項目七溫度傳感器(理論)

1、 信號檢測與傳感器技術(shù)項目七：溫度傳感器目錄u溫度傳感器概述u一、熱電偶u二、熱敏電阻u三、電阻式u四、集成IC溫度傳感器概述u溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。u溫度傳感器：能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器u應(yīng)用：物理現(xiàn)象體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色PN結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計1氣體溫度計2玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4雙金屬溫度計5.液體

2、壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1熱鐵氧體2Fe-Ni-Cu合金溫度傳感器概述u分類：u1.熱電偶u2.熱敏電阻u3.電阻溫度檢測器u4.集成IC溫度傳感器一、 熱電偶u1. 原理：溫差電現(xiàn)象當(dāng)當(dāng)TT0時，時，EAB(T，T0)0當(dāng)當(dāng)TT0時，時，EAB(T，T0)T0時，時，EAB(T，T0)=0 正（熱）端正（熱）端:A負(fù)（冷）端負(fù)（冷）端:B一、 熱電偶u結(jié)構(gòu)：一、 熱電偶u2. 特點u測量精度高：直接測量；u測量范圍廣：常用的溫度傳感器熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到-269(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2800(如鎢-錸)。u構(gòu)造簡單、使用方便：溫度傳

3、感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便一、 熱電偶u3. 分類 u根據(jù)組成熱電偶的金屬絲材質(zhì)不同，將熱電偶分為不同類型，不同類型對應(yīng)不同的分度表；u熱電偶分度表主要分S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。u其中S 代表鉑銠10，溫度可以達1300+，是所有熱電偶中精度最高的。u例：K型熱電偶分度表及使用u分度表是冷端為分度表是冷端為0度時測得的！度時測得的！一、 熱電偶u4. 冷端補償 ：u如果冷端溫度不是0C，那么，為了確定實際熱端溫度必須已知冷端溫度。考慮到非零冷端溫

4、度的電壓，必需對熱電偶輸出電壓進行補償，既所謂的冷端補償。u冰點漕法冰點漕法：將冷端放入冰水混合物中；一、 熱電偶u計算修正法：計算修正法：u用普通室溫計算出冷端實際溫度TH，利用公式計算: EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)u例:用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，冷端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T,TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得uEAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)u=1.999+0.832 =2.831(mV)u再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端

5、溫度T=68。u注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49，也不能把49加上21，認(rèn)為T=70。一、 熱電偶u零點遷移法零點遷移法u應(yīng)用領(lǐng)域:如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定(如恒溫車間或有空調(diào)的場所)。u實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補償。一、 熱電偶u軟件處理法：軟件處理法：u對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。u對于T0經(jīng)常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機，按照運

6、算公式設(shè)計一些程序，便能自動修正。u集成芯片：如集成芯片：如max6675，自帶溫度補償功能；，自帶溫度補償功能；二、熱敏電阻u1.原理：電阻隨溫度變化二、熱敏電阻u2.優(yōu)點：u 簡單方便、體積??；u3.缺點：u 阻值與溫度的非線性；u 易老化，測量范圍窄；三、電阻式溫度傳感器u1.原理：溫度隨電阻變化u如：pt100是鉑熱電阻，當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。測量范圍 -200 至 650 ；uRt=Rt01+(t-t0)u式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0）時對應(yīng)電阻值；=0.00392,為溫度系數(shù)u2、優(yōu)點：

7、耐酸堿、不會變質(zhì)、相當(dāng)線性；四、集成ICIC溫度傳感器u1.原理：u 利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性；u2.優(yōu)點：u 輸出線性好、測量精度高, 傳感驅(qū)動電路、信號處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封裝后的組件體積非常小,使用方便,價格便宜,故在測溫技術(shù)中越來越得到廣泛應(yīng)用。 u3.分類：u 電壓輸出型：AN6701S；u 電流輸出型：AD590 ;u 數(shù)字輸出型：DS1820;四、集成ICIC溫度傳感器u4. DS1820簡介u 單線接口：僅需一根口線與MCU連接；u 無需外圍元件；u 由總線提供電源；u 測溫范圍為-55125，精度為0.5；u 九位溫度讀數(shù)；u A/D變

8、換時間為200ms；u 用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。 四、集成ICIC溫度傳感器u5.5.DS1820DS1820引腳及功能引腳及功能u GND：地； VDD：電源電壓u I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出腳(單線接口，可作寄生供電)DS1820123GNDI/O VDD(a)PR35封裝DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封裝NCNCNCNCVDDNC一根線如何通信？一根線如何通信？-SPI總線！總線！四、集成ICIC溫度傳感器u6. 一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號點1位），但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，表給出了DS1820溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系。溫度/輸出的二進制碼對應(yīng)的十六進制碼+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H000000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820溫度與數(shù)字量對應(yīng)關(guān)系表四、集成ICIC溫度傳感器u仿真實例比較熱電偶熱電偶pt100熱敏電阻熱敏電阻DS1820優(yōu)點可測量到小范圍內(nèi)的溫度，熱響應(yīng)快，耐振動和耐沖擊，可以測