理3.3.中间导体定律中间导体定律 在热电偶的参考端接入第三种均质金属在热电偶的参考端接入第三种均质金属, , 被插入金属两被插入金属两端温度一样端温度一样T0T0，只需所插入的导体两端温度与参考点一，

29、只需所插入的导体两端温度与参考点一样，不会影响原来热电势的大小样，不会影响原来热电势的大小, ,即中间导体定律。即中间导体定律。),()()()(),(0000TTEdTTETETTEABTTABBABAABC ABTCT0T0图 1-2-6 具有 第三 种导 体的热 电偶 回 路mVC CC C1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理4.4.中间温度定律中间温度定律 T0T0TnTAABB),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB 热电偶的接点温度为热电偶的接点温度为T T、T0T0时，其热电势等于该热电时，其热电势等于该热电偶在接点温度为偶在接点温度为T T、

30、TnTn和和TnTn、T0T0时相应的热电势的代数和。时相应的热电势的代数和。1.2.1 1.2.1 热电偶的根本原理热电偶的根本原理一、热电极资料特性一、热电极资料特性 1. 1. 热电性质稳定，足够的物理、化学稳定性，不易氧化热电性质稳定，足够的物理、化学稳定性，不易氧化和腐蚀。和腐蚀。 2. 2. 热电势要足够大，易于丈量、单值关系、误差小。热电势要足够大，易于丈量、单值关系、误差小。 3. 3. 电阻温度系数小，电导率高。电阻温度系数小，电导率高。 4. 4. 资料复制性好、机械强度高、工艺简单，价钱廉价。资料复制性好、机械强度高、工艺简单，价钱廉价。 1.2.2 1.2.2 热电偶的

31、种类和构造热电偶的种类和构造1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造热电偶热电偶 规范化热电偶规范化热电偶非规范化热电偶非规范化热电偶二、热电偶的种类二、热电偶的种类 1 1、规范化热电偶、规范化热电偶 铂铑铂热电偶铂铑铂热电偶铂铑铂铑热电偶铂铑铂铑热电偶镍铬镍硅热电偶镍铬镍硅热电偶镍铬镍铝热电偶镍铬镍铝热电偶镍铬考铜热电偶镍铬考铜热电偶铜康铜热电偶铜康铜热电偶v 铂铑铂热电偶 用于较高温度、较精细的丈量、热电势较小。 不能用于金属蒸气和复原性气氛中。v 铂铑铂铑热电偶 可长期丈量160oC高温，性能稳定、精度高，适于在氧化性或中性介质中丈量，室温下热电势较小，不需求参考端

32、补偿和修正。v 铜康铜热电偶v 镍铬镍硅热电偶v 镍铬镍铝热电偶v 镍铬考铜热电偶热电势较大，测温范围小。热电势较大，测温范围小。1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造2 2、非规范化热电偶、非规范化热电偶 铁康铜热电偶铁康铜热电偶 测温上限测温上限6000C6000C，易生锈，线性好，灵敏，易生锈，线性好，灵敏度高。度高。钨钼热电偶钨钼热电偶 测温上限测温上限21000C21000C，易氧化，加石墨维护，易氧化，加石墨维护管。管。钨铼系热电偶钨铼系热电偶 测温上限测温上限21000C21000C。1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造v 金属非规范

33、化热电偶 热解石墨热电偶热解石墨热电偶二硅化钨二硅化钼热电偶二硅化钨二硅化钼热电偶 1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造v 非金属非规范化热电偶 复制性差，没有一致的分度表，运用遭到很大限制。复制性差，没有一致的分度表，运用遭到很大限制。三、热电偶的构造三、热电偶的构造 珠形绝缘子热电偶珠形绝缘子热电偶 双孔绝缘热电偶双孔绝缘热电偶 石棉绝缘管热电偶石棉绝缘管热电偶 有两个热电极，两个电极的一个端点严密焊接在一有两个热电极，两个电极的一个端点严密焊接在一同。热电极间通常用耐高温绝缘资料绝缘。同。热电极间通常用耐高温绝缘资料绝缘。 1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构

34、造热电偶的种类和构造四、热电偶的冷端温度补偿四、热电偶的冷端温度补偿 1.1.恒温法恒温法 将热电偶的冷端置于恒将热电偶的冷端置于恒温器中，假设恒温器温度调温器中，假设恒温器温度调到到00，电压表读数对应的，电压表读数对应的温度为实际温度，即冷端温温度为实际温度，即冷端温度误差得四处置。度误差得四处置。1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造为什么要进展冷端温度补偿？为什么要进展冷端温度补偿？ 冷端恒温表示图冷端恒温表示图 A AB BT T恒恒温温器器T T0 0假设恒温器温度为假设恒温器温度为T0T0，那么冷端误差为：，那么冷端误差为： )0 ,()0 ,(),(00T

35、ETETTEeABABAB T0 T0恒定时，冷端误差为常数，只需在恒定时，冷端误差为常数，只需在回路中参与相应的修正电压，或调整指示回路中参与相应的修正电压，或调整指示安装的起始值就能实现完全补偿。安装的起始值就能实现完全补偿。1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造 在热电偶和丈量仪表在热电偶和丈量仪表之间接入一个电桥补偿器。之间接入一个电桥补偿器。当热电偶冷端温度当热电偶冷端温度T T升高升高时，回路中总电势降低，时，回路中总电势降低，同时补偿器中同时补偿器中RTRT变化，使变化，使abab间产生一个电位差，设间产生一个电位差，设计使该电位差正好补偿热计使该电位差正好

36、补偿热电偶降低的量，实现自动电偶降低的量，实现自动补偿。补偿。 2.2.冷端自动补偿法冷端自动补偿法冷端自动补偿原理图冷端自动补偿原理图 R1R2R3RTabTm mV V1.2.2 1.2.2 热电偶的种类和构造热电偶的种类和构造1.3 1.3 半导体半导体PNPN结型温度传感器结型温度传感器 1.3.1 PN1.3.1 PN结型温度传感器结型温度传感器 一、二极管温度传感器一、二极管温度传感器 是利用是利用PNPN结正向电压与温度关系的特性制造的。结正向电压与温度关系的特性制造的。 由由PNPN结实践可知，结实践可知，0lnIIqkTVff)/exp(B00KTqVTIgfgfITqkTV

37、VlnlnBln0I0I0为反向饱和电流，为反向饱和电流，B B、与资料和工艺有关常与资料和工艺有关常数，数，qVg0 qVg0 为禁带宽度。为禁带宽度。 当当If If 不变时，不变时，PNPN结结Vf Vf 随随T T的上升而下降，的上升而下降，近似线性关系。近似线性关系。1.3 1.3 半导体半导体PNPN结型温度传感器结型温度传感器 二、晶体管温度传感器二、晶体管温度传感器 在晶体管集电极电流恒定下，发射结的正向电在晶体管集电极电流恒定下，发射结的正向电压随温度上升而下降。压随温度上升而下降。 晶体管比二极管有更好的线性和互换性。晶体管比二极管有更好的线性和互换性。1. 1. 根本原理

38、根本原理 Vg0=Eg0/q Vg0=Eg0/q，A A为发射结面积、为发射结面积、n n与资料和工艺有关的常与资料和工艺有关的常数，当数，当IcIc一定且一定且T T不太高时，不太高时，VbeVbe根本与根本与T T线性关系；当温度线性关系；当温度较高时，产生一定的非线性偏移。较高时，产生一定的非线性偏移。2. 2. 晶体管温度传感器的构造晶体管温度传感器的构造 由晶体管原理知由晶体管原理知 检测温度时温敏三极管必需附加外围电路。检测温度时温敏三极管必需附加外围电路。 外围电路包括参考电压源运放线性电路等部分。外围电路包括参考电压源运放线性电路等部分。 )/ln(n0cgbeIATqkTVV

39、1.3 1.3 半导体半导体PNPN结型温度传感器结型温度传感器 3、晶体管温度传感器根本电路、晶体管温度传感器根本电路 由运放和温敏三极管组成，由运放和温敏三极管组成，C C防止寄生振荡。防止寄生振荡。T T为反响元件跨接在运放为反响元件跨接在运放的反相输入端和输出端，基极接地。的反相输入端和输出端，基极接地。 T T的集电极的集电极IcIc仅取决于仅取决于RcRc和电压和电压E, Ic=E/RcE, Ic=E/Rc，与温度无关，保证了恒，与温度无关，保证了恒流源义务条件。电压流源义务条件。电压VbeVbe随随T T近似线性下降。近似线性下降。 1.3 1.3 半导体半导体PNPN结型温度传

40、感器结型温度传感器 1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器v物体的热辐射作用随物体温度变化物体的热辐射作用随物体温度变化v非接触丈量非接触丈量v热惯性小热惯性小1.4.1 1.4.1 热辐射温度传感器热辐射温度传感器一、全辐射高温计一、全辐射高温计v实践根底： 斯蒂芬玻尔兹曼定律：全部辐射能Eb=0T4。v方法： 用绝对黑体接纳被测对象发出的一切波长的全部辐射能量Eb ，黑体温升反映被测温度 。 v构成：绝对黑体： 一定面积、外表粗糙并涂黑的铂片。热电偶测温： 铂片接纳热量、温度升高，铂片温度由热电偶堆测出，由毫伏表或电位差计读数。红外线吸收体红外线吸收体热电偶热电偶S Si i3 3N

41、 N4 4S Si iO O2 2S Si i3 3N NSiSi辐射温度计的构造图辐射温度计的构造图 1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器v 义务原理： 被加热时，物体的颜色随温度T改动，温度愈高，物体愈亮。 理想黑体的光谱辐射亮度用普朗克公式表示： 1/511),(2TCeCTmC1C1、C2C2为普朗克常数，为普朗克常数，为波长，为波长，T T为绝对温度。为绝对温度。 二、光学高温计二、光学高温计 1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器v 精细仪表，常用于1064.43oC以上温度的丈量。 当波长一定时，物体的亮度只与温度当波长一定时，物体的亮度只与温度T T有关，有关，即

42、单波长丈量原理。即单波长丈量原理。 v 方法：方法：v 利用经过温度刻度的钨丝灯发出的利用经过温度刻度的钨丝灯发出的单色亮度和被测物体的单色辐射亮度一样单色亮度和被测物体的单色辐射亮度一样时，由钨丝灯的温度时，由钨丝灯的温度T T确定被测物体的温度。确定被测物体的温度。 1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器v 义务原理：v 光电器件把物体的辐射能转换成与之成一定比例的电信号。光电器件的光电流与被测物体的亮度成正比，用光电流的大小来判别被测物体温度。三三 光电高温计光电高温计 v 是自动的光学高温计。v 原理：利用物体在波长1和2两种单色辐射强度比值随温度T变化来丈量。v 误差小。v 常

43、用于炼钢、轧钢过程中温度的准确丈量。 四、比色温度计四、比色温度计( (双色温度计双色温度计) )光电器件光电器件光敏电阻：光敏电阻：100700oC光电池：光电池： 700o以上以上1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器1.4.2 1.4.2 热敏电容热敏电容 义务原理义务原理: : (BaSr)TiO3 ( (BaSr)TiO3 (钛酸锶钡钛酸锶钡) )系列陶瓷电容器系列陶瓷电容器的静电容的静电容( (介电常数介电常数) )随温度随温度T T变化。变化。高介电常数的陶瓷资料：高介电常数的陶瓷资料： 钛酸锶钛酸锶 SrTiO3,k=200) SrTiO3,k=200) 钛酸锶钡钛酸锶钡

44、 (BaSr)TiO3,k=200 (BaSr)TiO3,k=200 锆钛酸铅锆钛酸铅 Pb(Zr,Ti)O3,k=1000 Pb(Zr,Ti)O3,k=1000，( (锆锆gao) gao) 1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器dsc 如如TI公司公司(德仪德仪)开发的采用开发的采用BSTBaSrTiO3 热电资热电资料的产品和料的产品和Honeywell公司运用二氧化钒公司运用二氧化钒VO2资料的热辐资料的热辐射计型产品都已到达适用化程度。射计型产品都已到达适用化程度。0 040406060808014141616181820202222C C( ( F F) )T( K)T( K)2020BaSrBaSrTiO3TiO3陶瓷电容传感器的静电容陶瓷电容传感器的静电容- -温度特性温度特性 12301230以上静电容与温度的关系曲线以上静电容与温度的关系曲线 404080801201202 24 46 68 82 24 46 68 8T( CT( C) )F F( ( m mH Hz z) )C C( ( F F) ) 1/C1/CC C1.4 1.4 其它温度传感器其它温度传感器v 某晶向的石英振子的共振频率随温度T直线变化。v 直接输出准数字信息。1.4.3 1.4.3 石英温度