传感器第一章

传感器第一章第1页，课件共99页，创作于2023年2月

定义：温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置。用于检测温度和热量，也叫做热电式传感器。温度是与生活、科研、生产密切相关的物理量。如冰箱、空调、实验和生产环境等…

是应用最广泛的一种传感器。简介第一章温度传感器

第2页，课件共99页，创作于2023年2月将温度T变化转换为电阻变化的元件，主要有金属热电阻、半导体陶瓷热敏电阻(NTC、PTC、CTR)、半导体热电阻和高分子热敏电阻；

将温度变化-------电势的传感器，主要有热电偶和PN结式传感器；将温度变化-------电流的传感器，集成温度传感器。将热辐射-------电学量的器件，有热释电探测器、红外探测器；新型的有光纤温度传感器、液晶温度传感器、智能温度传感器等等简介分类classification

第3页，课件共99页，创作于2023年2月1.1电阻型温度传感器1.2热电偶(thermocouple)1.3半导体PN结型温度传感器

(SemiconductorPNJunction)1.4其它温度传感器第一章温度传感器

第4页，课件共99页，创作于2023年2月§1.1电阻型温度传感器

1.1.1热电阻(ThermalResistance)

1.1.2热敏电阻（highsensitiveT.R.）1.1.3半导体热电阻温度传感器（SemiconductorT.R.）1.1.4电阻式温度传感器的应用

（ApplicationoftheT.R.sensors）

第5页，课件共99页，创作于2023年2月Rt表示任意绝对温度时金属的电阻值;R0表示基准状态t0时的电阻值;

a是热电阻的温度系数（1/℃）,在一定的温度范围内，可近似地看成一个常数

用感温材料把温度转化为电阻变化，主要有金属热电阻、半导体热电阻和半导体陶瓷电阻，将变化小的称热电阻，将变化大的称热敏电阻。一、金属热电阻的特性characteristic

大多数金属导体的电阻随温度变化的特性,其方程:1.1.1热电阻

第6页，课件共99页，创作于2023年2月选作感温电阻的材料的要求:

电阻温度系数要高;highαR在测温范围内,化学、物理性能稳定;

具有良好的输出特性;

具有比较高的电阻率;higherρ具有良好的可加工性,且价格便宜。Easymachining,cheaper

第7页，课件共99页，创作于2023年2月1.铂热电阻(platinumT.R.)

物理、化学性能稳定，是热电阻最佳材料，铂丝的电阻值与温度之间的关系：在-190～0℃范围内为:

在0～630.755℃范围内为:Rt、R0分别是温度为t℃和t0℃时的电阻值，A，B，C是常数。第8页，课件共99页，创作于2023年2月铂电阻重现性最好、稳定性最好作为标准电阻温度计用于高精度工业测量、温度的基准。一般测量精度较小时采用铜电阻。铜丝在-50～150℃内性能很稳定，且电阻与温度的关系接近线性。表示为：但在-50～50℃内为线性变化，可表示：2.铜热电阻第9页，课件共99页，创作于2023年2月3.其它热电阻

铁和镍电阻α较铂和铜高，ρ也较大，做成体积小、灵敏度高的电阻温度计。

铟电阻适宜在-269～-258℃用，测量精度高，灵敏度很高，是铂电阻的10倍，但重现性差；

锰电阻适宜在-271～-210℃用，灵敏度高，但脆性高，易损坏；

碳电阻适宜在-273～-268.5℃内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但热稳定性较差。第10页，课件共99页，创作于2023年2月1、结构：将电阻丝双线绕在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘架上，固定后外面再加上保护套管。

2、测量电路：用精度较高的电桥电路。为消除连接导线电阻随环境温度变化

而造成的测量误差，常采用三线和四线连接法。二、热电阻的结构及测量电路

第11页，课件共99页，创作于2023年2月三线连接法

三线和四线式接法中要求：连接相邻桥臂的r1和r2长度和温度系数相等；三线中Ra的触点会导致电桥零点的不稳定四线中触点的不稳定不会破坏电桥的平衡。第12页，课件共99页，创作于2023年2月R1、R2、R3固定电阻，Ra调零电阻，r1、r2、r3、r4为导线补偿电阻。

热电阻式温度计:

优点：性能稳定，测量范围宽、精度高。缺点：需辅助电源，热容量大，限制用于动态测量。措施：为避免电阻流过电流的加热，尽量使流过热电阻的电流降低，不影响测量精度，一般应小于10mA。第13页，课件共99页，创作于2023年2月正温度系数热敏电阻PTCPositiveTemperatureCoefficient

负温度系数热敏电阻NTC临界温度系数热敏电阻CTR1.1.2热敏电阻

材料：某金属氧化物为基体、一些添加剂。用陶瓷工艺制成，称半导体陶瓷其电阻对温度变化明显，温度系数比金属的大很多。

热敏电阻NegativeTemperatureCoefficient

CriticalTemperatureResistor

第14页，课件共99页，创作于2023年2月一、热敏电阻特性参数

1.标称电阻值（R25）：环境温度25℃时的零功率状态的阻值。其大小取决于电阻的材料和几何尺寸。若在25℃～27℃则：

2.电阻温度系数(αT)

：指在规定的温度下单位温度变化使阻值变化的相对值。

αT决定了热敏电阻全部工作范围内对温度的灵敏度，%/℃。

第15页，课件共99页，创作于2023年2月电阻型温度传感器3.时间常数(τ)：τ表征电阻的热惯性，其值等于在零功率测量状态下，当环境温度突变时阻值从起始值变化到最终变化量的63%时所需的时间额定功率（PE）：在标准压力750mmHg和规定的最高温度下，电阻长期连续工作所允许的最大耗散功率。实际中所消耗的功率不得超过PE

第16页，课件共99页，创作于2023年2月二、PTC热敏电阻

--正温度系数热敏电阻，阻值随温度的升高而增大。基体材料是BaTiO3，辅以稀土元素为添加剂，经陶瓷工艺烧结制成。

1.电阻温度特性曲线Ⅰ中阻值随温度变化很陡，称为突变型（开关型）

Ⅱ阻值随温度变化缓慢，称为缓变PTC热敏电阻。第17页，课件共99页，创作于2023年2月2.突变型PTC的R与T关系：R0

为标称温度下的阻值，A为材料常数。3、缓变型PTC热敏电阻RT与温度的关系近似为线性，即：缓变型PTC的αT随温度而变化，适于温度补偿。第18页，课件共99页，创作于2023年2月4、PTC的静态伏安特性曲线电流I(A)电压U(V)

静态伏安特性是指在一定温度下，于静止的空气中PTC两端的电压降与电阻稳态电流之间的关系，曲线可分为AB、BC、CD三段。

第19页，课件共99页，创作于2023年2月三、NTC热敏电阻1.NTC电阻的温度特性由图知：阻值近似为：

B为材料常数,R0为T→∞时的阻值两边取对数有：为直线，且B为直线的斜率：

第20页，课件共99页，创作于2023年2月电阻温度系数为：

并非常数，随T升高而迅速减小2.NTC静态伏安特性曲线T0时给NTC上通电流I，则电阻两端的电压UT为：oa段电压随电流而线性增大ab段,电压偏离线性但还随增加;bd段,电压越过b点很快下降de段,电阻下降缓慢，电压也下降变可用于温度检测、温度补偿、控温等各种电路第21页，课件共99页，创作于2023年2月

负温临界热敏电阻是指在某一温度附近阻值发生突变，几度的狭小温区内T增加降低3～4个数量级的元件。阻值的突变点为临界温度点。四、CTR热敏电阻对应的宏观开关温度（Tc）定义为：电阻值下降到某一规定值（标称电阻的80％）时所对应的温度。

该规定值称开关电阻（Rc），可按曲线求出切线在高阻端的交点Rh和切线在低阻端的交点Rl，算出Rc为：第22页，课件共99页，创作于2023年2月

第23页，课件共99页，创作于2023年2月

降值比ψ描述下降的快慢，即标称电阻R25与最小电阻比值Rmin的对数，即

降值比越大，开关特性越好。

由于CTR电阻具有很大的负温度系数，可用作控温、报警、无触点开关等场合。第24页，课件共99页，创作于2023年2月五、热敏电阻的结构及其特点珠状

热敏电阻圆片型

方片型

棒状

厚薄膜型它们各自适用于不同的应用场合。第25页，课件共99页，创作于2023年2月1.1.3半导体热电阻温度传感器

SemiconductorT.R.利用电阻率随温度变化的特性制成温度传感器。一、工作原理对于P型半导体材料：

对于N型半导体材料：

其ρ主要决定于载流子(电子或空穴)浓度和迁移率。二者都与温度密切相关,分别分析：半导体材料的电阻率：第26页，课件共99页，创作于2023年2月1.迁移率与温度的关系

载流子迁移率与载流子在电场作用下的散射机理有关。声学波散射迁移率μs和电离杂质散射迁移率μi与温度的关系表示为：两种散射的关系：说明了迁移率随温度的变化与掺杂浓度Ni有关。第27页，课件共99页，创作于2023年2月2.电阻率与温度的关系

本征半导体的ρ主要由本征载流子浓度ni

决定。

ni随温度上升而急剧增加。ρ随温度增加而单调地下降，区别于金属的一个重要特征。杂质半导体，n、p受杂质电离Ni和本征激发影响，有电离杂质散射和晶格散射两种散射机构，因而ρ随温度的变化关系更复杂。第28页，课件共99页，创作于2023年2月二、硅热电阻的结构和工艺有两种结构形式一是棒状

R（图a、b），二是扩散电阻型

R（图c）。结构:第29页，课件共99页，创作于2023年2月工艺流程:电阻型温度传感器第30页，课件共99页，创作于2023年2月1.

电阻一温度特性

当硅电阻温度传感器处于正向偏置时，在55～175℃内，电阻值随温度的升高而增大，具有较好的线性度。如果硅热电阻处于反向偏置，当温度上升到120℃以上时，开始本征激发，产生大量的电子---空穴对，使电阻值突然下降。三、硅热电阻的特性第31页，课件共99页，创作于2023年2月电阻型温度传感器2.

电阻温度系数硅电阻温度系数αT：第32页，课件共99页，创作于2023年2月3、硅电阻与电流的关系

不同的温度下，当电流超过1mA时，电阻就会增大，是因电流的自身热效应使电阻增大。因此，工作电流应小于1mA为宜。第33页，课件共99页，创作于2023年2月一、温度检测及指示

1、简单的测量温度原理图具体测量时，给电路加上调零电阻,用四线接法将Rt拉到被测现场。第34页，课件共99页，创作于2023年2月2、流量测量的原理图

当流速Vl=0时，用Ra调零，使检流计为0。当Vl>0时，NTC电阻Rt1与Rt2的阻值变化不同，使流过电流表的电流发生变化。第35页，课件共99页，创作于2023年2月二、温度补偿电路

1.热敏电阻NTC对晶体管Vbe的补偿电路图

温度升高时,晶体管的Vbe下降，而NTC的Rt下降，即Rt//Rb′减小，使Ra’上压降下降，补偿了Vbe的下降。第36页，课件共99页，创作于2023年2月2.PTC对晶体管Ie的补偿电路图

温度补偿元件为缓变型PTC电阻，T升高Rt增大，补偿了因Vbe下降而使Ie的增加。第37页，课件共99页，创作于2023年2月三、过热保护

1.PTC电阻对马达保护电路图按下K时PTC

RT较小，其上电流大，Ｊ吸合，M转动，Ｋ又自动打开，电源通过Ｊ给M、RT供电,M转动温度升高,RT值增大使其上分流下降,当M温度过高TRT时,Ｊ断开,保护了M过热状态。第38页，课件共99页，创作于2023年2月2.变压器保护电路图接上电源,起始RT较小,TR上电流大,功耗也大,T上升；RT随之增加,电流又减小,TR功耗减小,自动防止了TR过热。第39页，课件共99页，创作于2023年2月四、延时给PTC加电压，功耗使阻值增加需时间，可用作延迟。1.自动延时电路原理图接电时RT较小分流大，J因电流小不动，灯没亮；一定时间后RT因功耗而增大分流减小，J上电流增大到可动值动。即J动作延迟，灯延迟开，延迟时间可由R0调节。第40页，课件共99页，创作于2023年2月2.马达启动原理图

M启动需较大启动功率，正常运转所需功率大大减小。常给单相电机装上附加启动绕组L2，L2只在启动时工作，而当运转正常后自动断开。

PTC充当自动通断的无触点开关。原理是把PTC与L2串联，RT冷态电阻远小于L2阻抗RL2，对启动电流没影响。随着RT被加热电阻值升高，当电阻值升高到远大于RL2时，启动绕组视同切断。第41页，课件共99页，创作于2023年2月五、控温电路

1.NTC的控温电路原理图

当T降到<

T0时，电桥输出电流不能维持J动作时触点闭合，又开始加热。这样将T控制在T0附近。起初T较低，RT较大，调电桥平衡，加热器加热.当T升高，J上开始有电流，当T>T0时，电桥输出使线圈电流大到足以使J动作时J触点断开，停止加热。第42页，课件共99页，创作于2023年2月2.恒温箱温度控制原理图W723单片集成稳压器：VZ和V-给测温电桥供电，V+和V-给J供电。当T<T0时，加热，RT增加，AB电位差变化通过In经W723稳压放大由Vo输出，经R4和D1为T提供偏压，但T止，J停止动作，加热T>T0⊿T后VO使得T导通，J动作停止加热；自然降温;T<T0时，VO降低使T止，加热。如此反复，保持温度恒定。第43页，课件共99页，创作于2023年2月六、降温报警器

使用前调R3使T1、T2基极电位相等，T3止，电桥无输出。当T高，R4减，R1电位升高，IB1增，IE1增，则VC1升，T3通，A点、T4基极电位升，电压随T升高到T4导通时，T5止，即不报警；当T降低时，VBE1下降使VC1下降，T3止，VA低，T4止，T5通，音频振荡器振荡使喇叭发声报警。其中R1和R3的阻值可根据温度适当选择。三部分：T1、T2、T3及电阻R1、R2、R3、R5、R6、R10和NTCR4组成测温电桥，T4为放大管。T5与TR、电容组成音频振荡器。第44页，课件共99页，创作于2023年2月第一章温度传感器

1.1电阻型温度传感器1.2热电偶(thermocouple)1.3半导体PN结型温度传感器

(SemiconductorPNJunction)1.4其它温度传感器第45页，课件共99页，创作于2023年2月§1.2热电偶thermocouple1.2.1热电偶的基本原理

1.2.2热电偶的种类和结构

1.2.3热电偶的实用测量电路

第46页，课件共99页，创作于2023年2月1.2.1热电偶的基本原理一、热电效应: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，把这个物理现象亦称为塞贝克效应。原理图:将导体A和B两端连接在一起组成回路，一端为T0，一端为T（若T>T0），则微安表上会有一定读数。

若将T0触点分开，则端口产生与T、T0及导体材料A、B有关的电势EAB(T,T0)，即塞贝克电势。第47页，课件共99页，创作于2023年2月热电偶回路的总电势为:

式中αTAB为热电势率或塞贝克系数，其值与感热材料和两接点的温度有关。热电效应帕尔贴效应汤姆逊效应Thermalelectriceffect第48页，课件共99页，创作于2023年2月式中k0为波尔兹曼常数；q为电子电量；nA、nB分别为A和B的T时自由电子密度。1.珀尔帖电势将两种金属在同温度接触，设A中自由电子的密度比B的大，在界面处自由电子将从A扩散到B，则A失去电子带正电，B得到电子带负电，在接触处形成自建电场，使电子由B向A漂移，当扩散与漂移达到平衡时，在接触面附近产生一个稳定的电动势称为珀尔帖电势，又称接触电势，其大小可表示为：第49页，课件共99页，创作于2023年2月式中бA称为汤姆逊系数，它表示温差1℃时所产生的电势差。2.汤姆逊电势一热电效应

设一均质导体棒两端的温度不同，则高、低温端有温度梯度，高温端（T）的自由电子具有较高的动能而向低温端（T0）扩散快，T端失去电子带正电，T0端得到电子带负电，形成内建电场，电场使电子由低温端向高温端漂移，当扩散与漂移达到平衡时，T与T0端产生一稳定的电势差称为汤姆逊电势或温差电势。此温差电势表示为：第50页，课件共99页，创作于2023年2月热电极A、B组成的热电偶回路，当温度T>T0时，式中EAB(T)为热端的热电势,EAB(T0)为冷端的热电势。3、回路的总热电势EAB讨论：①两点温度相同时珀尔帖电势大小相等方向相反，汤姆逊电势为零，EAB(T0,T0)=0；②当两相同金属组成热电偶时，接点温度不同，但接点处珀尔帖电势皆为零，两个汤姆逊电势大小相等方向相反，故回路总电势仍为零；③只有两不同材料组成热电偶、且T,T0不同，才有热电势EAB(T,T0)=E(T)-E(T0)；当T0保持不变E(T0)为常数，EAB(T,T0)仅为热端温度T的函数，即EAB(T,T0)=E(T)-C；两端点的温差越大，回路的总电势也越大，且EAB(T,T0)与T有单值对应关系，这就是热电偶的测温公式。

第51页，课件共99页，创作于2023年2月二、热电偶的基本定律

1.均质导体定律：两均质金属（ρ均匀）组成热电偶的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，只与热电极材料和温度有关。2.标准电极定律：若三个热电偶工作端温度都为T，参考端温度都为T0，两种金属组成热电偶的热电势可用它们分别与第三种金属组成热电偶的热电势之差来表示。

第52页，课件共99页，创作于2023年2月3.中间导体定律

4.中间温度定律

若在热电偶的参考端接入第三种均质金属,被插入金属两端温度相同（T0），则回路总热电势为三个接触电势与温差电势的代数和，为：可见，只要所插入的导体两端温度与参考点相同，不会影响原来热电势的大小,即中间导体定律。热电偶的接点温度为T、T0时，其热电势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和,即：第53页，课件共99页，创作于2023年2月§1.2热电偶

1.2.1

热电偶的基本原理

1.2.2热电偶的种类和结构

1.2.3热电偶的实用测量电路

第54页，课件共99页，创作于2023年2月热电偶一、热电极材料

一般的热电极材料必须具有以下特性：1.在测量范围内，热电势与T的对应关系不随时间而变化，且有足够的物理、化学稳定性。2.热电势要足够大，易于测量、误差小，且热电势与T为单值关系，线性关系或简单的函数关系。3.电阻温度系数小，电导率高，否则其电阻将随T而有较大变化，影响测量结果的准确性。4.材料的机械强度高，易制成标准分度，工艺简单，价格便宜。第55页，课件共99页，创作于2023年2月热电偶二、热电偶的种类

按标准化和非标准化简单介绍几种常用热电偶：铂铑－铂热电偶（WRLB）铂铑－铂铑热电偶（WRLL）镍铬－镍硅镍铬－镍铝（WREU）镍铬－考铜（WREA）标准化热电偶非标准化热电偶铁－康铜热电偶钨－钼热电偶钨－铼系热电偶热解石墨热电偶第56页，课件共99页，创作于2023年2月三、热电偶的结构

珠形绝缘子热电偶双孔绝缘热电偶石棉绝缘管热电偶两个热电极，且一个端点紧密焊接在一起。热电极间通常用耐高温绝缘材料绝缘，不同测温范围，可选不同的绝缘材料。第57页，课件共99页，创作于2023年2月四、热电偶的冷端温度补偿

1.恒温法将热电偶的冷端置于恒温器中，若恒温器温度调到0℃，电压表读数对应的温度为实际温度，即冷端温度误差得到解决。若恒温器温度为T0℃，则冷端误差为：冷端恒温示意图

可见，T0恒定时，冷端误差为常数，只要在回路中加入相应的修正电压，或调整指示装置的起始值就能实现完全补偿。第58页，课件共99页，创作于2023年2月2.冷端自动补偿法原理图是在热电偶和测量仪表间接一个电桥补偿器，其中R1,R2,R3固定，RT随T变化。当热电偶冷端T升高时，回路中总电势降低，同时补偿器中RT变化使ab间产生一个电位差，设计时让其值正好补偿热电偶降低的量，达到自动补偿第59页，课件共99页，创作于2023年2月§1.2热电偶

1.2.1

热电偶的基本原理

1.2.2热电偶的种类和结构

1.2.3热电偶的实用测量电路

第60页，课件共99页，创作于2023年2月1.2.3热电偶的实用测量电路一、单点温度测量电路二、两点间温差的测量电路两同型号热电偶，且补偿导线相同，使各自产生的热电势相互抵消，仪表读数即为T1和T2的温度差。总电势为EAB(T,T0)，流过测温毫伏计的电流与T一一对应，即在表上可标出T的刻度。第61页，课件共99页，创作于2023年2月三、平均温度测量电路将同型号的热电偶并联。R1,R2,R3阻值很大，以免T1,T2,T3不等时每个热电偶上的电流会因其热电偶电阻变化而变化。缺点：若一个热电偶被烧断，仪表反映不出回路中总的热电势为：四、若干点温度之和的测量电路第62页，课件共99页，创作于2023年2月§1.3半导体PN结型温度传感器

1.3.1PN结型温度传感器

1.3.2集成温度传感器1.3.3温敏闸流晶体管1.3.4半导体结型温度传感器的应用第63页，课件共99页，创作于2023年2月一、二极管温度传感器

由PN结理论可知，其正向电流If与Vf的关系：I0为反向…，B、η与材料和工艺有关常数，qVg0为禁带宽度耗尽区复合电流和表面复合电流使偏离线性当If不变时，PN结Vf随T的上升而下降，近似线性关系。对于硅Vf=0.65V,T=300K,η=3.5时，计算知，αT为-2mV/K。说明每升高1℃，Vf就下降约2mV。

第64页，课件共99页，创作于2023年2月二、晶体管温度传感器

1.基本原理式中Vg0=Eg0/q，A为发射结面积、n与材料和工艺有关的常数

当Ic一定且T不太高时，Vbe基本与T线性关系；当温度较高时，产生一定的非线性偏移。2.晶体管温度传感器的结构由晶体管原理知，NPN的Vbe与T的关系为:检测温度时除温敏三极管外附加外围电路实现Ic恒定。通常外围电路包括参考电压源﹑运放﹑线性电路等部分。第65页，课件共99页，创作于2023年2月3、晶体管温度传感器基本电路由运放和温敏三极管组成,C防止寄生振荡。T为反馈元件跨接在运放的反相输入端和输出端，基极接地。T的集电极Ic仅取决于Rc和电压E,Ic=E/Rc，与温度无关，保证了恒流源工作条件。电压Vbe随T近似线性下降。第66页，课件共99页，创作于2023年2月1.3.2集成温度传感器

电阻R1的压降⊿Vbe为：

BG1和BG2晶体管的杂质分布种类完全相同，且都处于正向工作状态，J0相同。一、基本原理Ies为发射结反向饱和电流，若Aes为发射结面积，且Ae2/Ae1=γ与温度无关的常数，保证I1/I2常数，⊿Vbe是T的理想的线性函数。（ProportionalToAbsoluteTemperature）第67页，课件共99页，创作于2023年2月二、电压型集成温度传感器

1.基本原理故则电路的温度系数为:R1上⊿Vbe为：---指输出电压与T成正比的温度传感器只要电阻比为常数,正比于T。而输出电压的温度灵敏度即αT可由R2/R1和BG1,BG2射极面积比来调整。BG3、BG4、BG5PNP的结构和性能完全相同，BG3与BG4组成恒流源，且两者射极电流相同(称为电流镜)第68页，课件共99页，创作于2023年2月2．电路结构及应用由基准电压、温度传感器和运放三部分组成。PTAT是核心电路，原理是输出电压与T成正比，常用结构为四端电压输出外形结构，如图若输入与输出短接，运放起缓冲作用，输出为10mV/K·T

若给输入端加上偏置，传感器的零输出由0K移到偏置电压对应的温度T0

第69页，课件共99页，创作于2023年2月第70页，课件共99页，创作于2023年2月三、电流型集成温度传感器AD590

1.AD590的基本原理T3和T4为电流镜型恒流源，使T1、T2的电流相等。则电路总电流IT为：欲使IT随T线性变化，R须用具有零温度系数的薄膜电阻。则电流温度系数为：若γ取8,R为358Ω，则CT可调整为1μA/K。第71页，课件共99页，创作于2023年2月2、AD590实际电路

T1、T2、T3、T4恒流负载，为T9、T11提供相等恒定电流，T9和T11发射结面积比为γ。T7、T8差分对管的负反馈作用使T9和T11的VC相等，T10为T7和T8恒流负载,I10=I11,

R5的电流为R6的2倍，则有：第72页，课件共99页，创作于2023年2月AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压为+4～+30V、-55～+150℃，I（μA）与T（K）严格成正比。T每变化1K，输出增加1μA。在298.2K时输出电流298.2μA。微安数表标出温度。封装形式

T0-52封装

陶瓷封装

T0-92封装

2．AD590的结构及性能AD590的外形及符号：用于不同温度范围第73页，课件共99页，创作于2023年2月§1.3半导体PN结型温度传感器

1.3.1PN结型温度传感器

1.3.2集成温度传感器1.3.3温敏闸流晶体管1.3.4半导体结型温度传感器的应用

第74页，课件共99页，创作于2023年2月1.3.3温敏闸流晶体管

常简称为闸流管或晶闸管thyristor，是一个四层pnpn结构的三端半导体器件。包括三个pn结J1、J2、J3，阳极A和阴极K，作栅极G1和G2。结构可看成由一个pnp和npn组合。pnp的集电极总是和npn的基区连接在一起。结构图第75页，课件共99页，创作于2023年2月一、工作原理operationprinciple

正向工作时，A和K间加正向电压，J1和J3均为正偏，J2处于反偏，它流过很小的电流IA，晶闸管处于高阻态，称为正向阻断状态——断态。可见，在正偏下，通过控制栅极电流，可由断态变为通态。可作为一种理想的开关器件。反向工作时，J1和J3处于反偏。因J3两侧是重掺杂区，则J1几乎承受所有的反向电压，流过很小的反向电流，此时称为反向阻断状态。第76页，课件共99页，创作于2023年2月等效结构等效电路第77页，课件共99页，创作于2023年2月基本电流-电压特性正偏条件下（0）～（1）是正向阻断区，即关态；（1）～（3）为通态，处于通态的晶闸管即使去掉栅极偏置，只要电流电压大于保持点（2）的保持电流Ih

和Vh，仍保持导通状态。只有电流低于Ih时，才会由通态转换为断态。第78页，课件共99页，创作于2023年2月二、晶闸管的温度特性

电流-电压特性随温度的变化而改变。当温度升高时正向翻转电压下降，而反向电压则提高。当晶闸管处于正偏且无栅电流时，其阳极电流为：

T升高时,J2结反向漏电流指数增加,相当于在栅极注入电流，因pnp管和npn管的正反馈过程,便得到放大的阳极电流。T越高，反向漏电流越大，阳极电流越大，电流增益α随T升高而增加，当T升高到使（α1+α2≈1）时，温度的微小变化可引起IA的巨大变化，即由断态进入通态。此时对应的温度称为开关温度，或称导通温度。可见原来处于正向阻断区的晶闸管可在温度触发下实现状态翻转，从而实现温度开关作用。第79页，课件共99页，创作于2023年2月三、温敏晶闸管的开关温度控制

一般晶闸管的开关温度on-off都很高，以提高其热稳定性。温敏晶闸管的开关温度能在一个宽范围内调节。通常从两方面降低开关温度。1．增大反向漏电流和直流增益反向漏电流由空间电荷区产生，设法增加J2结区的有效的产生-复合中心密度以降低载流子的寿命，增加J2区的载流子产生过程。其方法采用氩离子注入技术，在J2结区引入晶格缺陷，形成有效的产生-复合中心。根据晶体管原理，要增大直流增益，就要在结构设计上减小p型和n型基区的宽度。第80页，课件共99页，创作于2023年2月2．利用栅极分路电阻（a）分路电阻的接法（一）（b）图（a）的等效电路（c）分路电阻的接法（二）由于栅极分路电阻并联在发射结上，RGA电阻的分流作用减小了发射极注入效率，减小了晶体管的电流增益a1,RGK的分流作用减小了a2，导致开关温度的升高,且电阻越小分流作用越强，开关温度将越高。图（c）接法接入分路电阻，则可以增加a1+a2,降低开关温度。第81页，课件共99页，创作于2023年2月§1.3半导体PN结型温度传感器

1.3.1PN结型温度传感器

1.3.2集成温度传感器1.3.3温敏闸流晶体管1.3.4半导体结型温度传感器的应用

第82页，课件共99页，创作于2023年2月1.3.4结型温度传感器的应用一、晶体管温度控制器初始温度较低，Vbe较高，V＋＞V-，VO为VOH,J吸合加热。温度升高，Vbe下降V＋下降，升高到THL后V＋＜V－，运放输出低电平，J停止加热。恒温器散热温度下降，Vbe上升V＋升高，T降到TLH时，V＋又＞V－，VO又为VOH，J再次吸合加热。周而复始，具有滞回特性，温度控制在T0

处（THL-TLH）内。调节RW，改变了设定温度。感温元件用NPN的be结。运放接成滞回电压比较器。R1、R2和RW上、晶体管、R4和RW下组成测温电桥。第83页，课件共99页，创作于2023年2月二、AD590温度控制器调节R2设定T0参考电压。当T比T0低时，AD590上流过的电流小，V-较小，比较器输出V0为高，T1、T2导通，加热器加热。当T比T0高时，V-大于V+

，则V0变为低电平，使T1、T2截止，停止加热。如此反复就实现了温度控制。由AD590、RD、R+R1+R2上和R3+R2下组成测温电桥，工作原理第84页，课件共99页，创作于2023年2月三、摄氏温度计当t为0℃，V+与地间电位为2.73V，调节39k和5K电位器使V0为0V，即2.7K电阻上压降为2.73V，当温度为t℃时，VO为：VO=V+-2.73V=10mV/℃·t(℃)其工作温度范围为-55～+150℃，灵敏度为10mV/k。原理第85页，课件共99页，创作于2023年2月四、测量温差的方法

将AD590I、Ⅱ置于两个不同温度环境中。设测试电流分别为I1、I2，则温差电流⊿I＝(I2—I1)与(T2—T1)成正比。⊿I加至运放μA741(国F007)的反相输入端，输出电压U0为：

(1-3-17)

即可读出0～100℃的温差。电源电压选8V以上时，运放才能正常工作。

若对准确度要求不高，亦可采用右图电路。微安表反映两点的温差值。

第86页，课件共99页，创作于2023年2月作业：1、2、3、4、6、第87页，课件共99页，创作于2023年2月

A和K间接交流电。当T超过设定时温控管导通，被整流的半波电流流过负载。当T继续上升温控管导通态不变。T下降到比开关温度T0低时，在电源电压周期内，当电压到达零交叉点时就断开。五、温度开关

(1-3-17)

六、火灾报警电路当某一路中的环境火灾时T升高达到开启T0时，这路晶闸管导通，发光二极管发光，蜂鸣器也鸣起到温度报警作用。第88页，课件共99页，创作于2023年2月一、热辐射温度传感器理论上绝对黑体接收被测对象发出的所有波长的全部辐射能量Eb。

Eb=σ0T4绝对黑体：一定面积、表面粗糙并涂黑的铂片。铂片接收热量T升高铂片是全部辐射能-热量-温度的转换器测出铂片T就可测出对象T’。铂片T也可用热电偶堆感受电位差计读出。中央接合处是热接点，外围部分的接点为冷接点。4红外线吸收体热电偶Si3N4SiO2Si3NSi辐射温度