传感器原理与技术课件：温度的检测

Structure,measurementcircuitandapplicationofRTDsensor温度的检测温度的检测Structure,measurementcircuitandapplicationofRTDsensor温度的检测热电阻传感器的结构、测量电路与运用热电阻传感器的结构、测量电路与运用热电阻温度传感器电阻值随温度变化而变化的原理测温的传感器温度计常用的温度传感器产品性能稳定使用灵活可靠性高热电阻可以与温度变送器连接将温度转换成标准电流信号输出热电阻温度传感器热电阻的结构比较简单经过固定，外面再加上保护套管进行测温时测量电路一般采用精度较高的电桥电路热电阻与检测仪表相隔距离一般较远热电阻的引线对测量结果有很大影响消除连接导线电阻造成的测量误差两线制三线制热电阻测温电桥的引线方式四线制热电阻测温电桥的引线方式一般用于测温精度不高的场合引线电阻对测量结果影响较大减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻，因环境温度变化所引起的测量误差。常用于高精度温度检测完全消除引线电阻对测量的影响热电阻温度计1工业上测温敏感元件测量电路用得较多的是电桥电路克服环境温度的影响三导线1/4电桥电路两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中由环境温度变化所引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消2热电阻流量计放在管道中央散热情况受介质流速的影响放在温度与流体相同

但不受介质流速影响的小室电桥处于平衡状态流量计没有指示介质处于静止状态介质流动由于介质流动带走热量，温度的变化引起阻值变化，电桥失去平衡而有输出，电流计的指示直接反映流量的大小。Thankyou谢谢大家谢谢大家温度的检测Definition,structureandclassificationofthermistor字幕热敏电阻的定义、结构与分类热敏电阻的定义、结构与分类温度的检测热敏电阻是指阻值随温度的改变而发生显著变化的敏感元件热敏电阻阻值随温度的改变而发生显著变化的敏感元件体积小反应快使用方便因此被广泛应用于工业、农业、交通运输等领域，解决各种技术问题。工业农业交通运输同学们，本节课学习的内容是热敏电阻的定义、结构与分类。热敏电阻的定义、结构与分类热敏电阻器的概念一种对温度反应较敏感、电阻值会随温度的变化而改变的非线性电阻式传感器。可以直接将温度的变化转变为电信号的变化。金属的电阻值随温度的升高而增大电阻值电阻值非线性是因为半导体的导电方式是载流子（电子、空穴）导电载流子（电子、空穴）导电导电方式载流子的数目比金属中自出电子少电阻率大随着温度的升高，半导体中参加导电的载流子数目就会增多参加导电的载流子数目导电率增加电阻率降低在温度变化相同时，热敏电阻的阻值变化约为铂热电阻的10倍热敏电阻铂热电阻10X测量0.01℃或更小的温度差异利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成热敏电阻是用金属氧化物（NiO、MnOz、CuO、TiO等）的粉末为基本原料NiOMnOzCuOTiO基本原料热敏电阻金属氧化物粉末加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制成具有半导体特性的电阻器基本原料加入添加剂陶瓷工艺具有半导体特性的电阻器电阻对温度变化很明显电阻温度系数比金属大很多接下来，我们来看看热敏电阻的结构。热敏电阻热敏元件引线壳体图2-2-2热敏电阻结构和图形符号根据不同的使用情况可封装成不同的形状常见的形状主要有珠形、圆片形、方片形、棒形、薄膜形珠形圆片形方片形棒形薄膜形如图2-2-3所示。图2-2-3热敏电阻的常见形状珠形圆片形方片形棒形薄膜形（a）珠形；（b）圆片形；（c）方片形；（d）棒形；（e）薄膜形珠形圆片形方片形棒形薄膜形最后，我们来了解一下热敏电阻的分类热敏电阻的分类按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系分类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传（CTR）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传（CTR）也称为PTC型热敏电阻器，属于直热式热敏电阻器。（1）正温度系数热敏电阻传感器正温度系数热敏电阻器也称为PTC型热敏电阻器，属于直热式热敏电阻器。按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系分类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传（CTR）结构与特性结构与特性以钛酸钡（BaT）钛基固为主相的半导体陶瓷元件正温度系数热敏电阻器其主要特性是当温度低于其材料居里点时，其处于冷阻状态，电阻值很小正温度系数热敏电阻器冷阻状态电阻值小而当温度升高到居里点时，其电阻率可急剧上升几个数量级（10³~10⁵）倍。正温度系数热敏电阻器电阻率上升几个数量级（10³~10⁵）倍控制PTC元件本身的居里点温度是通过元件制作工艺和主添加材料的差异来实现的正温度系数热敏电阻器元件制作工艺主添加材料根据需要添加并在-20~300℃温度范围内选定正温度系数热敏电阻器元件制作工艺主添加材料-20℃300℃作用作用电阻值较小常温几欧姆至几十欧姆正温度系数热敏电阻器电阻值在几秒钟内迅速增大流经的电流超过额定值时数百欧姆至数千欧姆正温度系数热敏电阻器应用应用恒温自动控制电路应用较广泛正温度系数热敏电阻器如恒温型电热毯等。恒温型电热毯正温度系数热敏电阻器称NTC热敏电阻器，是应用较多的温度敏感型电阻类传感器。负温度系数热敏电阻传感器结构与特性：负温度系数热敏电阻器是使用锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(AL)等金属氧化物（具有半导体性质）结构与特性锰(Mn)钴(Co)镍(Ni)铜(Cu)铝(AL)金属氧化物负温度系数热敏电阻传感器陶瓷工艺其主要特性是电阻值与温度变化成反比，即当温度升高时，电阻值却随之减小。电阻值与温度变化成反比温度电阻值负温度系数热敏电阻传感器适用场合：NTC热敏电阻生产最早、最成熟、使用范围也广，适用场合NTC热敏电阻生产最早最成熟使用范围广负温度系数热敏电阻传感器广泛应用于复印机、打印机、空调器、电烤箱等办公用品和家用电器中，做温度检测、温度控制、温度补偿等使用。复印机打印机空调器电烤箱办公用品家用电器温度检测温度控制温度补偿负温度系数热敏电阻传感器例如：空调器中的环境温度传感器、管温传感器、排气温度传感器、除霜控制传感器，采用的就是负温度系数热敏电阻传感器构成的传感器。空调器环境温度传感器管温传感器排气温度传感器除霜控制传感器负温度系数热敏电阻传感器（3）临界温度系数热敏电阻传感器CTR热敏电阻，临界温度热敏电阻，也叫突变型温度系数热敏电阻，它是一种具有开关特性的热敏电阻。CTR热敏电阻，临界温度热敏电阻，也叫突变型温度系数热敏电阻，它是一种具有开关特性的热敏电阻。负温度系数热敏电阻传感器当达到阻值急剧转变温度时，引起半导体金属相变当达到阻值急剧转变温度时，引起半导体金属相变同PTC热敏电阻一样，利用这种特性可以制成无触点开关。当达到阻值急剧转变温度时，引起半导体金属相变PTC热敏电阻无触点开关热敏电阻按温度系数分①按结构形式分为体型、薄膜型、厚膜型3种：②按工作方式分为直热式、旁热式、延迟电路3种：按结构形式分1体型薄膜型厚膜型按结构形式分2直热式旁热式延迟电路③按工作温区分为常温区（-60~300℃）热敏电阻、高温区（>300℃）热敏电阻、低区〈193℃）热敏电阻。按工作温区分3常温区（-60~300℃）高温区（>300℃）低区〈193℃）热敏电阻可以根据使用要求封装加工成各种形状的探头，如珠状、片状以及杆状、锥状、针状等。热敏电阻根据使用要求封装探头珠状片状杆状锥状针状尺寸小响应速度快灵敏度高应用广泛不仅在宇航、医学、工业及家用电器等方面用于测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等，宇航医学工业家用电器测温控温温度补偿流速测量液面指示能源地球资源防灾治理公害同学们，本节课我们学习了热敏电阻的定义、结构与分类，大家都掌握了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家温度的检测Definitionandworkingprincipleofthermocouples字幕热电偶的定义及工作原理热电偶的定义及工作原理温度的检测热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同基本结构大致相同通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成热电偶热电极绝缘套保护管接线盒显示仪表记录仪表电子调节器同学们，本节课我们主要学习热电偶的定义及其工作原理。热电偶的定义及工作原理热电偶导体或半导体材料的热电效应温度的变化电动势变化近二百年前，德国物理学家赛贝克(T.J.Seebeck)发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，赛贝克德国物理学家两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。赛贝克德国物理学家回路产生电动势这种物理现象称为热点效应。回路产生电动势热电效应赛贝克德国物理学家两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电动势称为热电势。两种不同材料的导体回路热电偶热电极电动势热电势所形成的热电势差取决于温度差热电势差温度差温度差值对于不同金属的变化量也不同温度差值对于不同金属的变化量也不同温度高的接点称为热端(或测量端)，测温时把它置于被测介质中；

已知

热电原理

同学们，以上我们学习了热电阻的定义即工作原理，大家都掌握了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家温度的检测Definition,structureandclassificationofthermistor通过上节课的学习，我们对热电阻的定义及其原理，本节课我们主要学习热电偶的结构、实用测温电路与温度补偿。热电偶的结构、实用测温电路与温度补偿热电偶的结构、实用测温电路与温度补偿温度的检测首先，我们先来看看热电偶的结构形式。热电偶的结构形式适应不同生产对象的测温要求热电偶常见的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜型热电偶等。传感器的概念普通型热电偶铠装型热电偶薄膜型热电偶它通常由热电极加上绝缘套、保护套和接线盒构成热电极绝缘套保护套接线盒普通型热电偶如图2-3-3所示。普通型热电偶

图2-3-3普通型热电偶结构图安装连接螺纹法兰方式根据使用条件，可制成密封式普通型或高压固定螺纹型密封式普通型高压固定螺纹型普通型热电偶铠装型热电偶在类似铠甲保护作用的铠装套与热电偶丝之间填充氧化镁和氧化铝等保护物而构成的热电偶。其结构如图2-3-4所示

图2-3-4铠装型热电偶结构图抗腐蚀抗氧化抗振在目前工业测温和控制系统中已得到广泛的应用工业测温控制系统第三种是薄膜热电偶，薄膜热电偶是用真空蒸镀、化学涂层等方法将热电偶材料蒸镀到绝缘基板上面而制成的热电偶。薄膜热电偶真空蒸镀化学涂层热电偶材料绝缘基板热电偶由于热电偶可以做到很薄（厚度可达0.01~0.1μm)薄膜热电偶热电偶厚度（0.01~0.1μm）测表面温度时不影响被测表面的温度变化其本身热电容量小、动态响应快，故适合于测量微小面积和瞬时变化的温度。热电偶热电容量小动态响应快测量微小面积测量瞬时变化的温度薄膜热电偶除此之外，还有用于测量圆弧形固体表面温度的表面热电偶和用于测量液态金属温度的浸入式热电偶等。热电偶测量圆弧形固体表面温度的表面热电偶测量液态金属温度的浸入式热电偶薄膜热电偶接下来，我们一起来看看热电偶的实用测温电路。热电偶的实用测温电路合理安排热电偶的测温线路提高测温精度提高经济效益维修方面1.一支热电偶配一台显示仪表的测量线路一支热电偶配一台显示仪表的测量线路图2-2-5一支热电偶与单台仪表配置表电位差计线路电阻对测温精度的影响动圈式仪表测量线路电阻对测温精度的影响2.热电偶串联测量线路热电偶串联测量线路将n支相同型号的热电偶正负极依次相连接图2-2-6热电偶串联测量线路图。若n支热电偶的各热电势分别为E1，E2，E3，…，En，则总电势为E串=E1+E2+E3+…+En=nE

式中E为n支热电偶的平均热电势；

n支热电偶的平均热电势串联线路的总热电势为E的n倍

温度

E串所对应的温度可由E串-t关系求得

温度

也可根据平均热电势E在相应的分度表上查出。

串联线路的主要优点是热电势大，精度比单支高；优点热电势大精度比单支高

主要缺点是只要有一支热电偶断开，整个线路就不能工作，个别短路会引起示值显著偏低。缺点一支热电偶断开整个线路不能工作个别短路会引起示值显著偏低3.热电偶并联测量线路热电偶并联测量线路图2-2-7热电偶并联测量线路图将n支相同型号热电偶的正负极分别连在一起如果n支热电偶的电阻值相等，则并联电路总热电势等于n支热电偶的平均值，即E并=（E1+E2+E3+…+En）/n如果n支热电偶的电阻值相等，则并联电路总热电势等于n支热电偶的平均值

4.温差测量线路温差测量线路实际工作中常需要测量两处的温差一种是两支热电偶分别测量两处的温度，然后求算温差；1两支热电偶分别测量两处的温度求算温差另一种是将两支同型号的热电偶反串联，直接测量温差电势，然后求算温差，2将两支同型号的热电偶反串联，直接测量温差电势求算温差如图2-2-8所示。图2-2-8热电偶温差测量线路图前一种测量较后一种测量精度差，对于要求精确的小温差测量，应采用后一种测量方法。图2-2-8热电偶温差测量线路图要求精确的小温差测量最后一个学习的知识点是热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿热电效应的原理热电偶热电势与两端温度有关只有将冷端的温度恒定，热电势才是热端温度的单值函数。将冷端的温度恒定热电势热端温度的单值函数热电偶热电偶的温度补偿由于热电偶分度表是以冷端温度为0℃作出的热电偶分度表冷端温度为0℃使用时要正确反映热端温度设法使冷端温度恒为0℃但实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，且受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。热电偶冷端靠近被测对象受到周围环境温度的影响其温度不是恒定不变的采取相应的措施进行补偿或修正1.冷端恒温法冷端恒温法10℃恒温器热电偶的冷端0℃实验室温度测量（2）其他恒温器，将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持恒定温度（2）其他恒温器热电偶的冷端保持恒定温度避免由于环境温度的波动而引入误差这类恒温器可以是盛有变压器油的容器（2）其他恒温器热惰性恒温电加热的恒温器温度不为0℃热电偶冷端修正2.补偿导线法，热电偶由于受到材料价格的限制不可能做得很长补偿导线法2热电偶材料价格的限制不可能做得很长而要使冷端不受测温对象的温度影响冷端热电偶不受测温对象的温度影响补偿导线法2远离温度对象采用补偿导线就可以做到这一点补偿导线补偿导线法2一对材料化学成分不同的导线0℃~1500℃与配接的热电偶有一致的热电特性便宜热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所延长热电极根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的两个结点温度一致中间温度定律补偿导线热电偶结点温度一致补偿导线法23.计算修正法，上述两种方法解决了一个问题，即设法使热电偶的冷端温度恒定。计算修正法3冷端恒温法补偿导线法设法使热电偶的冷端温度恒定冷端温度并非一定为0℃热电势不能正确反映热端的实际温度为此，必须对温度进正。修正公式为温度修正公式

计算修正法3热电偶热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势

热电偶热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势4.电桥补偿法，计算修正法虽然很精确，但不适合连续测温，图2-2-9电桥补偿电路电桥补偿法4计算修正法不适合连续测温仪表的测温线路补偿电桥利用不平衡电桥产生的电势补偿热电偶因冷端波动引起的热电势的变化如图2-2-9所示。图2-2-9电桥补偿电路电桥补偿法4图2-2-9电桥补偿电路图2-2-8中图2-2-9电桥补偿电路E为热电偶产生的热电势

图2-2-9电桥补偿电路U为回路的输出电压

图2-2-9电桥补偿电路回路中串接了一个补偿电桥。回路串接补偿电桥图2-2-9电桥补偿电路R1~R3及RCM均为桥臂电阻图2-2-9电桥补偿电路桥臂电阻RCM是用漆包铜丝绕制成的图2-2-9电桥补偿电路漆包铜丝RCM是用漆包铜丝绕制成的，它和热电偶的冷端感受同一温度。图2-2-9电桥补偿电路热电偶的冷端感受同一温度R1~R3均用温度系数小的锰铜丝绕成，阻值稳定。图2-2-9电桥补偿电路锰铜丝阻值稳定在桥路设计时，使R1=R2图2-2-9电桥补偿电路桥路设计=并且R1，R2的阻值要比桥路中其他电阻大得多。图2-2-9电桥补偿电路=阻值比桥路电阻大桥路设计这样，即使电桥中其他电阻的阻值发生变化，左右两桥臂中的电流却差不多保持不变，从而认为其具有恒流特性电桥电阻的阻值发生变化左右两桥臂中的电流保持不变恒流特性回路输出电压U为热电偶的热电势E.图2-2-9电桥补偿电路

桥臂电阻RCM的压降URCM图2-2-9电桥补偿电路

及另一桥臂电阻R3的压降UR3图2-2-9电桥补偿电路

三者的代数和图2-2-9电桥补偿电路

当热电偶的热端温度一定，冷端温度升高时，热电势将会减小。热电偶

热电势减小阻值增大

阻值增大

补偿目的自动补偿的条件应为自动补偿的条件

随所用的热电偶材料不同而异I1为流过RCM的电流，

自动补偿的条件α为铜电阻RCM的温度系数，一般取0.0039℃-1;自动补偿的条件

Δt为热电偶冷端温度的变化范围。自动补偿的条件

通过上式，可得

热电偶所产生的热电势与温度大之间的关系是非线性的，每变化1℃所产生的热电势数值并非都相同，但补偿电阻RCM的阻值变化却与温度变化成线性关系

近似热电偶冷端温度变化范围不大5.显示仪表零位调整法，当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时显示仪表零位调整法5热电偶通过补偿导线连接显示仪表将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度的初始值调至已知的冷端温度值。显示仪表的示值即为被测量的实际值同学们，本节课我们学习了热电偶的结构、实用测温电路与温度补偿，大家都掌握了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家温度的检测Whatisasemiconductorintegratedtemperaturesensor什么是半导体集成温度传感器什么是半导体集成温度传感器温度的检测集成温度传感器半导体技术发展的产物

20世纪80年代进入市场线性度好精度适中灵敏度高应用越来越广泛特点原理输出形式比二极管有更好的线性和互换性二极管温度特性晶体管发射极的温度特性晶体管温度传感器1970年实用化集成温度传感器1980年半导体集成器件完成温度测量及模拟信号输出的专用IC器件集成温度传感器半导体集成电路集成温度传感器线性好精度适中灵敏度高体积小使用方便广泛应用集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。输出形式集成温度传感器电压输出电流输出电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0温度25℃时输出2.982V。电压输出灵敏度：10mV/K0℃25℃02.982V电流输出灵敏度：1μA/K集成温度传感器AD590AD592TMP17LM15模拟可编程的集成温度控制开关模块有LM56、AD22105等。模拟可编程的集成温度控制开关模块LM56AD22105集成温度传感器是利用半导体PN结的温度特性制成的，利用半导体PN结的温度特性制成的集成温度传感器热敏电阻器热电偶其他温度传感器具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等特点。灵敏度高线性度好响应速度快集成温度传感器驱