第2章温度传感器课件.ppt

第2章 温度传感器,第2章 温度传感器,1 温标：温度表示（或测量）的温度标准,互换：t=T-273.15,2.1 温度测量概述,1 温标：温度表示（或测量）的温度标准 互换：t=T-27,2 温度测量温度传感器,组成,图2.1,图2.1 温度传感器组成框图,2 温度测量温度传感器 组成 图2.1,3 温度测量方法,（按感温元件是否与被测物接触）,接触式测量,所用传感器的优点：结构简单、工作稳定可靠、测量精度高。例如：膨胀式温度计、热电阻传感器,非接触式测量,所用传感器的优点：测量温度高、不干扰被测物温度缺点：测量精确低例如：红外高温传感器、光纤高温传感器,3 温度测量方法（按感温元件是否与被测物接触）接触式,2.2 热电偶传感器,优点：构造简单、使用方便、测温范围宽、有较高的精确度和稳定性,2.2 热电偶传感器 优点：构造简单、使用方便、测温范围宽,2.2.1 热电偶测温原理,1.热电效应 图2-2,热电效应:,热电动势,测量端（热端）：参考端（冷端）：,图2-2 热电效应,2.2.1 热电偶测温原理 1.热电效应 图2,2.两种导体的接触电动势 图2-3,接触电动势（eAB）：,图2-3 两种导体的接触电势,2.两种导体的接触电动势 图2-3 接触电动势,3.单一导体的温差电动势 图2-4,单一导体的温差电动势,图2-4 单一导体的温差电势,3.单一导体的温差电动势 图2-4 单一导,总电势的计算：图2-5,若 为常数，则,图2-5 接触电势示意图,总电势的计算：图2-5 若,4.热电偶的基本定律,（1）中间导体定律 图2-6,图2-6 中间导体定律示意图,4.热电偶的基本定律（1）中间导体定律 图2-6 图,当 时,所以,当 时所以,（2）中间温度定律 图2-7,图2-7 中间温度定律示意图,（2）中间温度定律 图2-7 图2-7 中间温度定,证明:,修正：运用补偿导体延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化的影响。注意:,证明:修正：,（3）参考电极定律（组成定律）图2-8,原理：,图2-8 参考电极定律示意图,（3）参考电极定律（组成定律）图2-8 原理：图,（以上中T均可用t表示）例2-1,计算：,（以上中T均可用t表示）计算：,2.2.2 热电偶的结构形式及热电偶材料,1.普通型热电偶,（1）组成,2）分类（连接形式不同）,2.2.2 热电偶的结构形式及热电偶材料 1.普通型热电偶,2.铠装热电偶（铠式热电偶）原理：将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再不锈钢管等。优点：耐高压、反应时间短、坚固耐用。,2.铠装热电偶（铠式热电偶）,3.薄膜热电偶（1）原理：用真空镀膜技术等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶。（2）结构 测量范围在-200500材料：铜康铜、镍铬铜、镍铬镍硅绝缘基片：云母 测量范围在5001800材料：镍铬镍硅、铂铑铂 绝缘基片：陶瓷,3.薄膜热电偶,4.热电偶组成材料及分度表（1）4种标准热电偶材料：,（2）分度表：热电偶的热电动势与温度的关系表。,（前为正极，后为负极）,表2-1,4.热电偶组成材料及分度表（2）分度表：热电偶的热电动势与温,2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿,1.热电偶测温基本电路,（1）基本电路 图2-12（2）串、并联时注意：必须应用同一分度号的热电偶 两热电偶的参考端温度应相等,2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿 1.热电偶测温基本,（1）方法一：利用中间温度定律,例如：注意：在使用补偿导线时，注意型号相配，极性不能接错。补偿导线规格：表2-2,2.热电偶参考端的补偿,补偿方法：,（1）方法一：利用中间温度定律例如：2.热电偶参考端的补偿补,（2）方法二：利用电桥进行补偿 图2-13,（2）方法二：利用电桥进行补偿,2.3 金属热电阻传感器,也称热电阻传感器 利用：金属导体的电阻值随温度的变化而变化,组成 图2-14,测温范围：-200850材料：铂、铜,2.3 金属热电阻传感器 也称热电阻传感器 组成,2.3.1 热电阻的温度特性,热电阻的温度特性：,2.3.1 热电阻的温度特性 热电阻的温度特性：热电阻,1.铂热电阻的电阻温度特性,（3）电阻值：,在-2000之间，,（4）的含义,（1）特点：测温精度高，稳定性好。,（2）测温范围：-200850,1.铂热电阻的电阻温度特性（3）电阻值：在-2000,2.铜热电阻的电阻温度特性,（1）测温范围：-50150,（2）电阻值：,（3）分度号：,（4）优点：易于提纯、价廉、特性线性好,（5）缺点：电阻率为铂的几分之一。因此所用阻丝细而长、机械强度差、热惯性大等。（6）用于：低温及无侵蚀的介质中。,（比 小得多，且）,2.铜热电阻的电阻温度特性（1）测温范围：-50150,2.3.2 热电阻传感器的结构,1.组成 图2-15,2.减小误差的方法,2.3.2 热电阻传感器的结构 1.组成,2.4 集成温度传感器,1.优点：,2.用于：测量150以下的温度,3.分类,（输出端个数）,（输出量不同),2.4 集成温度传感器 1.优点：2.用于：测量150以,2.4.1 集成温度传感器基本工作原理,图2-16,2.4.1 集成温度传感器基本工作原理图2-16,2.4.2 电压输出型集成温度传感器,调节，使，则,图2-17,2.4.2 电压输出型集成温度传感器调节，使,2.4.3 电流输出型集成温度传感器,图2-18,2.4.3 电流输出型集成温度传感器图2-18,2.5 半导体热敏电阻（热敏电阻）,原理：某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定的工艺制成的感温元件,分类,2.5 半导体热敏电阻（热敏电阻）原理：分类,2.5.1 热敏电阻的（）特性,图2-19,2.5.1 热敏电阻的（）特性 图2-1,结论：,1）热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻，所以灵敏度很高。2）同温度情况下，热敏电阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响极小，适用于远距离测量。3)热敏电阻 曲线非线性十分严重，所以其测量温度范围远小于金属热电阻。,结论：1）热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻，所以灵敏度很,2.5.2 热敏电阻温度测量非线性修正,修正方法：,1.线性网络：利用包含有热敏电阻的电阻网络（常称线性网络）来代替单个 的热敏电阻，使网络电阻 与温度成单值线性关系。图2-20,2.5.2 热敏电阻温度测量非线性修正 修正方法：1.线,2.综合修正：利用电阻测量装置中其他部件的特性进行综合修正。图2-21,3.计算修正法：,在带有微处理（或微型计算机）的测量系统中，当已知热敏电阻器的实际特性和要求的理想特性时，可采用线性插值法将特性分段，并把各分段点的值存放在计算机的存储器内。,2.综合修正：3.计算修正法：在带有微处理（或微型计算机）的,2.6 负温度系数热敏电阻,2.6.1 负温度系数热敏电阻性能,1.外形：图2-22,2.特点：,1）电阻温度系数大，灵敏度高，约为金属热电阻的10倍。2）结构简单，体积小，可测点温。3）电阻率高，热惯性小，适用于动态测量。4）易于维护和进行远距离控制。5）制造简单、使用寿命长。6）互换性差，非线性严重。,2.6 负温度系数热敏电阻 2.6.1 负温度系数热,2.6.2 负温度系数热敏电阻温度方程,2.6.2 负温度系数热敏电阻温度方程,2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性,25时的零功率电阻值，用 表示,2.B值（热敏电阻常数）：,是表征负温度系数热敏电阻热灵敏度的量。单位：K,B值热灵敏度,1.标称阻值（额定电阻值）：,2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性 25时的零功率电,3.电阻温度系数:,（1）定义：热敏电阻在其自身温度变化1时，电阻值的相对变化量。,（2）表示：,（3）结论：,1）热敏电阻的温度系数为负值2）温度减小，电阻温度系数增大。,3.电阻温度系数:（1）定义：热敏电阻在其自身温度变,4.额定功率：在环境温度为25，相对湿度为45%80%，大气压为0.0870.107Mp的条件下，长期连续负荷所允许的耗散功率。,5.耗散系数：是负温度系数热敏电阻流过电流消耗的热功率（W）与自身温升值（）之比，单位：,注：测量环境温度时，要消除由于热敏电阻自身的温升而带来的测量误差,4.额定功率：5.耗散系数：注：测量环境温度时，要消除由于,6.热时间常数：热敏电阻本身的温度在放入环境温度之前的初始值和达到与环境温度相同 温度的最终值之间改变63.2%所需的时间。,6.热时间常数：,2.7 温度传感器应用实例,2.7.1 双金属温度传感器的应用,1.双金属温度传感器室温测量的应用 图2-23,2.双金属传感器在电冰箱中的应用 图2-24,2.7 温度传感器应用实例 2.7.1 双金属温度传感器,2.7.2 热敏电阻温度传感器的应用,1.热敏电阻在汽车水箱温度测量中的应用 图2-25,2.7.2 热敏电阻温度传感器的应用 1.热敏电阻在汽车水,2.热敏电阻在空调器控制电路中的应用 图2-26,2.热敏电阻在空调器控制电路中的应用 图2-26,2.7.3 晶体管温度传感器的应用,1.热敏二极管温度传感器应用举例 图2-27 图2-28,2.7.3 晶体管温度传感器的应用 1.热敏二极管温度,2.晶体三极管温度传感器应用举例 图2-29 图2-30,2.晶体三极管温度传感器应用举例 图2-29 图,2.7.4 集成温度传感器应用举例,1.AD590集成温度传感器应用电路 图2-31 图2-32,2.7.4 集成温度传感器应用举例 1.AD590集成温度,2.LM334集成温度传感器应用电路 图2-33,2.LM334集成温度传感器应用电路 图2-33,2.7.5 家用空调专用温度传感器,2.7.5 家用空调专用温度传感器,2.7.6 冰箱、冰柜专用温度传感器,2.7.6 冰箱、冰柜专用温度传感器,2.7.7 热水器专用温度传感器,表2-6 热水器专用温度传感器技术指标,2.7.7 热水器专用温度传感器 表2-6 热水器,2.7.8 汽车发动机控制系统专用温度传感器,表2-7 汽车发动机专用温度传感器技术指标,2.7.8 汽车发动机控制系统专用温度传感器 表2-7,