项目二热电式传感器(第3、4、5、6课时)

1、项目二温度及环境量的检测项目二温度及环境量的检测第第1010章章 热电式传感器热电式传感器概述概述第第1010章章 热电式传感器热电式传感器概述概述 根据所用测温物质的不同和测温范围不同，根据所用测温物质的不同和测温范围不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差温度计、辐气体温度计、电阻温度计、温差温度计、辐射温度计、光测温度计等等射温度计、光测温度计等等。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器n温度是表征物体冷暖程度的物理量，体现了物体温度是表征物体冷暖程度的物理量，体现了物体内部分子运动状态的特征。内部分子运动状态的特

2、征。n温度是不能直接测量的。只能通过物体随温度变温度是不能直接测量的。只能通过物体随温度变化的某些特征化的某些特征(如体积、长度、电阻等如体积、长度、电阻等)来间接测来间接测量。量。n热电式传感器将温度变化转换为电量热电式传感器将温度变化转换为电量(电阻、电电阻、电势等势等)，应用广泛。，应用广泛。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器n按测温方法不同，热电式传感器分为按测温方法不同，热电式传感器分为接触式和非接触式和非接触式接触式两种。两种。n接触式测温是基于接触式测温是基于热平衡原理热平衡原理，如水银温度计、，如水银温度计、热敏电阻和热电偶等。热敏电阻和热电偶等。n非接触式测温是基于非

3、接触式测温是基于热辐射原理热辐射原理，如辐射温度计、，如辐射温度计、红外测温仪等。红外测温仪等。概述概述第第1010章章 热电式传感器热电式传感器概述概述第第1010章章 热电式传感器热电式传感器第第1010章章 热电式传感器热电式传感器第第1010章章 热电式传感器热电式传感器温标温标 温度标尺 建立温标必须具备三个条件：建立温标必须具备三个条件：(1)固定的温度点（基准点）固定的温度点（基准点） (2)测温仪器（确定测温质和测温量测温仪器（确定测温质和测温量 ） (3)温标方程（内插公式）温标方程（内插公式）(1) 经验温标经验温标(2) 热力学温标热力学温标 (3) 国际温标国际温标(4

4、) 1990年国际温标年国际温标温度标尺温度标尺第第1010章章 热电式传感器热电式传感器(1)经验温标由由特定的测温质特定的测温质和和测温量测温量所确定的温标所确定的温标n华氏温标华氏温标1714年德国人华伦海特年德国人华伦海特(Fahrenheit)在沸点和冰点之间等分为在沸点和冰点之间等分为180份，每份为华氏份，每份为华氏1度度(10F) 。n摄氏温标摄氏温标1742年瑞典人摄尔塞斯年瑞典人摄尔塞斯(Celsius)规定水的冰点沸点之间等分为规定水的冰点沸点之间等分为100份，每份为份，每份为1度度(10C) 。经验温标特点：经验温标特点：是借助于一些物质的物理量与温度之间的关是借助于

5、一些物质的物理量与温度之间的关系，用实验方法得到的经验公式来确定温度值的标尺，因此系，用实验方法得到的经验公式来确定温度值的标尺，因此有有局限性局限性和和任意性任意性。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器(2)热力学温标n1948年物理学家年物理学家开尔文开尔文(Kelvin)首先提出将温度数值与首先提出将温度数值与理想热机的效率相联系，根据热力学第二定律来定义理想热机的效率相联系，根据热力学第二定律来定义温度数值，建立一个与测温质无关的温标温度数值，建立一个与测温质无关的温标热力热力学温标。学温标。 确定的温度数值：热力学温度，绝对温度，用符号确定的温度数值：热力学温度，绝对温度，用符

6、号T表示，单位：开尔文，用表示，单位：开尔文，用K表示。表示。n热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点是且冰点是273.15K，沸点是，沸点是373.15K。请注意水的冰点请注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相差和三相点是不一样的，两者相差0.01K。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器(3)国际温标 1927年国际温标(ITS-27) 19271927年第七届国际计量大会决定采用热力学温标做年第七届国际计量大会决定采用热力学温标做国际温标。称为国际温标。称为19271927年国际温标年国际温标(ITS-27)(ITS-2

7、7)具有具有3 3个基本特点个基本特点： 尽可能接近热力学温标尽可能接近热力学温标; ; 复显精度高并能确保量值的统一；复显精度高并能确保量值的统一； 用以复现的标准温度计使用方便，性能稳定。用以复现的标准温度计使用方便，性能稳定。国际温标经过几次修改：国际温标经过几次修改：19481948年国际温标年国际温标(ITS(ITS48)48)，19681968年国际实用温标年国际实用温标(IPTS(IPTS68)68)，19901990年国际温标年国际温标(ITS(ITS90)90)第第1010章章 热电式传感器热电式传感器(4)1990年国际温标(ITS90)n根据第根据第18届国际计量大会的决

8、议，届国际计量大会的决议，自自1990年年1月月1日起开始在全世界实行日起开始在全世界实行我国：自我国：自1994年年1月月1日开始全面实施日开始全面实施90国际温标主要有三方面内容国际温标主要有三方面内容：温度单位温度单位 定义固定温度点定义固定温度点 复现固定温度点的方法复现固定温度点的方法 第第1010章章 热电式传感器热电式传感器温度单位符号：符号：T，单位为开尔文，单位为开尔文(K)，K的定义为水的的定义为水的三相点温度的三相点温度的1/273.16。用与冰点用与冰点273.15K的差值表示的热力学温度称的差值表示的热力学温度称为为摄氏温度摄氏温度，符号为，符号为t，单位为度，单位为

9、度(0C)，即，即t=T-273.15，并有，并有10C=1K。摄氏度摄氏度(0C)是由国际温标重新定义的，是以热是由国际温标重新定义的，是以热力学温标为基础的。力学温标为基础的。n 90国际温标定义国际开尔文温度国际温标定义国际开尔文温度T90和国际摄和国际摄氏度氏度t90，其间关系如同，其间关系如同T和和t一样，即一样，即 t90=T90-273.15第第1010章章 热电式传感器热电式传感器定义固定温度点n90国际温标的定义固定温度点是利用一系列纯国际温标的定义固定温度点是利用一系列纯物质各相间可复现的平衡状态或蒸汽压所建立物质各相间可复现的平衡状态或蒸汽压所建立起来的特征温度点。起来的

10、特征温度点。n这些特征温度点的温度指定值是由国际上公认这些特征温度点的温度指定值是由国际上公认的最佳测量手段测定的。的最佳测量手段测定的。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器复现固定温度点的方法n90国际温标把温度分为国际温标把温度分为4个温区，各个温区的范围、个温区，各个温区的范围、使用的标准测温仪器分别为：使用的标准测温仪器分别为：n0.655.0K间为间为3He或或4He蒸汽压温度计；蒸汽压温度计；n3.024.5561K间为间为3He或或4He定容气体温度计；定容气体温度计；n13.8033K961.780C间为铂电阻温度计；间为铂电阻温度计；n961.780C以上为光学或光电高

11、温计。以上为光学或光电高温计。n在水的冰点以上的温度使用摄氏度单位在水的冰点以上的温度使用摄氏度单位(0C)，在冰点，在冰点以下的温度使用热力学温度单位以下的温度使用热力学温度单位(K)。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器第第1010章章 热电式传感器热电式传感器单元一单元一 金属热电阻金属热电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器贴片式贴片式薄膜式薄膜式 大功率大功率 第第1010章章 热电式传感器热电式传感器1.1.测温原理测温原理n原理原理: :导体的导体的随温度随温度T T变化。变化。n特点特点: :灵敏度低灵敏度低, ,精度高精度高, ,宜用于常温和低温测宜用于常温和低

12、温测量。量。n对导体材料的要求对导体材料的要求: :物理化学性能稳定、热容物理化学性能稳定、热容量小、温度系数大、输出线性好、便宜。量小、温度系数大、输出线性好、便宜。任务一任务一 金属热电阻测温原理及常用金金属热电阻测温原理及常用金属热电阻属热电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器 作为热电阻的材料要求：作为热电阻的材料要求：电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化

13、学性能；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器2. 2. 常用金属热电阻常用金属热电阻铂电阻和铜电阻铂电阻和铜电阻(1)(1)铂电阻铂电阻在氧化性介质中在氧化性介质中, ,高温下的物化性高温下的物化性质稳定；质稳定；(2)(2)铜电阻铜电阻电阻值与温度近似为线性关系电阻值与温度近似为线性关系, , 电阻温度系数大电阻温度系数大, ,易加工易加工, ,价格便宜价

14、格便宜, ,但电但电 阻率小阻率小, ,温度超过温度超过100100时易被氧化时易被氧化, ,测温范测温范围一般在围一般在-50-50100100。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器热电阻的结构热电阻的结构第第1010章章 热电式传感器热电式传感器第第1010章章 热电式传感器热电式传感器薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻 薄膜铂电阻是使用最新的薄膜薄膜铂电阻是使用最新的薄膜技术而制造的温度传感器。与技术而制造的温度传感器。与其他类型的热电阻比较，此产其他类型的热电阻比较，此产品具有适于大批量生产，一致品具有适于大批量生产，一致性好，成本低及尺寸小等特点。性好，成本低及尺寸小

15、等特点。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器小型铂热电阻小型铂热电阻 第第1010章章 热电式传感器热电式传感器防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。 第第1010章章 热电式传感器热电式传感器汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器学习查学习查“铂热电阻分度表铂热电阻分度表”

16、铂热电阻分度表 应为130.90第第1010章章 热电式传感器热电式传感器1.1.热敏电阻及其特性热敏电阻及其特性n (1)热敏电阻由半导体材料制成热敏电阻由半导体材料制成n(2)(2)温度系数绝对值温度系数绝对值( (灵敏度灵敏度) )比一般金属电阻比一般金属电阻大大1010100100倍倍n(3)(3)热惯性小热惯性小, ,不需要冷端补偿不需要冷端补偿n(4)(4)功耗小功耗小, ,易实现远距离测量与控制易实现远距离测量与控制单元二单元二 半导体热敏电阻半导体热敏电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器第第1010章章 热电式传感器热电式传

17、感器n (5)(5)阻值与温度变化呈非线性关系阻值与温度变化呈非线性关系n(6)(6)分为负温度系数热敏电阻分为负温度系数热敏电阻(NTC)(NTC)、正温度系、正温度系数热敏电阻数热敏电阻(PTC)(PTC)和临界温度系数和临界温度系数(CTR)(CTR)三类三类第第1010章章 热电式传感器热电式传感器片式负温度系片式负温度系数热敏电阻数热敏电阻BN系列珠状系列珠状NTC热敏电阻器热敏电阻器GN系列玻壳系列玻壳型型NTC热敏电热敏电阻器阻器PN系列功率系列功率型型NTC热敏热敏电阻器电阻器SN系列温度传感器系列温度传感器第第1010章章 热电式传感器热电式传感器2.2.分类分类PTCPTC

18、正温度系数正温度系数, ,当当温度超过某一数值时温度超过某一数值时, ,电电阻朝正的方向快速变化。阻朝正的方向快速变化。主要用于过热保护主要用于过热保护；彩电彩电消磁；发热源的恒温控消磁；发热源的恒温控制或温度开关，限流元制或温度开关，限流元件。件。CTRCTR负温度系数负温度系数, ,在某个温度值上电阻值在某个温度值上电阻值急剧变化急剧变化, ,具有开关特性。具有开关特性。主要用作主要用作温度开关温度开关；第第1010章章 热电式传感器热电式传感器nPTCPTC、CTRCTR虽不能作为大温度范围的温度传感器使虽不能作为大温度范围的温度传感器使用用, ,但但用于检测是否超过特定温度用于检测是否

19、超过特定温度( (电阻急变的温电阻急变的温度度) )是方便的。是方便的。n例如例如,PTC,PTC上流过电流就发热上流过电流就发热, ,若超过急变温度若超过急变温度, ,电电阻就变大阻就变大, ,电流变小而不发热电流变小而不发热, ,所以装在恒温器上所以装在恒温器上能保持一定的内部温度能保持一定的内部温度; ;装在干燥器上使其起到装在干燥器上使其起到温度开关的作用。温度开关的作用。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器NTCNTC很高的负温度很高的负温度系数系数, ,广泛用途：广泛用途：点温、点温、表面温度、温差、温场等表面温度、温差、温场等测量；自动控制及电子线测量；自动控制及电子线路的

20、热补偿线路。路的热补偿线路。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器 3. 3.热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数(1) (1) 标称电阻值标称电阻值R R2525()()热敏电阻在热敏电阻在2525时时的电阻值的电阻值, ,大小由热敏电阻的材料和几何尺寸决大小由热敏电阻的材料和几何尺寸决定。定。(2) (2) 电阻温度系数电阻温度系数热敏电阻的温度变化热敏电阻的温度变化11时时, ,其阻值变化率与阻值之比。其阻值变化率与阻值之比。单元二单元二 半导体热敏电阻半导体热敏电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器 (3) (3) 材料常数材料常数B BB B值越大值越大, ,则阻值越大则

21、阻值越大, ,灵敏度也就越高。灵敏度也就越高。 (4) (4) 时间常数时间常数表明热敏电阻加热和冷却的表明热敏电阻加热和冷却的速度。速度。第第1010章章 热电式传感器热电式传感器产品外观产品外观4.4.半导体热敏电阻半导体热敏电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型 NTC热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装 NTC热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻第第1010章章 热电式传感器热电式传感器其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻