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1、工作任务1-1 电阻式温度传感器电子课件 中职 传感器技术及应用（高教版）之一 电阻式温度传感器 温度传感器就是通过测量某些物理量参数随温度的变化而间接测量温度的。温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。温度传感器也称为热-电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。任务描述 温度为温度传感器电路提供热源，感温元件通过热源提供的热能感应出温度的高低，再由转换电路转换成电流。温度传感器电路是由温度敏感元件（感温元件）和转换电路组成的如下
2、图所示。任务条件 温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性实现测量温度。一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。由铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路。该电路测量误差小于0.15%，适用于工业精密温度测量和控制的场合。电路图如下图。1.铂
3、电阻传感器构成的数字温度检测控制电路 铂电阻传感器构成的数字显示温度检测控制电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，特别掌握好RP1、RP2和RP3的调整；（3）特别检查铂电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确实现的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。在有条件的地方，可以对传感器
4、铂电阻RT的电阻值与温度特性进行测试，只要对铂电阻RT加热后就可以对铂电阻的电阻值进行测量，并把对应的数据填在下表。温度（）200150100500 50 100 150 200铂 电 阻 阻 值（）电路组成和功能作用 电路采用三只高精度的运算放大器IC13OP-07，IC4ICL7170CPL是一块A/D模数转换集成电路，IC5TL431是一块精密基准电压集成电路。温度传感器是一种分度为Pt100的铂电阻。它具有很宽的测温范围，可以在200850的温区内测量，并有极好的稳定性。电路工作过程 IC1及其外围元件构成了温度检测置换电路；IC2及其外围元件构成了放大电路；IC3、VT1及其元件构成
5、了比较和驱动控制电路；RP3用于设定温度值；SA1设定和测量切换开关；IC4及其外围元件构成了A/D置换、非线性校正、温度显示电路；RP2为线性补偿可调电位器。温度检测电路：铂电阻RT连接在IC1的负反馈回路中。当RT随温度变化时，IC1的增益也会发生相应的改变，由此可将传感器感受到温度信息转变成电压的变化，信号并从IC1“6”脚输出。输出的信号经R7加到IC2的“2”脚，经反相放大后从IC2“6”脚输出并分两路：一路作为测量显示信号经开关SA1到由IC4组成的电路；另一路回到比较器IC3的“2”脚。铂电阻灵敏度补偿：把开关SA1拨至“测量”位置，信号经R10进入A/D转换集成电路ICL710
6、7CPL“31”脚。由于铂电阻的温度灵敏度随温度升高而降低，IC4除了能对信号进行A/D转换外，还可以对铂电阻进行高精度的线性补偿。IC4的“35”脚（REFLO端）基准输入电压负端通过RP2、R11与输入信号相连，故“35”脚上的电位也会随信号发生变化。当被检测的温度较低时IC4的“35”脚的电位也较低，而IC4的“36”脚（REFHI端）基准输入电压正端的电压是由R1、R3、RP1、R5等分压后得到的。当检测的温度较高时，加到IC4的“35”脚电压较高，使“36”脚的电压低于“35”脚电压，此时A/D转换器的灵敏度较高。因此，A/D转换器的转换特性正好与铂电阻温度灵敏度关系相反，适当调节R
7、P2的值，可以很好地补偿非线性，这种非线性校正方式可以使温度测控仪的测温非线性误差小于0.1%。温度设定与控制：温度设定是由开关SA1处于“设定”位置时调节RP3的值对温度设定的，此时显示的数值即为设定的温度值。设定好温度后，把开关拨至“测量”位置即可进行温度的测量和控制。比较器IC3的同相端“3”脚为基准电压输入端。基准电压是由R1、R6、RP3分压后得到的。比较信号是由IC2“6”脚输出加到IC3“2”脚上的检测信号，与基准电压比较后决定了VT1的状态（导通或截止），进而由继电器JK1吸合或释放来实现将温度值控制在设定值上。电路调整：该电路对温度控制的量程范围为200200C（此时的分辩率
8、为0.1C），这时可以对温度控制范围进行调整：用精度较高的电阻或精密电阻箱的100.00电阻代替RT，调节RP1的值，使显示屏显示“00.0”。用175.84代替RT，调节RP4，使显示屏显示出准确的“200.0”。用138.50代替RT，调节RP2，使显示屏显示“100.0”。正温度系数热敏电阻广泛应用在防止电路电流突然浪涌过大做成损坏，如在电力线路设备、铁路系统设备及电话线路设备等都使用正温度系数热敏电阻加以保护。电路图如下图。2.正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用 正温度系数热敏电阻PTC在彩色电视机消磁电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图
9、检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查正温度系数热敏电阻PTC传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用 电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻PTC、消磁电阻、继电器JK电路组成。电路主要是给彩色电视机CRT显像管在电视机开机时进行消磁。电路工作过程 正温度系数热敏电阻PTC在消磁电路
10、中与消磁线圈串接，消磁线圈一般安装在显示器的四周，由继电器电路控制消磁电路的工作。在继电器JK吸合的瞬间，由于热敏电阻（在电路中消磁电阻）阻值很小，故起始电流很大，产生很大的交变电流，也就产生很强的交变磁场，但热敏电阻很快由于电流通过而温度升高，电阻值逐渐增大而使交变电流减小，消磁线圈产生的交变磁场呈周期性的衰减，从而达到对显示器消磁的目的。消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电流通过，所产生的微弱交变磁场会对图像产生影响，而且消磁电阻长期通电发热也容易发热损坏。因此如电路图所示，采用双刀双掷开关继电器对消磁电路进行控制，只要消磁完毕后，继电器释放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生的交变
11、磁场影响图像了。在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻传感器常用于温度控制。热敏电阻RT是属于负温度系数热敏电阻。电路图如下图。3.负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用 负温度系数热敏电阻在电冰箱中的温度控制电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，运算放大器IC1可用相同功能集成块代换；（3）特别检查负温度系数（NTC）热敏电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和
12、安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用 电路是由IC176339的两个运算放大器及外围元件组成两个电压比较器，由IC2CD4011的两个与非门电路组成RS触发器，由VT18050组成一个冰箱压缩机开关电路。电路主要是对冰箱内的温度进行恒温控制的作用。电路工作过程 当冰箱接通电源后，由电阻R4和R5分压后级IC1的A级同相端“5”脚提供一固定基准电压Ui1，由温度调节电路的电位器RP1输出一设定温度电压Ui3给IC1的B级反相输入端“8”脚，这样就由A级
13、组成开机检测电路（压缩机接通工作），由B级组成关机检测电路（压缩机断开停止工作）。当冰箱内的温度高于设定温度时，由于负温度系数热敏电阻传感器RT和R3的分压Ui2 Ui1、Ui2Ui3，所以A级输出低电平，而B级输出高电平。由IC2组成的RS触发器的输出端“3”脚输出高电平，使VT1导通，继电器JK1吸合，其常开触点闭合，接通压缩机电动机电路，压缩机开始制冷。当压缩机工作一定时间后，冰箱内的温度下降，到达设定温度时，负温度系数热敏电阻传感器RT电阻值增大，使IC1的A级同相输入端和B级反相输入端电位Ui2下降，使Ui2 Ui1、Ui2Ui3，A级的输出端变为高电平，而B级的输出端变为低电平，使
14、RS触发器的工作状态发生翻转，输出为低电平，VT1截止，继电器JK1停止工作，触点被释放压缩机停止制冷。冰箱停止制冷一段时间后箱体内温度升高，热敏电阻RT减小，使Ui2 Ui1、Ui2Ui3，压缩机重新制冷。周而复此地工作，使冰箱内的温度保持在一定范围之内。热电阻传感器是利用金属的电阻随温度升高而增大的特性来测量温度的，温度升高，金属的电阻率变大，总电阻值增加。所以很多导体都可以造成热电阻传感器。最常见的有铂、铜、镍等热电阻传感器。1.铂电阻传感器 厚膜及薄膜型铂热电阻传感器 这种铂电阻传感器是通过铂浆技术服务印制的方法在陶瓷基片上并经与激光修正后制成。它具有快速热响应性能及抗震性，测量精度高
15、，价格比一般温度传感器貴，通常用在测量精度要求较高的场合。使用十分方便。它有三种精度等级：A级为0.15，B级为0.3，C级为0.65（0时的允许误差）；表面绝缘为103M（250V，室温）；热时间常数小于0.1s；温度范围为70600；基本电阻间隔为38.5（0100的电阻差值）。绕丝铂热电阻传感器 绕丝铂热传感器主要用于高精度的温度则是和标准测温元件。它具有示值稳定，测量准确度高等优点，铂的纯度可用W（100）R100/R0来表示，其中R0表示在水凝固点（0C）时的电阻值，R100代表在水沸点（100C）时的电阻值。热电阻的检测 只要在常温下，可用万用表直接测量，其数值与标称值相同即可。与
16、标称值相差太远的不能使用。热敏电阻传感器是一种对反应比较敏感、电阻值会随的变化而改变的非线性电阻式传感器，它可以直接将温度的变化转变为电信号的变化。热敏电阻根据其制作的材料、形状、受热方式、温度变化特性的不同而具有多种的类型。制作热敏电阻的材料比较多，有陶瓷、玻璃态、塑料、金刚石、单晶半导体等。2.热敏电阻传感器 如下图为一些热敏电阻实物图和常见的热敏电阻外形。热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。热敏电阻实物图常见热敏电阻外形（1）正温度系数热敏电阻 正温度系数热敏电阻也称为PTC型热敏电阻，属于直热式热敏电阻，所谓直热式热敏电阻，是指利用电阻体本身通过电流时产生的热量，从而
17、使电阻值发生变化。正温度系数热敏电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻器。其主要特性是：当温度低于其某一温度时，其处于冷阻状态，电阻值很小。电阻值会随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。正温度系数热敏电阻温度的变化可以由流过它的电流来获得，也可以由其周围温度变化影响或者两者的出现来获得。型号识别 正温度系数热敏电阻型号通常是由六部分组成来表示，如：即包含下列内容：型号：MZ11A。M表示敏感组件，Z表示正温度系数热敏电阻。开关温度：75代表75C。类型代号：S代表微小型，A代表基本型，HV代表高压型。额定零功率电阻：采用电阻器的数字标注法表示。电阻值允许误差：N代表 30%，V代表 25%，M代表 20%，K代表 10%，J代表 5%，X代表其它允许误差。引线形状：U代表内弯，S代表直线形，A代表轴弯。基本参数 正温度系数热敏电阻有较多的参数，其中我们要特别了解的是：额定零功率电阻R25：指环境温度在25C 条件下测得的零功率电阻值。最小电阻Rmin：具有最小的零电阻值。