Ch 温传感器的资料

Ch温传感器的资料第1页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器主要内容：

2.1

热敏电阻

2.2

热电偶

2.3集成温度传感器第2页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器我国目前实行的是1990年国际温标(ITS—90）定义国际开尔文温度（T90）国际摄氏温度（t90）；

T90：单位（K）开尔文

t90：单位（C）摄氏两者关系为：

t90/℃=T90/K–273.15或

t/℃

=T/K–273.15

华氏温度F=9t/5+32

温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度第3页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些家用电器中都少不了温度传感器。概述第4页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器概述

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、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。第5页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

温度传感器的种类很多，如果按价格和性能可分为：热膨胀温度传感器，有液体、气体的玻璃式温度计、体温计，结构简单，应用广泛；家电、汽车上使用的传感器，价格便宜、用量大、成本低、性能差别不大；工业上使用的温度传感器，性能价格差别比较大，因为传感器的精度直接关系到产品质量和控制过程，通常价格比较昂贵。概述第6页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器概述各种热电偶第7页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器概述各种热电阻第8页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器温度测量的分类概述接触式测温—利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测物体，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度。

特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。利用热辐射原理，敏感元件不必与被测物体接触。

特点：不会破坏被测体表面温度场，且响应速度较快，但测温误差较大。非接触式测温—第9页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器测温传感器的分类概述膨胀式温度计非接触式测温传感器全辐射高温计光学高温计比色高温计液体温度计固体温度计压力温度计热电阻温度计热电偶温度计接触式测温传感器第10页/共121页物理现象

体积热膨胀

电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1．

热铁氧体2．

Fe-Ni-Cu合金第11页/共121页热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分类特征传感器名称超高温用传感器1500℃以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器1000～1500℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器500～1000℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0～500℃低温用传感器-250～0℃极低温用传感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容

测温范围温度传感器分类(1)第12页/共121页分类特征传感器名称测温范围宽、输出小测温电阻器、晶体管、热电偶半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计线性型测温范围窄、输出大热敏电阻指数型函数开关型特性特定温度、输出大感温铁氧体、双金属温度计

测温特性温度传感器分类(2)第13页/共121页分类特征传感器名称测定精度±0.1～±0.5℃铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计温度标准用测定精度±0.5～±5℃热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值±1～±5℃

测定精度温度传感器分类(3)第14页/共121页

此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。第15页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

膨胀式温度计 使用方便，精度高

概述第16页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

液体膨胀式

电接点式升到特定温度，铂丝与水银柱接通可做控制概述第17页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

固体膨胀式以双金属元件作为温度敏感元件,线膨胀系数不同的金属使用方便适应性强精度不太高概述第18页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

气体膨胀式

概述第19页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

主要讨论的温度传感器按工作原理主要有以下几类：

热电偶，利用金属温差电动势，有耐高温、精度高的特点；热电阻，利用导体随温度变化，测温不高；热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测温，体积小、灵敏度高、稳定性差；集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价廉，测量150℃以下温度。概述第20页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器

金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。热敏电阻传感器主要有两大类：金属热电阻半导体热敏电阻广泛用于测量-200～+850℃，少数可测1000℃。2.1热电阻贴片式薄膜式

大功率

第21页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器金属热电阻一般用于-200～+500℃温度测量；材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。2.1热电阻

2.1.1金属热电阻第22页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.1金属热电阻带保护管的铂测温电阻元件第23页/共121页热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝绕在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。对骨架的要求是：①电绝缘性能好；⑧在高、低温下有足够的机械强度，在高温下有足够的刚度；⑨体膨胀系数要小，在温度变化后不结热电阻丝造成压力；④不对电阻丝产生化学作用。第24页/共121页选作感温元件的材料应满足如下要求：材料的电阻温度系数a要大，纯金属的a比合金的高，所以一般均采用纯金属作热电阻元件；在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定；在测温范围内，a（温度系数）保持常数，便于实现温度表的线性刻度特性；具有比较大的电阻率，以利于减少热电阻的体积，减小热惯性.特性复现性好，容易复制。比较适合以上要求的材料有：铂、铜、铁和镍。第25页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器铂热电阻精度高，稳定性好，性能可靠铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：2.1热电阻

2.1.1金属热电阻-190～O℃

+0～630℃

式中：

为温度

和

时的电阻值。温度时，

的公称值是。第26页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.1金属热电阻第27页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器铜热电阻电阻值与温度是线性的，价格便宜在－50℃-150℃，Rt=R0（1+αt）α为铜热电阻的电阻温度系数，取α=4.28×10-3/℃2.1热电阻

2.1.1金属热电阻第28页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.1金属热电阻测量电路:三线连接第29页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.1金属热电阻测量电路:四线连接第30页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器几乎都使用热敏电阻。热敏电阻：金属氧化物半导体材料、陶瓷工艺主要材料有：Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物，2.1热电阻

2.1.2热敏电阻第31页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器热敏电阻—温度特性

PTC——正温度系数型(BaTiO3,稀土)；NTC——负温度系数型（oxide）；CTR——临界温度系数型（V2O3）；

2.1热电阻2.1.2热敏电阻第32页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.2热敏电阻特征参数标称电阻值：25oC、零功率电阻温度系数：单位温度变化引起电阻阻值变化的相对值(表征灵敏度)时间常数：表征电阻热惯性额定功率第33页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器PTC热敏电阻的特性曲线：I：突变型（开关型）,开关温度Tb以上，近似II：缓变型（线性好）2.1热电阻

2.1.2热敏电阻第34页/共121页静态伏安特性

AB：低温，阻值基本不变

BC：阻值随温度升高而增加

CD：电流平缓第35页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器NTC负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：温度系数不是常数2.1热电阻

2.1.2热敏电阻负温度系数型热敏电阻特性曲线

第36页/共121页NTC的温度特性第37页/共121页CTR的温度特性第38页/共121页半导体硅热电阻2.1.3硅热电阻 半导体材料的电阻率对温度非常敏感,对半导体器件影响很大，但是可以用来制成传感器第39页/共121页硅热电阻工作原理电阻率与载流子浓度和迁移率有关载流子浓度和迁移率都与温度相关1、迁移率与温度的关系声学波（晶格振动）散射电离杂质散射第40页/共121页2、电阻率与温度的关系一定掺杂浓度AB段：温度很低时，载流子（杂质电离）浓度随温度升高而增加，迁移率也随温度升高而增大（电离杂质散射）BC段：杂质全部电离，载流子浓度变化不大，迁移率随温度升高而降低（晶格振动散射）CD段：本征激发增加， 载流子浓度增加第41页/共121页硅热电阻的结构和制作工艺上、下电极：银电极－欧姆接触区N型硅片：第42页/共121页硅热电阻的特性1、电阻－温度特性正向偏置，温度升高，阻值增加，线性较好反向偏置，温度太高，本征激发第43页/共121页2、电阻温度系数第44页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.1热电阻

2.1.3热电阻的应用图是一恒温电路，A为比较器，当环境温度达到T℃时，输出信号实现自动调温控制。

同相端输入有RP1、R2、R3分压确定作比较电平，RP可调节比较器的比较电平，从而调节所需控制温度。热敏电阻的恒温控制电路第45页/共121页温度检测及指示第46页/共121页温度补偿电路第47页/共121页过热保护第48页/共121页自动延时电路第49页/共121页控温电路第50页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0）有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。这种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。第51页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应

固定温度的接点称基准点（冷端）T0

，恒定在某一标准温度；待测温度的接点称测温点（热端）T，置于被测温度场中。这种将温度转换成热电动势的传感器称为热电偶，金属称热电极。第52页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应1）两种导体的接触电势(珀尔帖Peltier效应)不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一起时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度小的金属扩散。浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电势。第53页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应

温度T时热端接触电势：冷端接触电势：

、

、式中：

A、B代表不同材料；T，T0

为两端温度；

＿波尔兹曼常数；

＿电子电荷量；

是A、B材料的电子浓度；第54页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应在闭合回路中，总的接触电势为：第55页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应2）单一导体的温差电势（汤姆逊Thomson电势）对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。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。由于高温端失去电子带正电，低温端得到电子带负电。＋－Ｔ＞Ｔ０第56页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应A、B两导体构成闭合回路总的温差电势为：单一导体的温差电势为：σ称为汤姆逊系数第57页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，热电偶总的热电势为：第58页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，热电偶总的热电势为：EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)第59页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应结论：热电偶两电极材料相同，NA=NB

A=B

，无论两端点温度如何，总热电势为零；2.如果热电偶两接点温度相同，T=T0时，A、B材料不同，回路总电势为零；因此，热电偶必须用不同材料做电极；在T、T0两端必须有温差梯度，这是热电偶产生热电势的必要条件。第60页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应通常温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的总热电势可表示为：EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)对热电偶来说，当参考端温度T0恒定，总热电势就与温度T成单值函数关系EAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T)第61页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应3)均质导体定律由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即如材料不均匀，当导体上存在温度梯度时，将会有附加电动势产生。这条定理说明，热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。第62页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应4)三种导体的热电回路（中间导体定律）如果将热电偶T0端断开，接入第三导体C，回路中电势EAB（T，T0）应写为：ＡＢＣＴＴ０Ｔ０第63页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应设

时，

将

代入上式有：

第64页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应结论：当引入第三导体C时，只要C导体两端温度相同，回路总电势不变，根据这一定律，将导体C作为测量仪器接入回路，就可以由总电势求出工作端温度，条件是：保证两端温度一致。第65页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应结论：第66页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应

5）参考电极定律（中间温度定律）当结点温度为T、T0时的热电势EAB（T，T0）等于结点温度T、TC和TC、T0

时，热电势与

的代数和为：

实际测量时，利用这一性质，对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。第67页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.1热电效应

6）标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则这两种导体组成热电偶的热电势就已知。

常以铂、铜为标准电极。第68页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.2热电偶的结构和种类第69页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.2热电偶的结构和种类结构：普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲；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。a)普通热电偶b)薄膜热电偶c)铠装热电偶第70页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.2热电偶的结构和种类热电偶种类：贵金属热电偶铂铑——铂铑（600～1700）℃铂铑——铂（0～1600）℃普通金属热电偶镍铬——镍硅（-200～1200）℃镍铬——镍铜（-40～750）℃铁——康铜（0～400）℃热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代的。第71页/共121页热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产。热电偶的常用材料与结构第72页/共121页

1．铂—铂铑热电偶(S型)分度号LB—3工业用热电偶丝：Φ0.5mm，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：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。测量温度较高，一般用来测量1000℃以上高温。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。材料属贵金属，成本较高。热电势较弱。（一）热电偶常用材料第73页/共121页

2．镍铬—镍硅(镍铝)热电偶(K型)分度号EU—2工业用热电偶丝：Φ1.2~2.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.4～89.7％镍、9～10％铬，0.6％硅，0.3％锰，0.4～0.7％钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.7～97％镍,2～3％硅,0.4～0.7％钴冶炼而成)。测量温度：长期1000℃，短期1300℃。特点：价格比较便宜，在工业上广泛应用。高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，

H2S等气体中易被侵蚀。复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。第74页/共121页3．镍铬—考铜热电偶(E型)

分度号为EA—2工业用热电偶丝:Ф1.2～2mm，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800℃。特点：价格比较便宜，工业上广泛应用。在常用热电偶中它产生的热电势最大。气体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。第75页/共121页4．铂铑30—铂铑6热电偶(B型)

分度号为LL—2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：材料性能稳定，测量精度高。还原性气体中易被侵蚀。低温热电势极小，冷端温度在50℃以下可不加补偿。成本高。第76页/共121页几种持殊用途的热电偶（1）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）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300～2000℃分度精度为1％。（3）金铁—镍铬热电偶

主要用在低温测量，可在2～273K范围内使用，灵敏度约为10μV／℃。（4）钯—铂铱15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。第77页/共121页（6）铜—康铜热电偶，分度号MK

热电偶的热电势略高于镍铬-镍硅热电偶，约为43μV/℃。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20K～473K的低温实验室测量中。（5）铁—康铜热电偶，分度号TK

灵敏度高，约为53μV/℃，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。第78页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此外热电偶的分度表是以冷端温度0℃作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往不为0℃，所以必须对冷端温度进行处理，消除冷端温度的影响。第79页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿补偿导线 在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。热电偶一般做得较短，一般为350～2000mm，需要用导线将热电偶的冷端延伸出来。工程中采用一种补偿导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成，而且在0～100℃温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。第80页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿冷端恒温法 在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0℃恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0℃，这种方法又称冰浴法。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。第81页/共121页mVABA’B’TCC’仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0第82页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿冷端温度自动补偿（补偿电桥） 补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压Uab作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为0℃或变化而引起热电势的变化值。它由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻r1、r2、r3及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻rcu和稳压电源组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当冷端温度变化引起的热电势eAB(t,t0)变化时，由于rcu的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和桥路电流，就可以使电桥产生的不平衡电压Uab补偿由于冷端温度t0变化引起的热电势变化量，从而达到自动补偿的目的。第83页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿冷端温度自动补偿（补偿电桥）冷端温度变化引起的电势变化ΔErcu电阻值随温度变化，使电桥失去平衡，ΔEabΔE=ΔEab第84页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿冷端温度修正法 通过查热电偶分度表可知热电偶产生的热电势；例如K型：0℃时0mV，600℃时E=24.902mv；分度表以t=0℃作基准，而实际应用中t≠0℃；若参考端温度不为0℃，工作端温度为t时，由分度表可查出EA（t,0），与实际热电势EAB（t,t0）之间的关系可通过参考电极定律得出：第85页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶冷端补偿冷端温度修正法 例如，用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV,求加热炉温度。 解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203mV。可得eAB（t，0）=eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.5℃。第86页/共121页表15-5K型(镍铬—镍硅)热电偶分度表第87页/共121页补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即

式中：T——为未知的被测温度；T′——为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH——室温；k——为补正系数，其它参数见下表。例用铂铑10－铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35℃，这时热电动势为11.348mV．查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T′=1150℃。再从下表中查出，对应于1150℃的补正系数k=0.53。于是，被测温度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14％。T＝

T′＋

kTH第88页/共121页温度T´/℃补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—热电偶补正系数第89页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.2热电偶

2.2.3热电偶测量电路特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。第90页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器炉温的自动调节

2.2热电偶＿应用在设定温度，P固定使V＝0以CD间电势V变化来调节Q第91页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器炉温的自动记录2.2热电偶＿应用第92页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.1集成温度传感器测温原理

集成温度传感器利用PN结的电流、电压特性与温度的关系测温，一般测量温度范围在150℃以下。集成温度传感器把热敏晶体管和外围电路、放大器、偏置电路及线性电路制作在同一芯片上；利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管对的基极—发射极之间电压VBE的差与温度呈线性关系。第93页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.1集成温度传感器测温原理PN结伏安特性可表示为U－pn结正向压降,I－pn结正向电流Is－pn结反向饱和电流A为发射结面积，η与材料和工艺有关，qUgo为禁带宽度，K——波尔兹曼常数；

第94页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器2.3.1集成温度传感器测温原理通常三极管Ic－Ube关系比二极管I－U关系更符合理想情况二极管除扩散电流外，还有空间电荷区的复合电流和表面电流成份，三极管的集电极电流只有扩散电流第95页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.1集成温度传感器测温原理晶体管温度传感器基本电路温度特性发射结正偏，集电结零偏，复合电流流入基极；集电极电流完全由扩散电流组成，取决与Rc和E；电容C1的作用是防止寄生振荡第96页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.1集成温度传感器测温原理

图为是绝对温度比例电路（ProportionalToAbsoluteTemperature，PTAT）

V1、V2是两只互相匹配的温敏晶体管，

I1、I2是集电极电流，由恒流源提供，

ΔVbe是两个晶体管发射极和基极之间电压差。

ΔVbe=Ube1-Ube2集成温度传感器基本电路原理图

第97页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.1集成温度传感器测温原理

晶体管伏安方程式：K——

波尔兹曼常数；

T——

绝对温度;

——V1、V2发射极面积比。

——电子电荷量；

正比于绝对温度T，只要保证恒定，就可以使与T为线性单值函数。

当晶体管增益很大时，Vbe=Ic2*R，Ic2~T，Ic1~T，第98页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器1）电压输出型输出电压正比于绝对温度，V1、V2的发射结压降之差全部落在电阻R1上，流过R1上电流为：

2.3集成温度传感器

2.3.2集成温度传感器信号输出方式电压输出型电路电路输出为：

可见输出电压Uo与绝对温度T成正比关系Uo第99页/共121页电压型集成温度传感器电路结构第100页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.2集成温度传感器信号输出方式2）电流输出型V1、V2是结构对称的晶体管作为恒流源负载，V3、V4是测温用晶体管，V3发射结面积是V4管的8倍（γ=8），流过电路的总电流是：若R=358Ω，电路输出温度系数为：

电流输出型电路第101页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.3AD590集成温度传感器

电流输出型典型集成温度传感器有AD590（美国AD公司生产），国内同类产品SG590。器件电源电压4～30V，测温范围-50～+150℃。温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。

AD590引脚和内部电路原理图第102页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.3AD590集成温度传感器4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲线-55℃+25℃+150℃218298423

－550150273.2μAI/μATC/ºCAD590温度特性曲线第103页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3集成温度传感器

2.3.3AD590集成温度传感器AD590在温度25℃（298.2K）时，理想输出为298.2μA，实际存在误差，可通过电位器调整，(1KΩ)使输出电压满足1mV/K的关系。第104页/共121页传感器原理及应用第2章温度传感器2.3