第六章 热电式传感器

1同学们好！第六章热电式传感器热电传感器热能电能测量：温度和与温度有关的参量温度电势电阻——

热电偶

金属半导体

热电阻热敏电阻——PN结型温度传感器Thermoelectrictransducer3§6-1热电阻一、热电阻材料特点（1）高温度系数、高电阻率（2）较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质（3）良好的输出特性（4）良好工艺性原理：金属材料的电阻随温度变化而变化Thermo-resistance传感器技术——第六章4二、常用热电阻1、铂电阻其中，RT、R0——温度为T℃和0℃时的电阻；

A、B、C为常数：A=3.940×10-2/℃B=-5.84×10-7/℃2C=-4.22×10-12/℃4分度表——R0=50

和100

时的Rt–t关系传感器技术——第六章0~660℃-190℃~0℃52、铜电阻国际温标IPTS-68规定：在–259.34℃~630.74℃内，以铂电阻作为温度基准器优点：（1）易提纯（2）在高温和氧化性介质中性能稳定（3）输出近线性（4）测量精度高传感器技术——第六章其中，A、B、C为常数：A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃2C=1.233×10-9/℃3-50℃~150℃模型1：精确计算时6传感器技术——第六章模型2：简便计算，常用二项式计算其中，RT、R0——温度为T℃和T0℃时的电阻；

——温度为T0℃时的温度系数。73、其它热电阻——

低温、超低温传感器技术——第六章8三、热电阻的测量电路两线制控制室生产现场指示仪表rrRt1、三线制uAr：电桥电源；2r：相邻臂传感器技术——第六章平衡：r=0，导线电阻r对测量无影响9四、热电阻应用举例例1：测量真空度I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝传感器技术——第六章（1）不受其它条件约束；（2）保证恒流源I稳定。2、四线制电位差计

10例2：气体成分分析仪传感器技术——第六章——第i种气体的导热系数——第i种气体的百分含量——已知——可测量——可求出A——参考室——工作室11§6-2热敏电阻一、热敏电阻的结构和特点玻璃壳热敏电阻引线（a）珠状（b）片状（c）杆状（d）垫圈状半导体金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。优点：（1）结构简单、体积小、可测点温度；（2）电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）；（3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。传感器技术——第六章12热敏电阻的主要参数传感器技术——第六章13二、热敏电阻的温度特性负温度系数热敏电阻：NTC正温度系数热敏电阻：PTC临界温度系数热敏电阻：CTR04080120160200106104102100温度℃电阻CTRNTCPTC传感器技术——第六章141、NTC的R-T特性TR传感器技术——第六章——0℃

（273.15K）——0℃时的阻值试验求A、B：152、NTC的伏安特性IU

电流较小：线性，欧姆定律电流增加：阻值减小、非线性电流较大：阻值减小超过电流增加传感器技术——第六章3、NTC的温度系数

低温段比高温段灵敏

灵敏度比金属热电阻高（10倍）

16三、NTC输出特性的线性化处理电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联TR传感器技术——第六章2、并联法1、串联法ATR四、应用举例例1：测流速例2：热电式继电器JT正常：RT

较大、BG不导通、

J不吸合T升高：RT

减小、BG导通、

J吸合应用：电机过热保护传感器技术——第六章A——热敏电阻——平衡电阻电桥平衡电桥失衡18比较热电阻与热敏电阻?相同：热阻效应不同：材料、体积、结构灵敏度、测量电路线性、R-T特性传感器技术——第六章19§6-3热电偶1、定义M2、热电势产生的原因（1）接触电势扩散电场漂移Thermocouple一、热电效应Thermoelectriceffect传感器技术——第六章——自由电子密度M偏转热电势热电偶、热电极、热端、冷端20（2）温差电势M热端冷端传感器技术——第六章（3）回路的总热电势——温差系数——热端和冷端的绝对温度21产生热电势的条件：热电偶采用不同电极材料两端温度不同试验方法求解传感器技术——第六章忽略温差电势：224008001200160070

5030100温度℃热电势（mV）铁-考铜镍铬-考铜EA2镍铬-镍硅EV2铂铑-铂LB-31、中间导体定律导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要导体C两端温度相同，则对热电偶总热电势无影响。二、热电偶基本定律BasiclawsforThermocouple传感器技术——第六章意义：可以用电器仪表直接测量热电势2、连接导体定律热电偶导体A、B分别与连接导线C、D相接，总热电势为两部分的代数和。意义：运用补偿导线法进行温度测量的理论基础传感器技术——第六章243、中间温度定律意义：为制定分度表奠定了理论基础传感器技术——第六章已知温度T0=0℃时的热电势-温度关系，可求得参考温度不为0℃时的热电势。若导体A与C、B与D的材料分别相同，则：254、参考电极定律若两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶的热电势已知，则A、B组成的热电偶也已知。标准电极：铂传感器技术——第六章例：已知求：26三、热电偶的结构种类（1）热电极（2）绝缘套（3）保护套管（4）接线盒与介质隔离，优良传热性能防止电极间短路氧化铝管、耐火陶瓷铝合金热电性质稳定物理化学性质稳定电阻温度系数小、电导率高输出热电势大、输出呈线性复制性好、工艺简单、价格低

贵金属普通金属1、热电偶的结构传感器技术——第六章272、热电偶的种类传感器技术——第六章28常用热电偶型号及测温范围传感器技术——第六章29四、热电偶实用测量电路1、测量单点温度2、测量两点之间的温差传感器技术——第六章仪表——热电偶、补偿导线和仪表内阻303、测量平均温度仪表缺点：当有一只热电偶烧断时，不易察觉。传感器技术——第六章314、测量几点温度之和传感器技术——第六章仪表32五、热电偶冷端补偿方法1、0℃恒温法标准大气压下，冰水混合物3、补偿电桥法传感器技术——第六章冷端T=20℃T升高不变锰铜丝铜导线冷端补偿器2、恒温修正法冷端保持恒定温度T0：T0=50℃33六、应用举例除法器指示仪放大器放大器待测金属铜电极铜线康铜线绝缘物金属材质鉴别仪传感器技术——第六章341、“热电偶冷端温度智能补偿与检测”，《传感器技术》参考文献：2、“NTC热敏电阻温度传感器”，《传感器世界》传感器技术——第六章35§6-4PN结型温度传感器半导体器件的某些性能参数与温度的关系检测原理：温敏二极管、温敏三极管、集成温度传感器传感器技术——第六章36一、温敏二极管传感器技术——第六章式中而——与迁移率有关的常数——绝对温度0K时的禁带宽度，单位：eV理想二极管——正向电流——饱和电流——电子电荷——玻尔兹曼常数——绝对温度，单位：K式中：——正向电压二、温敏三极管理想二极管扩散电流、复合电流、表面电流传感器技术——第六章发射结正向电压NPN：式中负温度系数-500255075100125150700

6005004003002001000温度℃UF（mV）温敏晶体管虚地集电极电流恒定集电极电流完全由扩散电流组成三、集成温度传感器温敏晶体管辅助电路优点：体积小、成本低理想线性输出传感器技术——第六章39传感器技术——第六章忽略基极电流：两只晶体管集电极面积相等，40热电式传感器的温度自动控制实验用热电式传感器（热电阻、热电偶）设计一个电热水器，当热水器内的水温低于95℃时，控制电路给出信号使电热水器电源接通，给水加热；当热水器内的水温达到95℃时，控制电路自动切断热水器电源，停止给水加热，使其处于保温状态。要求：系统原理及连线图。传感器技术——第六章411、比较热电阻与热敏电阻。2、常用的热电阻材料？3、热电阻为什么要采用三线制或四线制的测量方法？分别的测量原理？4、NTC的R-T特性及U-I特性？5、NTC输出特性线性化的方法？传感器技术——第六章42例1：空气流速检测工作原理：

LM335电压输出型集成温度传感器大电流：T传感器

>T环境空气静止和流动：

T传感器不同、U0

不同流速越大、散热越强、