《传感器原理与应用》课件

传感器原理与应用1精选课件ppt传感器原理与应用1精选课件ppt第一章温度传感器一种将温度变化转换为电学量的装置，用于检测温度和热量，也叫热电式传感器。2精选课件ppt第一章温度传感器一种将温度变化转换为电学量的装置，用于检温度传感种类温度-电阻：热电阻、热敏电阻等温度-电势：热电偶、PN结式传感器热辐射：热释电探测器、红外探测器其他：光纤温度传感，液晶温度传感等等3精选课件ppt温度传感种类温度-电阻：热电阻、热敏电阻等3精选课件ppt电阻型温度传感器利用感温材料，把测量温度变化转为测量电阻变化。金属热电阻式（热电阻）半导体热电阻式（热敏电阻）4精选课件ppt电阻型温度传感器利用感温材料，把测量温度变化转为测量电阻变化金属热电阻1.电阻温度系数a要高。纯金属>合金2.测温范围内，化学物理性能稳定3.良好的线性输出特性4.比较高的电阻率5.可加工性。如铂，铜，铁，镍5精选课件ppt金属热电阻1.电阻温度系数a要高。纯金属>合金5精选课件pp几种正温度系数金属热电阻温度特性6精选课件ppt几种正温度系数6精选课件ppt热敏电阻热敏电阻是用某种金属氧化物为基体原料，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的电阻器。电阻温度系数比金属大很多。正温度系数PTC负温度系数NTC临界温度系数CTR7精选课件ppt热敏电阻热敏电阻是用某种金属氧化物为基体原料，加入一些添加剂三类热敏电阻温度特性曲线8精选课件ppt三类热敏电阻8精选课件pptPTC热敏电阻电阻温度特性曲线突变型RT=R0exp(AT)缓变型RT=A+BT9精选课件pptPTC热敏电阻电阻温度特性曲线9精选课件pptPTC热敏电阻静态伏安特性曲线10精选课件pptPTC热敏电阻静态伏安特性10精选课件pptNTC热敏电阻lnRT～1/T关系曲线11精选课件pptNTC热敏电阻lnRT～1/T关系11精选课件pptNTC热敏电阻静态伏安特性曲线12精选课件pptNTC热敏电阻静态伏安特性12精选课件pptCTR热敏电阻负温临界热敏电阻在某一温度附近电阻值发生突变，在狭小的温度范围，阻值随温度增加降低3-4个数量级。13精选课件pptCTR热敏电阻负温临界热敏电阻13精选课件ppt半导体热电阻半导体材料的电阻率对温度变化非常敏感，利用其电阻率随温度变化的特性可以实现温度传感。半导体材料电阻率决定于载流子浓度和迁移率。14精选课件ppt半导体热电阻半导体材料的电阻率对温度变化非常敏感，利用其电阻迁移率与温度关系：半导体载流子迁移率与载流子在电场作用下的散射机理有关。主要散射机构为：声波散射迁移率（晶格振动）电离杂质迁移率15精选课件ppt迁移率与温度关系：15精选课件ppt电阻率与温度关系：本征半导体：本征载流子浓度决定杂质半导体：载流子浓度和迁移率决定16精选课件ppt电阻率与温度关系：16精选课件ppt硅热电阻17精选课件ppt硅热电阻17精选课件ppt硅热电阻电阻-温度特性正向偏置偏置电流1mA室温25度1000Ω18精选课件ppt硅热电阻电阻-温度特性18精选课件ppt硅热电阻电阻-电流关系

偏置电流应小于1mA

19精选课件ppt硅热电阻电阻-电流关系19精选课件ppt热敏电阻专业术语零功率电阻在某一温度下测量热敏电阻值时,加在热敏电阻上的功耗极低,低到因其功耗引起的热敏电阻的阻值变化可以忽略不计.额定零功率电阻R25额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值20精选课件ppt热敏电阻专业术语零功率电阻20精选课件ppt热敏电阻专业术语温度系数α热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化.温度系数越大，反应越灵敏最大电流Imax

最大电流是指热敏电阻最高的电流承受能力.超过最大电流时热敏电阻将会失效。21精选课件ppt热敏电阻专业术语温度系数α21精选课件ppt热敏电阻专业术语居里温度Tc

对于热敏电阻的应用来说,电阻值开始陡峭地增高时的温度是重要的,我们将其定义为居里温度.动作电流Ik

流过热敏电阻的电流,足以使热敏电阻自热温升超过居里温度,这样的电流称为动作电流.22精选课件ppt热敏电阻专业术语居里温度Tc22精选课件ppt热敏电阻专业术语最大工作电压Vmax

最大工作电压是指在规定的环境温度下,允许持续地保持在热敏电阻上最高的电压.对同一类型而言,环境温度越高,最大工作电压值越低额定电压VN

额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压.通常Vmax=VN+15%23精选课件ppt热敏电阻专业术语最大工作电压Vmax23精选课件ppt热敏电阻的应用医疗应用一般需在数字式温度计、培养(恒温)箱、皮肤传感器、导尿管、透析设备和呼吸器里使用来监测温度、血流或气流。家电应用一般使用以各种包装的玻璃封装薄片来监测和控制烘箱、微波炉、淋浴器、空调器、冰箱、制冷机的温度和监控可充电镍铬电池上的温度24精选课件ppt热敏电阻的应用医疗应用一般需在数字式温度计、培养(恒温)箱、热敏电阻的应用电信应用一般进行温度补偿、温度监测与控制。典型应用包括开关设备，以及无绳电话、收音机、可充电电池的充电控制。汽车应用被用作进气传感器、电池、发动机和传动温度传感器、空调和内/外环境温度传感器25精选课件ppt热敏电阻的应用电信应用一般进行温度补偿、温度监测与控制。典型电阻式温度传感器应用流量检测26精选课件ppt电阻式温度传感器应用流量检测26精选课件ppt电阻式温度传感器应用过热保护

27精选课件ppt电阻式温度传感器应用过热保护27精选课件ppt电阻式温度传感器应用自动延时

28精选课件ppt电阻式温度传感器应用自动延时28精选课件ppt电阻式温度传感器应用恒温箱控制

29精选课件ppt电阻式温度传感器应用恒温箱控制29精选课件ppt热电偶利用两种不同金属连接在一起，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为热电偶30精选课件ppt热电偶利用两种不同金属连接在一起，当结点处温度变化时，另两端热电效应1823年赛贝克发现，把两种不同的金属组合闭合回路，且使其两触点处温度不同，回路中就会产生电流，这个物理现象称为赛贝克效应，也称热电效应。帕尔帖效应汤姆逊效应31精选课件ppt热电效应1823年赛贝克发现，把两种不同的金属组合闭合回路，帕尔帖效应同温度的两种不同金属相互接触，由于金属内自由电子密度不同，在接触面附近产生一个稳定电势叫帕尔帖电势。32精选课件ppt帕尔帖效应同温度的两种不同32精选课件ppt汤姆逊效应一均匀介质棒两端温度不同，导体的高、低温端有温度梯度，高温端自由电子有较高动能向低温端扩散，形成内建电场，内建电场的产生又使电子由低温端向高温端漂移，当扩散和漂移达到动态平衡时，两端的电势差叫汤姆逊电势。

33精选课件ppt汤姆逊效应一均匀介质棒两端温度不同，导体的高、低温端有温度梯参考端T0=0时，温度与热电势关系EA：镍鉻-镍铜EU：镍鉻-镍硅LB：铂铑-铂34精选课件ppt参考端T0=0时，34精选课件ppt热电偶的基本定律均质导体定律：两种均质金属组成的热电偶的电势大小与热电极的直径、长度及长度方向上的温度分布无关，与材料和温度有关。如果材料不均匀，将会产生无法估量的附加电势差。35精选课件ppt热电偶的基本定律均质导体定律：35精选课件ppt标准电极定律两种金属组成热电偶电势可以用它们分别与第三种金属组成热电偶电势差来表示。工程上常以铂、铜为标准电势。36精选课件ppt标准电极定律36精选课件ppt中间导体定律在热电偶参考端接入第三种均匀导体只要保证其两端温度大小，则不影响原来的回路热电势值。

37精选课件ppt中间导体定律37精选课件ppt中间温度定律热电偶接点温度T\T0，其热电势等于热电偶接点温度为T\Tn和Tn\T0相应电热势的代数和。38精选课件ppt中间温度定律38精选课件ppt热电偶的材料在测量范围内，热电性质稳定，物理化学性质稳定，不易氧化和腐蚀。热电势足够大，且热电势温度最好是线性或简单函数关系，测量精度高，误差小。电阻温度系数小，电导率高。材料复制性好，机械强度高，易加工。39精选课件ppt热电偶的材料在测量范围内，热电性质稳定，物理化学性质稳定，不热电偶种类标准化热电偶铂铑-铂：高温精密测量，中性介质测量镍鉻-镍硅、镍鉻-镍铝、镍鉻-考铜：热电势大，但测温范围小非标准化热电偶铁-康铜、钨-铼系、铱-铑系：特殊用途，复制性差。40精选课件ppt热电偶种类标准化热电偶40精选课件ppt热电偶结构电极直径0.1-3.2mm长度按实际情况定电极之间用耐高温绝缘材料41精选课件ppt热电偶结构电极直径0.1-3.2mm41精选课件ppt热电偶的实用电路单点温度测量42精选课件ppt热电偶的实用电路单点温度测量42精选课件ppt热电偶的实用电路两点温差测量43精选课件ppt热电偶的实用电路两点温差测量43精选课件ppt热电偶的实用电路串联求和测量44精选课件ppt热电偶的实用电路串联求和测量44精选课件ppt热电偶的实用电路并联求平均温度45精选课件ppt热电偶的实用电路并联求平均温度45精选课件ppt半导体PN结温度传感器半导体材料器件的性能参数，如电阻率、pn结的反向漏电流和正向电压等都与温度有密切的关系，利用它们对温度的敏感性制成半导体温度敏感器件，实现对温度的测量和补偿功能。46精选课件ppt半导体PN结温度传感器半导体材料器件的性能参数，如电阻率、p二极管温度传感器利用二极管pn结正向电压与温度的关系

硅二极管，温度每升高1度，正向电压下降约2mV47精选课件ppt二极管温度传感器利用二极管pn结正向电压与温度的关系47精选三极管温度传感器三极管集电极电流Ic恒定，发射结上正向电压Vbe随温度上升而线性下降。48精选课件ppt三极管温度传感器三极管集电极电流Ic恒定，发射结上正向电压V集成温度传感器集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器，输出结果与绝对温度成正比，是理想的线性输出集成温度传感器常采用对管差分电路设计。49精选课件ppt集成温度传感器集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在PTAT原理电路ProportionalToAbsoluteTemperature

优点：输出结果与绝对温度成正比，理想的线性输出。

50精选课件pptPTAT原理电路ProportionalToAbsolu电压型PTAT输出电压与温度成正比，由恒流源、PTAT及晶体管组成51精选课件ppt电压型PTAT输出电压与温度成51精选课件ppt常用的电压型温度传感器为四端输出型：调整输出温度系数为10mV/KV+，V-：基准电压Vout：电压输出表示KVin：偏置电压Vin=2.73V，Vout=0表示0oC52精选课件ppt常用的电压型温度传感器为四端输出型：52精选课件ppt电流型PTAT输出电流与温度成正比，由恒流源、PTAT组成53精选课件ppt电流型PTAT输出电流与温度成53精选课件pptAD590AD590工作电压4-30V，测温范围-55-150度输出电流和热力学温度严格成正比54精选课件pptAD590AD590工作电压4-30V，测温范围-55-15晶闸管晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压。在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。55精选课件ppt晶闸管晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，晶闸管类型晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管。56精选课件ppt晶闸管类型晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸晶闸管结构与外形晶闸管由PNPN四层半导体构成，其间形成三个PN结，引出三个电极，分别为阳极a、阴极k和控制极g。57精选课件ppt晶闸管结构与外形晶闸管由PNPN四层半导体构成，其间形成三个晶闸管栅极电流Ig控制通断阳极A，阴极K，栅极G58精选课件ppt

温敏晶闸管当温度升高时，J2结的反向漏电流指数增加，相当于在栅极注入电流“开关温度”59精选课件ppt温敏晶闸管当温度升高时，J2结的59精选课件ppt温敏晶闸管温度控制1.增大反向漏电流2.利用栅极分路电阻,分流作用，増流作用60精选课件ppt温敏晶闸管温度控制1.增大反向漏电流60精选课件ppt半导体温敏计应用温度控制61精选课件ppt半导体温敏计应用温度控制61精选课件ppt热辐射温度计根据物体的热辐射随温度变化测量温度，属于非接触测量，不干扰温度场，不受腐蚀。全辐射高温计：用绝对黑