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1、第3章温度传感器1第1页，共85页，编辑于2022年，星期一3.1 热电偶热电偶3.2热电阻3.3热敏电阻3.4PN结温度传感器3.5热释电红外传感器3.6 温度传感器应用应用2第2页，共85页，编辑于2022年，星期一3.1 3.1 热电偶热电偶特点：1.精度高、性能稳定；2.结构简单、易制作;3.互换性好；4.适于远传和多点切换；5.测温范围广2002000；6.多样型式，适应各种条件。3第3页，共85页，编辑于2022年，星期一常用热电偶的结构热电偶由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接热电偶由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，线盒等部分组成。
2、实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝12344第4页，共85页，编辑于2022年，星期一3.1.1 3.1.1 热电偶的工作原理热电偶的工作原理热电势是由接触电势和温差电势共同作用的结果。TT0AB参考端参考端（冷端）冷端）工作端工作端（热端）热端）当当两两种种不不同同导导体体被被连连接接成成一一闭闭合合回回路路时时,若若两两节节点点处处的的温温度度不不同同，则则在在两两导导体体间间就就会会产产生生热热电电势势，回回路路中中就就会会产产生电流。这种现象为生电流。这种现象为热电效应热电效应。两种导体的组合为。两种导
3、体的组合为热电偶。热电偶。5第5页，共85页，编辑于2022年，星期一1.接触电势eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷，e=1.610-19C；k波尔兹曼常数，k=1.3810-23J/K；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。当两种不同导体接触当两种不同导体接触时，在接触面处发生电时，在接触面处发生电子扩散，形成接触电位子扩散，形成接触电位差，电位差的大小与两差，电位差的大小与两种材料和接点的温度有种材料和接点的温度有关关AB+eAB(T)6第6页，共85页，编辑于2022年，星期一AeA(T,To)ToTA汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两
4、端的温度差为两端的温度差为1时所产生的温差电时所产生的温差电动势，例如在动势，例如在0时，铜的时，铜的=2V/。eA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度；2.温差电势温差电势原理图一一根根均均质质导导体体，若若两两端端温温度度不不同同，则则在在两两端端会会产产生生电电动动势势。称称为为导导体体的的温温差差电电动动势势（称称为为汤汤姆姆逊逊电电动动势势）。BTTo7第7页，共85页，编辑于2022年，星期一由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两
5、个温差电势，回路总电势：3.回路总电势NAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A、B导体A和B的汤姆逊系数。T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB8第8页，共85页，编辑于2022年，星期一总的热电势EAB（T、T0）可简化为E EABAB(T T,T T0 0)=)=E EABAB(T T)-)-E EABAB(T T0 0)=)=f f(T T)-C=)-C=g g(T T)通常温度与热电势的关系并做成表格，以供备查通常温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。9第9页，共85页，编辑于20
6、22年，星期一结论：1.1.若若热热电电偶偶两两电电极极材材料料相相同同，即即使使两两端端温温度度 TT0TT0，总的热电势为零。，总的热电势为零。2.2.若若热热电电偶偶两两端端温温度度T=T0T=T0，则则总总的的热热电电势势为零。为零。3.3.热热电电势势的的大大小小与与材材料料和和接接点点温温度度有有关关，与与热热电电偶偶的的尺尺寸寸，形形状状及及端端电电极极温温度度分分布无关。布无关。10第10页，共85页，编辑于2022年，星期一4.4.导导体体材材料料确确定定后后，热热电电势势的的大大小小只只与与热热电电偶偶两两端端的的温温度度有有关关。如如果使果使E EABAB(T T0 0)
7、=)=常数，则回路热电势常数，则回路热电势 E EABAB(T T，T T0 0)就只与温度就只与温度T T有关，而且是有关，而且是T T的单值函数。的单值函数。E EABAB(T T,T T0 0)=)=E EABAB(T T)-)-E EABAB(T T0 0)=)=f f(T T)-C=)-C=g g(T T)TT0ABEAB(T,T0)=EAB(T)EBA(T0)5.热电偶总的热电势等于热电偶每个节点热电势的代数和。热电偶总的热电势等于热电偶每个节点热电势的代数和。EAB(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)11第11页，共85页，编辑于2022年，星期一 由由一一种种均均质质导导体
8、体组组成成的的闭闭合合回回路路，不不论论其其导导体体是是否否存存在在温温度度梯梯度度，回回路路中中没没有有电电流流(即即不不产产生生电电动动势势)；反反之之，如如果果有有电电流流流流动动，此此材材料料则则一一定定是是非非均均质质的的，即即热热电电偶偶必必须须采用两种不同材料作为电极。采用两种不同材料作为电极。3.1.2.热电偶的基本定律1.均质导体定律12第12页，共85页，编辑于2022年，星期一2.中间导体定律 在热电偶回路中引入第三种材料导体时，只要两端的温度TT0，热电偶回路中总热电势不变。ATBCCT013第13页，共85页，编辑于2022年，星期一若T=T0 则证明：证明：ATBC
9、CT014第14页，共85页，编辑于2022年，星期一电位计接入电位计接入 热电偶回路热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计，根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势就不会影响回路中原来的热电势.ATB 电电 位位 计计CCT015第15页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.中间温度定律中间温度定律 在热电偶回路中，若热电偶的中间温度发生变化只要两端温度TT0，热电偶总端电势依然不会因为中间温度的变化而改变。AB电电位位计计T0T1T16第16页，共85
10、页，编辑于2022年，星期一二式相加证明证明：17第17页，共85页，编辑于2022年，星期一T0TEAB(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB（4)4)标准电极定律标准电极定律标准电极定律标准电极定律若两种导体分别与第三种金属组成热电偶的热电势已若两种导体分别与第三种金属组成热电偶的热电势已知，则由这两种导体组成的热电偶的热电势也就可知。知，则由这两种导体组成的热电偶的热电势也就可知。导体C称为标准电极（一般用铂制成）证明：证明：18第18页，共85页，编辑于2022年，星期一两式相减得：两式相减得：两式相减得：两式相减得：若一个热电偶由若一个热电偶由A、B
11、、C三种导体组成，且回路中三个接点的三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：温度都相同，则回路总电动势必为零，即：19第19页，共85页，编辑于2022年，星期一或或EAB（T,T0）=EAC（T,T0）-EBC（T,T0）20第20页，共85页，编辑于2022年，星期一解解：由由标标准准电电极极定定律律，镍镍铬铬和和考考铜铜热热电电偶偶的的热热电电动动势势应应等等于于镍镍铬铬合合金金与与纯纯铂铂热热电电偶偶与与考考铜铜与与纯纯铂铂热热电电偶偶的的热热电电动动势势的差，即的差，即例例1 热端为热端为100、冷端为、冷端为0时，镍铬合金与纯铂组成的热时，镍铬合金与纯
12、铂组成的热电偶的热电动势为电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为动势为-4.0mV，求镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热，求镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势。电动势。2.95mV-(-4.0mV)=6.95mVEAB（T，T0）CATToB21第21页，共85页，编辑于2022年，星期一3.1.3热电偶的常用材料（1）铂铂铑热电偶(S型)分度号LB3正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600（2）镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型)分度号EU2正极：镍铬合金(用88
13、.489.7镍、910铬，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。（3）镍铬考铜热电偶(E型)分度号为EA2正极：镍铬合金负极：考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度：长期600，短期800。（4）铂铑30铂铑6热电偶(B型)分度号为LL2正极：铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。22第22页，共85页，编辑于2022年，星期一1.冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0
14、。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液3.1.4冷端处理及补偿T023第23页，共85页，编辑于2022年，星期一2.补偿导线法补偿导线法 补偿导线是根据补偿导线是根据中间温度定律中间温度定律而而实现温度检测的。实现温度检测的。当当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性同样热电特性的材料的材料A、B即引入所谓补偿导线。即引入所谓补偿导线。ABT1T2T2ABT0T0利用补偿利用补偿导线，可导
15、线，可将热电偶将热电偶的冷端延的冷端延伸到温度伸到温度恒定的场恒定的场所。所。E当EAA(T2)=EBB(T2)，则回路总电动势为EAB=EAB(T1)EAB(T0)只要T1、T0不变，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。24第24页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2 采用镍铬采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800，冷端，冷端温度为温度为50。为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电动为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为势信号送到仪表室，仪表室的环
16、境温度恒为20。首先由镍铬首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0，热端温度分别为，热端温度分别为800、50、20时的热电动势：时的热电动势：E(800，0)33.277mV；E(50，0)2.022mV；E(20，0)=0.798mV。25第25页，共85页，编辑于2022年，星期一如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为间导体定律，输入仪表的热电动势为：E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV查分度表知，
17、对应查分度表知，对应31.255mV的温度是的温度是751。与炉。与炉内真实温度相差内真实温度相差49。26第26页，共85页，编辑于2022年，星期一如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热电极延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为将热电极延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV查分度表知，对应查分度表知，对应32.479mV的温度是的温度是781，与炉内真实温，与炉内真实温度相差度相差19。27第27页，共85页，编辑于2022年，星期一 若冷端
18、温度恒定，但并非若冷端温度恒定，但并非0，要使测出的，要使测出的热电动势只反映热端的实际温度，则必须对温热电动势只反映热端的实际温度，则必须对温度进行修正。修正公式如下：度进行修正。修正公式如下：3.计算修正法计算修正法28第28页，共85页，编辑于2022年，星期一例例3 用镍铬用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为。再用温度计测出环境温度为30(且恒定且恒定)，求，求池水的真实温度。池水的真实温度。解：由解：由镍铬镍铬-镍硅镍硅热电偶分度表查出分度表查出E E(30(30，0)=1.2
19、03mVE(T，0)=E(T，30)+E(30，0)=2.436mV+1.203mV=3.639mV所以：所以：查分度表知其对应的实际温度为查分度表知其对应的实际温度为T=88。即池水的真实温度是。即池水的真实温度是88。注意:既不能只按2.436mV查表，认为T=60，也不能把60加上30，认为T=90。29第29页，共85页，编辑于2022年，星期一4.冷端电路补偿法 热敏电阻电位补偿法V+RtR1R2TT0Vo=Va+VABaABTRtUa热敏电阻电桥补偿法30第30页，共85页，编辑于2022年，星期一T0EAB(T,T0)U U=E EABAB（T T，T T0 0）+U Ubaba
20、TRCaUba在在0下使电桥平衡下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时，此时Uab=0，注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R温敏电阻选负的温度系数31第31页，共85页，编辑于2022年，星期一5.显示仪表零位调整法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，如果热电偶冷当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电偶冷端温度不是端温度不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所），可预先将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度所），可预先将有零位调
21、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上，的初始值调至已知的冷端温度值上，这时显示仪表的示值这时显示仪表的示值即为被测量的实际温度值即为被测量的实际温度值。ABT1T2T2ABT0T0E32第32页，共85页，编辑于2022年，星期一6.软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。对于T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。33第33页，共85页，编辑于2022年，星期一3.1.4 热电偶的测量电路1.单点测量电路2.两点
22、间温差测量电路ATBCCT0ACAT2T1mVBBDmVT0T034第34页，共85页，编辑于2022年，星期一3.串联测量电路ACDT1T2mVT1T2mVT3BABBBBAAACDT04.并联测量电路35第35页，共85页，编辑于2022年，星期一热电偶接线端子tt1二次 仪表t0补偿导线补偿导线0T0变成了中间温度，0 补偿不起作用热电偶接线端子tt1二次 仪表t0补偿导线普通导线0冰水0补偿，中间温度定律中间温度定律36第36页，共85页，编辑于2022年，星期一3.2 热电阻3.2.1 工作原理热电阻采用金属材料是铜和铂。金属中的原子是由原子核和自由电子组成，自由电子可在晶格中自由运
23、动。当有电场存在时，自由电子在电场作用下定向运动便形成电流。当金属温度升高时，核热运动加强，自由电子当金属温度升高时，核热运动加强，自由电子与其碰撞的机会增多，形成电子波散射，阻碍了与其碰撞的机会增多，形成电子波散射，阻碍了电子的定向运动，金属的导电能力降低，电阻增电子的定向运动，金属的导电能力降低，电阻增加。金属导体具有正的温度特性加。金属导体具有正的温度特性37第37页，共85页，编辑于2022年，星期一3.2.2 热电阻数学的表达式电阻值与温度之间有良好的线性关系。铂电阻在0630范围内可用下式表示 RtR0（1+At+Bt2）在1900范围内为:RtR0（1+At+Bt2+Ct3）式中
24、，R0、Rt分别为0及t时铂电阻的电阻值，A、B、C为常数：A3.968410-3/B=-5.84710-7/C=4.2210-12/。38第38页，共85页，编辑于2022年，星期一v铜电阻铜电阻铜电阻在铜电阻在5015050150的温度范围内的关系式为的温度范围内的关系式为 R Rt tR R0 0（1+t1+t）温度系数温度系数4.28899104.2889910-3-3/铜铜电电阻阻与与铂铂电电阻阻相相比比，铜铜电电阻阻的的线线性性好好、便便宜宜，缺缺点点是是在在100100以以上上易易氧氧化化,铂铂电电阻阻在在高高温温下下特特性性好好、稳稳定定，但价格高。但价格高。铟电阻测温铟电阻测
25、温 范围为范围为269-258锰电阻测温锰电阻测温 范围为范围为271-210碳电阻测温碳电阻测温 范围为范围为273-26839第39页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3 热敏电阻v热敏电阻是采用金属氧化物分为v正 温 度 系 数 热 敏 电 阻 PTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor)v负 温 度 系 数 温 敏 电 阻 NTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)，v临界温度系数热敏电阻CTR（Critical Temperature Resistor）。40第40页，共8
26、5页，编辑于2022年，星期一3.3.1 热敏电阻的工作原理1.PTC热敏电阻PTC热敏电阻采用钛酸钡材料（BaTiO3），常温下电阻率在106.M以上，为绝缘体。当掺入微量（约0.10.3）的稀土类金属氧化物，高温烧结后，电阻率为0.110n型半导体。它在某一温度Tc（居里点）附近，电阻率从负温度系数转变为正温度系数，且电阻率急剧增大103107倍。具有正温度系数.表达式为RT、RT0分别为T、T0时热敏电阻阻值。Bp为材料常数。温度升高阻值升高为正温度系数41第41页，共85页，编辑于2022年，星期一2.NTC热敏电阻NTC热敏电阻采用的是半导体金属氧化物材料。具有p型半导体的特性.对于
27、一般半导体材料，电阻率随温度的变化主要依赖于载流子浓度。而迁移率随温度的变化可以相对忽略。温温度度 上上升升 迁迁移移率率 随着增加随着增加 导电能力增强导电能力增强电阻随温度的变化表达式为Bn为NTC热敏电阻的材料常数.温度升高阻值下降为负温度系数42第42页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.2 热敏电阻的温度特性 如果纵坐标用RT/R25表示，横坐标用T表示，PTC，NTC热敏电阻温度特性曲线都通过（25oC、1）这一点。RT/R25To(25,1)Tc12543第43页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.3 3.3.3 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数1.1.标称电
28、阻值标称电阻值R R2525（）标标称称电电阻阻是是热热敏敏电电阻阻2525o oC C时时的的阻阻值值。如如果果环环境境温温度度不不是是2525o oC C，而而在在25252727 o oC C，则按下式计算：则按下式计算：R R2525、R Rt t分别是温度为分别是温度为2525 o oC C、t t o oC C时的热敏电阻值；时的热敏电阻值；2525为为2525 o oC C时电阻的温度系数。时电阻的温度系数。44第44页，共85页，编辑于2022年，星期一2.电阻温度系数t单位温度变化下（指在规定的温度）热敏电阻值的相对变化率，其表达式 3.3.耗散系数耗散系数H H（mw/mw
29、/）耗散系数表示温度变化耗散系数表示温度变化11时，热敏电阻耗散的功时，热敏电阻耗散的功率。率。例如：25oCR2550oCR5045第45页，共85页，编辑于2022年，星期一4.4.时间常数时间常数(S)(S)表示热敏电阻加热或冷却的响应速度，其表达表示热敏电阻加热或冷却的响应速度，其表达式为热容量式为热容量C C与耗散系数之比即与耗散系数之比即C/HC/H。5.最高工作温度热热敏敏电电阻阻在在规规定定的的技技术术条条件件下下，长长期期工工作作所所允允许的温度为热敏电阻最高工作温度许的温度为热敏电阻最高工作温度。其表达式。其表达式T Tm mT T0 0+（P PE E/H/H）P PE
30、E表示环境温度为表示环境温度为T T0 0时的额定功率。时的额定功率。P PE E/H/H热敏电阻耗散的功率引起的温度变化热敏电阻耗散的功率引起的温度变化 P PE E 是关键参数是关键参数46第46页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.4测量电路热敏电阻测量电路最常用的是电桥电路 实际使用，热电阻测温点与二次仪表要有相当一段距离。实际使用，热电阻测温点与二次仪表要有相当一段距离。用导线连接，导线电阻与热电阻串连，相当于增加了热电用导线连接，导线电阻与热电阻串连，相当于增加了热电阻的电阻值，会引起较大的测量误差。阻的电阻值，会引起较大的测量误差。47第47页，共85页，编辑于2022年
31、，星期一当现场待测温度距离仪表较远时，连接导线较长当现场待测温度距离仪表较远时，连接导线较长，其，其导线电阻导线电阻Rx大。在线短、大。在线短、0时电桥已平衡，但接长导线时电桥已平衡，但接长导线后，同样是后，同样是0，由于增加了两个导线电阻，由于增加了两个导线电阻Rx，电桥不却，电桥不却平衡了，平衡了，a点电位低于点电位低于c点，电表有高于点，电表有高于0的假指示（相的假指示（相当于系统误差）当于系统误差）。48第48页，共85页，编辑于2022年，星期一例1.Cu50热电阻，4.28103/，Rt050 接线电阻2Rx0.5,求该热电阻测量0时，显示仪表的指示值偏差多少？解：49第49页，共
32、85页，编辑于2022年，星期一热电阻实际值：热电阻桥臂电阻值：由：得指示值：在在100100时时可见，偏差2.34一直存在。如果连接线的电阻增为1，则偏差为4.67连接导线长度变，偏差也跟着变。50第50页，共85页，编辑于2022年，星期一mVRtR1R3R2RnVrr三线制可以消除导三线制可以消除导线电阻引起的测量线电阻引起的测量误差误差由于测点的远近、导线长短、线径等的随机性，由于测点的远近、导线长短、线径等的随机性，2Rx是不确定是不确定的，因此不能在显示表内进行补偿。想办法将相对的那就可以随时的，因此不能在显示表内进行补偿。想办法将相对的那就可以随时抵消误差？抵消误差？51第51页
33、，共85页，编辑于2022年，星期一在Rt增加了2Rx的同时，R2也跟着增加了2Rx，不论导线多长，电桥都能平衡。从二次仪表引出4根线，也称4线制。52第52页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.5 线性化 原理：平均选点法0TRTT Tc c-T-Tb b=T=Tb b-T-Ta aTaTbTcRbRaRcTa、Tb、Tc对应对应 的是的是Ra、Rb、Rc若线性若线性Ra-Rb=Rb-Rc若非线性若非线性Ra-Rb Rb-Rc要使上式相等，可选用一个固定的电阻要使上式相等，可选用一个固定的电阻R与与RT并联并联53第53页，共85页，编辑于2022年，星期一R=？RRTRTRT0Ra
34、RbRcT54第54页，共85页，编辑于2022年，星期一3.4 PN结温度传感器3.4.1 温敏二极管的工作原理温敏二极管是利用二极管正向压降与温度的关系实现温电转换。对于一个理想的pn结，正向电流表达式为：若考虑n+P结则55第55页，共85页，编辑于2022年，星期一将上式可改写为将上式可改写为式中B为表示与温度无关的因素，Tr为与温度有关项。3.4.2温敏三极管在前面分析中只考虑二极管的扩散电流，忽略了空间电荷区的复合电流成分和表面复合电流成分，这两种电流也与温度有关，因此温敏二极管电压与T之间是偏离理想情况的。而温敏三极管将克服这两种电流的影响，这两个电流成分作为基极电流漏掉，温敏三
35、极管的温度特性只考虑集电极电流与温度之间的关系。在一定电流下，二极管正向电压随在一定电流下，二极管正向电压随温度的升高而降低，呈负温度系数。温度的升高而降低，呈负温度系数。56第56页，共85页，编辑于2022年，星期一1。温敏三极管的线性化 利用Ic电流的变化，实现线性化，电路不好调整,通常利用温敏差分对管线性化利用两只结构和性能晶体管的Vbe之差Vbe与温度之间关系实现线性化57第57页，共85页，编辑于2022年，星期一 I0I1I1I1I1I0T1T3T2T4mR58第58页，共85页，编辑于2022年，星期一3.4.3 集成温度传感器1.1.电流型集成温度传感器（电流型集成温度传感器
36、（AD590AD590）T1，T3发射区面积是T6 二倍，T9发射区是T10，T118倍，T1和T3发射区相等，Ic1Ic3，Ib1Ib3通过T6流向T7，并不加入Ic1，Ic3，T1和T3的集电极电流相等.T6的集电极电流为T3集电极的电流为1/2.因此流入T7的电流为I1/2，T8，T7的发射面积相同.I0I1I1I1I1I0T1T9T3T112R82T6T8T10T759第59页，共85页，编辑于2022年，星期一T8的电流也为I1/2，T10集电极电流为I1，另外，T7和T8处于平衡状态，T7、T8的基极电流也不会改变左右两支电流的对称性。由于Ic1Ic3，所以Ic9Ic11,.T9的
37、发射区面积为T11的8倍:总电流 I0I1I1I1I1I0T1T9T3T112R682T6T8T10T760第60页，共85页，编辑于2022年，星期一61第61页，共85页，编辑于2022年，星期一若取R6538欧姆，则I0/T1uA/K，绝对温度每升高1K，总电流变化1uA，实现温度测量。GNDV0Vcc62第62页，共85页，编辑于2022年，星期一 2.2.电压型集成温度传感器电压型集成温度传感器T1 T2 T3发射区面积相等，I1I2=I3I1I2I1I1I3T1T5T2T4R1V0R2T3+1.基本原理基本原理63第63页，共85页，编辑于2022年，星期一PTATV-V+V+V电
38、压型集成温度传感器其线路由基准电压、温度传感器和运算放大器组成。温度传感器是核心电路，输出电压与温度成正比。若将图中的输入与输出短接，电压跟随器起缓冲作用，输出为10mV/KT，即是PTAT的输出值。OUTOUTININ64第64页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.数字式集成温度传感器集成温度传感器.DS18B20采用DALLAS公司独特的单线总线技术，通过串行通信接口（I/O）直接输出被测温度值.适配各种单片机或系统机。65第65页，共85页，编辑于2022年，星期一为了保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，用一个MOS管和89C51的一个I/O口来完成对DS18B2
39、0总线的上拉。DS18B20的应用66第66页，共85页，编辑于2022年，星期一多片DS18B20与单片机的接线DS18B20与单片机通信分三步完成:系统通过反复操作，搜索DS1820的序列号启动在线DS1820做温度变换.读出在线DS1820变换后的温度数据，从而实现温度测量。67第67页，共85页，编辑于2022年，星期一3.5 热释电红外传感器3.7.1 热释电效应对于某些极化晶体，随着温度变化时，引起表面极化值变化的现象，称为热释电效应，这些晶体称为热释电晶体（铁电体），例如BaTiO3等。任何物体，只要它的温度高于绝对零度，就会有红外线向周围空间辐射，利用某些材料的热释电效应来探测
40、红外线辐射能量的器件为热释电红外传感器68第68页，共85页，编辑于2022年，星期一 372 热释电效应的表达式 当红外线照射到已极化的铁电晶体薄片上时，引起薄片的温度升高。表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，释放的电荷可用放大器转变成输出电压。如果红外辐射继续，薄片的温度升高到新的平衡值，表面电荷达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也无输出信号，即在稳定状态下，输出信号下降到0。69第69页，共85页，编辑于2022年，星期一 热释电晶体受热时，两电极间的电压与温度变化速率dT/dt成正比：A为电极面积；为电极面积；为比例常数。当温度发生变化时，若在两为比例常数。当温度发生变化时，若在两电极
41、间接上负载电极间接上负载RL.负载中就有热释电流流过：负载中就有热释电流流过：USRLIS/RL用表示（为热释电系数）70第70页，共85页，编辑于2022年，星期一UsRfR1R2Uo-+UsRfR1R2-+Uo3.6 3.6 应用应用复习反相输入放大器同相输入放大器71第71页，共85页，编辑于2022年，星期一Us-+UoUs1RfR1R3-+Us2UoR1电压跟随器差分放大器72第72页，共85页，编辑于2022年，星期一Ux-+UrU0UxUrU0073第73页，共85页，编辑于2022年，星期一74第74页，共85页，编辑于2022年，星期一3.6.1温度补偿正负TIeTVbe75
42、第75页，共85页，编辑于2022年，星期一2Dw2301稳压管二极管稳压二极管76第76页，共85页，编辑于2022年，星期一3.6.2温度测量调平衡稳压温敏二极管调满量程77第77页，共85页，编辑于2022年，星期一RfR1R3-+UoR1V+RaRbRcRt差分放大热敏电阻78第78页，共85页，编辑于2022年，星期一温度补偿放大电路电压型集成电压型集成温度传感器温度传感器79第79页，共85页，编辑于2022年，星期一3.6.3温度控制电流不能突变温敏电阻（负）继电器温度控制电路1温度设定保护作用80第80页，共85页，编辑于2022年，星期一81第81页，共85页，编辑于2022年，星期一温度控制电路2继电器比较器比较器稳压二极管加热器比较器82第82页，共85页，编辑于2022年，星期一3.6.4其它应用1.自动消磁电路.RtRtIB2.自动延时电路RtJV正正83第83页，共85页，编辑于2022年，星期一3.单向电机启动线圈RtVL1L2L1运转线圈L2启动线圈产生启动力距正84第84页，共85页，编辑于2022年，星期一(1)(2)课堂作业课堂作业11.判断下列的连接图对错.2.热敏电阻的三线制接法有什么优点？85第85页，共85页，编辑于2022年，星期一