温度传感器共54张

温度传感器传感器原理及应用第11章温度传感器主要内容：

11.1热电偶

11.2热敏电阻

11.3集成温度传感器传感器原理及应用第11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–温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度传感器原理及应用第11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。概述传感器原理及应用第11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。传感器原理及应用第11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。概述传感器原理及应用第11章温度传感器概述各种热电偶传感器原理及应用第11章温度传感器概述各种热电阻传感器原理及应用第11章温度传感器

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。概述传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应1）两种导体的接触电势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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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；传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应在闭合回路中，总的接触电势为：传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应2）单一导体的温差电势（汤姆逊电势）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传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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：传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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：传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应结论：热电偶两电极材料相同，NA=NB时，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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应3)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传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应设

时，

将

代入上式有：

传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.1热电效应

4）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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.2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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.2热电偶的结构和种类传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.2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)铠装热电偶传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.3热电偶测量电路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；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：传感器原理及应用第11章温度传感器11.1热电偶

11.1.3热电偶测量电路电路调试步骤：调零：T=0℃时调整调零电位器RP2使运放输出为零；调增益：温度600℃时调节负反馈电阻，使运放输出在6V。放大器增益为，得到满量程输出6V（600℃）。传感器原理及应用第11章温度传感器炉温的自动调节

11.1热电偶＿应用传感器原理及应用第11章温度传感器炉温的自动记录11.1热电偶＿应用传感器原理及应用第11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℃。11.2热敏电阻贴片式薄膜式

大功率

热敏电阻的恒温控制电路3集成温度传感器

11.热敏电阻—温度特性概述各种热电偶3)三种导体的热电回路热敏电阻传感器主要有两大类：第11章温度传感器NTC——负温度系数型；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。目前，热敏电阻温度上限约300℃。第11章温度传感器第11章温度传感器在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。传感器原理及应用第11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。铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：11.2热敏电阻

11.2.1金属热电阻-200～O℃

+0～850℃

式中：

为温度

和

时的电阻值。温度时，

的公称值是。传感器原理及应用第11章温度传感器11.2热敏电阻

11.2.2热敏电阻铂测温电阻元件的电阻的温度特性传感器原理及应用第11章温度传感器11.2热敏电阻

11.2.2热敏电阻带保护管的铂测温电阻元件传感器原理及应用第11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。热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成主要材料有：Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物，结构分为：二端、三端、四端、直热式、旁热式。

11.2热敏电阻

11.2.2热敏电阻热敏电阻符号

传感器原理及应用第11章温度传感器热敏电阻—温度特性

PTC——正温度系数型；NTC——负温度系数型；

负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：11.2热敏电阻

11.2.2热敏电阻负温度系数型热敏电阻特性曲线

A，与材料和形状有关；B，常数；，温度为T时的电阻值；

传感器原理及应用第11章温度传感器多数热敏电阻具有负温度系数，温度升高电阻下降，同时灵敏度下降，所以热电阻限制了它在高温下使用。目前，热敏电阻温度上限约300℃。

热敏电阻最大的缺点是，产品一致性差，互换性不好，因此一般不在石油、钢铁、制造业上使用。11.2热敏电阻

11.2.2热敏电阻传感器原理及应用第11章温度传感器11.2热敏电阻

11.2.3热敏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传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.1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。传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.1集成温度传感器测温原理

晶体管伏安方程式：K——

波尔滋蔓常数；

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为单值函数。

传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.1集成温度传感器测温原理

图为是绝对温度比例电路（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。集成温度传感器基本电路原理图

负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：2K）时，理想输出为298.大，因为传感器的精度直接关系到产品质量和1热电偶

11.第11章温度传感器若R=358Ω，电路输出温度系数为：热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、1热电偶

11.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。3集成温度传感器

11.大，因为传感器的精度直接关系到产品质量和2热敏电阻镍铬——镍铜（-40～750）℃集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、这种将温度转换成热电动DB18B20典型应用传感器原理及应用第11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：

11.3集成温度传感器

11.3.2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U0与绝对温度T成正比关系传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.2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：

电流输出型电路传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.3AD590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℃。AD590引脚和内部电路原理图传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.3AD590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，使输出电压满足1mV/K的关系。AD590典型应用传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.3AD590集成温度传感器AD590典型应用传感器原理及应用第11章温度传感器11.3集成温度传感器

11.3.1AD590集成温度传感器AD590典型应用传感器原理及应用第11章温度传感器1