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1、温度传感器及应用温度传感器及应用(下）下）模块三模块三 温度传感器情景模拟温度传感器温度传感器热电偶热电偶热电阻热电阻热敏电阻热敏电阻主要内容主要内容任务一任务一.温度测量基本知识温度测量基本知识任务二任务二.热电偶传感器（重点）热电偶传感器（重点）任务三任务三.热电阻传感器热电阻传感器任务四任务四.热敏电阻热敏电阻任务五任务五.温度传感器温度传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。任务三任务三.掌握热电阻传感器的原理、结构、应用掌握热电阻传感器的
2、原理、结构、应用 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻分类热电阻分类按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。按结构分，普通型热电阻、铠装热电阻、薄膜热电阻按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻 三三.热电阻传感器热电阻传感器工作原理工作原理温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同
3、。三三.热电阻传感器热电阻传感器 取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。三三.热电阻传感器热电阻传感器金属热电阻及其特性金属热电阻及其特性热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量。1.铂电阻 铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出输入特性接近线性。三三.热电阻传感器热电阻传感器铂电阻的电阻值与温度之间的关系：A、B、C常数铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求
4、不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。三三.热电阻传感器热电阻传感器铜电阻铜电阻铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。铜电阻阻值与温度变化之间的关系：式中 A、B、C常量当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作 三三.热电阻传感器热电阻传感器其他热电阻其他热电阻镍使用温度范围是镍使用温度范围是-50-50100100和和-50-50150 150。但目前应用。但目前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国稳
5、定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）定为标准化热电阻）铟电阻适宜在铟电阻适宜在-269-269-258-258温度范围内使用，测温精度高，温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的灵敏度是铂电阻的1010倍，但是复现性差。倍，但是复现性差。锰电阻适宜在锰电阻适宜在-271-271-210-210温度范围内使用，灵敏度高，但温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。是质脆易损坏。碳电阻适宜在碳电阻适宜在-273-273-268.5-268.5温度范围内使用，热容量小，温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差灵敏度高，价格低廉，操作
6、简便，但是热稳定性较差。三三.热电阻传感器热电阻传感器易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 表表2-2 热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。热电阻的结构、类型热电阻的结构、类型你好 三三.热电阻传感器热电阻传感器 三三.热电阻传感器热电阻传感器感温元件结构感温元件结构 普通（装配式）铂电阻普通（装配式）铂电阻 三三.热电阻传感器热电阻传感器铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，
7、抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。铠装式铂电阻铠装式铂电阻 三三.热电阻传感器热电阻传感器薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用
8、。薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻 三三.热电阻传感器热电阻传感器薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻 小型铂热电阻小型铂热电阻 防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热铜热电阻电阻铂热电阻分度表铂热电阻分度表 三三.热电阻传感器热电阻传感器 热电阻的应用热电阻的应用热电阻温度计 通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，由环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。三三.热
9、电阻传感器热电阻传感器 任务四任务四.掌握半导体热敏电阻的原理、结构、应掌握半导体热敏电阻的原理、结构、应用用利利用用半半导导体体的的电电阻阻值值随随温温度度显显著著变变化化的的特特性性制制成成由由金金属属氧氧化化物物和和化合物按不同的配方比例烧结化合物按不同的配方比例烧结优优 点：点：(1)(1)热敏电阻的热敏电阻的温度系数温度系数比金属大（比金属大（4 49 9倍）倍）(2)(2)电电阻阻率率大大，体体积积小小，热热惯惯性性小小，适适于于测测量量点点温温、表表面面温温度度及快速变化的温度。及快速变化的温度。(3)(3)结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺点缺点：线性度较差，复现性
10、和互换性较差。：线性度较差，复现性和互换性较差。热敏电阻分类：热敏电阻分类：正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性热敏电阻典型特性 四四.半导体热敏电阻半导体热敏电阻PTCPTC热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护过热保护，发热源的定温控制，限流元件。发热源的定温控制，限流元件。CTRCTR热敏电阻热敏电阻负温度系数负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合
11、烧结而成物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：用途：温度开关温度开关。NTCNTC热敏电阻热敏电阻很高的负电阻温度系数很高的负电阻温度系数 主要由主要由MnMn、CoCo、NiNi、FeFe、CuCu等过渡金属氧化物等过渡金属氧化物 混合烧结而成混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的自动控制及电子线路的热补偿线路热补偿线路 四四.半导体热敏电阻半导体热敏电阻NTC热敏电阻热敏电阻1.热敏电阻的主要特性2.热敏电阻的结构3.热敏电阻的主要参数4.热敏电阻的线性化1.1.热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性 NTCNTC型热敏
12、电阻型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性温度特性 式中式中 R RT T,R R0 0热敏电阻在绝对温度热敏电阻在绝对温度T T，T T0 0时的阻值时的阻值()()；T T0 0,T T 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（K K）；）；t t0 0,t,t 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（）；）；B B 热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为200020006000K6000K，其大小取决于热敏电阻的材料。其大小取决于热敏电阻的材料。温度特性温度特性 B B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，值是表征
13、热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量 伏安特性伏安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系，当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散
14、热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。2.2.热敏电阻的结构热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式 3.3.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH 在环境温度为250.2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/；热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单
15、位为J；能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T=0.63(TT0)时所需的时间。额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率 3.3.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12MF12型型 NTCNTC热敏电热敏电阻阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电热敏电阻阻MF58 型热敏电阻
16、型热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）贴片贴片式式NTC热敏热敏电阻电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）MF58型（珠形）型（珠形）高精度负温度系高精度负温度系数热敏电阻数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）参考深圳科蓬达电子有限公司资料）非标热敏电阻非标热敏电阻非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）热敏电阻温度面板热敏电阻温度面板表表 热敏电热敏电阻阻 LCD热敏电阻体温表热敏电
17、阻体温表 热敏电阻体温表的调试、标定方法热敏电阻体温表的调试、标定方法 调试时，调试时，应该先调哪一应该先调哪一只电位器，再只电位器，再调哪一只电位调哪一只电位器？器？如何检验如何检验表面刻度中其表面刻度中其他各点是否准他各点是否准确？具体步骤确？具体步骤如何进行？如何进行？热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 一、电流输出型集成温度传感器一、电流输出型集成温度传感器 代表性器件：代表性器件：AD590AD590的主要参数（二端器的主要参数（二端器件）件）静态输出：静态输
18、出：+2+25 5C(298.2K)C(298.2K)298.2A298.2A（+2+25 5C C and V and VS S=+5 V=+5 V）测温范围：测温范围：5555 +150+150 C C 动态输出：动态输出：1A/K1A/K（+2+25 5C C and V and VS S=+5 =+5 V V）工作电压：工作电压：+4 V to+30 V.+4 V to+30 V.特点：特别适合远距离测温！特点：特别适合远距离测温！任务五任务五.温度传感器温度传感器二、二、电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器 代表性器件：代表性器件：LM135LM135的主要参数（三端器件
19、）的主要参数（三端器件）静态输出：静态输出：2.98V2.98V（+25 and I+25 and IR R=1mA=1mA）测温范围：测温范围：5555 +150+150（LM135LM135）动态电阻：动态电阻：0.60.6（+25 and I+25 and IR R=1mA=1mA）动态输出：动态输出：10mV/10mV/LM135、LM235、LM335的封装外外形及引线的封装外外形及引线基本应用电路基本应用电路恒流源供电电路恒流源供电电路静态输出调整电路静态输出调整电路串联扩展串联扩展灵敏度电路灵敏度电路可归零电路（可归零电路（t=0；V0=0）调节调节2K电位器，可以实现当温度为电
20、位器，可以实现当温度为0时，电路输出为零。时，电路输出为零。LM135温差测量电路温差测量电路用于测量两个温度传感器的温度差用于测量两个温度传感器的温度差 三、三、数字输出型集成温度传感器数字输出型集成温度传感器 （频率、（频率、I I2 2C C总线、一总线输出型）总线、一总线输出型）AD7414/I2C总线总线10位数字温度传感器位数字温度传感器 工作电压：工作电压：+2.7V to+5.5V.封装外形：封装外形：SOT-23 测温范围：测温范围：-40 to+85 测温精度：测温精度：2（分辨率（分辨率0.25）DS1820型型8/16一总线数字温度传感器一总线数字温度传感器 DS182
21、0有关参数有关参数 工作电压：工作电压：+3V to+5.5V.封装外形：封装外形：PR35 测温范围：测温范围：-55 to+125 测温精度：测温精度：1（分辨率（分辨率0.2）四、可编程半导体集成温控开关电路四、可编程半导体集成温控开关电路 典型器件举例典型器件举例AD22105AD22105 当当器器件件温温度度超超过过编编程程设设置置点点温温度度（由由编编程程电电阻阻R RSETSET决决定定）时时，2 2脚脚所所 连接的内部三极管导通（连接的内部三极管导通（2 2脚为集电极），输出低电平，吸入电流可达脚为集电极），输出低电平，吸入电流可达10mA10mA。作业：作业：上网查找上网查找5 5家以上生产热电偶的企业，列出家以上生产热电偶的企业，列出它们所生产的热电偶型号规格，了解其特它们所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。性和适用范围。谢谢！谢谢！