溫度傳感器應(yīng)用

1、關(guān)于溫度傳感器的應(yīng)用第一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 2溫度傳感器的類型Template for Microsoft PowerPoint第二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 3溫度傳感器的測溫范圍第三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 4用比較法測量各種量（如電阻、電容、電感等）的儀器。最簡單的是由四個支路組成的電路。各支路稱為電橋的“臂”。如圖電路中有一電阻為未知（2），一對角線中接入直流電源，另一對角線接入檢流計?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)各已知電阻的值使中無電流通過，則電橋平衡，未知電阻21/3。圖2中，非平衡電橋的BD兩端接負載電阻為Ro的電

2、壓表。該電橋不需要調(diào)平衡，只要測量輸出電壓Uo或電流Io，就可得到Rx值。當(dāng)負載電阻Ro（即電橋輸出處于開路狀態(tài)）時，Io=0，電橋輸出端接數(shù)字電壓表或高輸入阻抗放大器時屬這種情況。電橋第四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 5電橋R0較大時，I0趨向于零因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根據(jù)分壓原理，輸出電壓Uo為：即設(shè)室溫t= t0時，Rx= Rx0，當(dāng)溫度t= t0+D t時，Rx= Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得電壓Uo為：第五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 6測溫原理由于溫度變化而引起的溫度傳感器的阻值變化較小，通常采用電橋構(gòu)成放大器

3、。當(dāng)溫度傳感器的阻值發(fā)生變化時，電橋的兩臂出現(xiàn)不平衡。這使得電橋輸出一 個毫幅級的電壓而供中間級放大器放大，再經(jīng)后續(xù)電路測量。電橋輸出電壓的值可以通過下式求得： 第六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 7熱電阻傳感器熱電阻：電阻值隨溫度變化的溫度檢測元件。 金屬熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系： RT=R01+a(T-T0)+b(T-T0)2. 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；為溫度系數(shù)。 半導(dǎo)體熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系： RT=AeB/t 式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。 第七張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于202

4、2年6月Page 8采用熱電阻構(gòu)成的測溫儀器有電橋、直流電位差計、電子式 自動平衡計量儀器、動圈比率式計量儀器、動圈式計量儀器、 數(shù)字溫度計等用熱電阻進行溫度測量時的接法有四線式接法、三線式接法、 二線式接法第八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 9熱電阻傳感器的四線式接法為了消除熱電阻測量電路中電阻體內(nèi) 導(dǎo)線以及連線引起的誤差，在右圖所 示的電橋及直 流電位差計或數(shù)字電壓 表中，熱電阻體采用線連接方式， 這樣，可用于對標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計進行 校正，并能對溫度進行高精度的測 量。 如圖所示為熱電阻傳感器構(gòu)成的電橋測溫計。圖中，為熱電阻體構(gòu)成的電阻元 件，為檢流計或微電流檢測器，為固

5、定電阻，R為平衡調(diào)節(jié)電阻，S為切換開關(guān),L1、L2為熱電阻體內(nèi)導(dǎo)線。 檢流計上部的電壓: VGU=RX/(RX+R)U 下部的電壓： VGD=R4/(R3+R4)U 檢流計的電壓： VG=VGU-VGD=(RXR3-R4R)/(R3+R4)(R+RX).U 由上式可見只要RX的值發(fā)生變化，則VG發(fā)生變化 第九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 10另一種四線式接法 右圖中R為固定電阻， R為平衡調(diào)節(jié)電 阻，S為切換開關(guān),L1、L2為熱電阻體內(nèi)導(dǎo)線。 設(shè)R1的左半部分電阻為R10,右半部分電阻為R11. R2的左半部分電阻為R20,右半部分電阻為R21.R3 的左半部分為R30,

6、右半部分為R31. 當(dāng)S接到A時： 檢流計的左半部分電壓為：VGL=(R30+R10)/(R+R10+R30)U 右半部分電壓為：VGR=(RX+R21)/(RX+R21+R)U 則檢流計和R11、R20兩邊的電壓為： VG=VGL-VGR=(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/(R+R1+R30)(RX+R21+R)U 當(dāng)S接到B時： 檢流計的左半部分電壓為：VGL=(R30+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)U 右半部分電壓為：VGR=R21/(R21+R)U 則檢流計和R11、R20兩邊的電壓為： VG=VGL-VGR=(R21R-RR30-R10R-RRX)/(R+R

7、10+R30+RX)(R21+R) 第十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 11熱電阻構(gòu)成電位差計或數(shù)字電壓表為熱電阻體構(gòu)成的電阻元件，為標(biāo)準(zhǔn)電阻，為電流調(diào)節(jié)電阻，為切換開關(guān)。 VRs=RS/(Rh+RS+RX)U VRx=Rx/(Rh+RS+RX)U 通過電位差計或數(shù)字電壓表測出 VRs與VRx的差值從而確定出溫度第十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 12溫度傳感器的三線式接法 采用線式連接方式時使用的導(dǎo)線必須是材質(zhì)、線徑、長度及電阻值相等，而且在全長導(dǎo)線內(nèi)溫度分布相同。這種方式可以消除熱 溫度傳感器電阻內(nèi)導(dǎo)線及連線引起的大部分誤差，一般的溫度測量大都采用

8、這種接線方式。 不難算出檢流計兩邊的電壓為： VG=(RRx-RR3)/(Rx+R)(R+R1)U圖a）為電橋或動圈式計量儀器圖 ）為帶放大器的動圈式計量儀器 放大器兩輸入端的電壓為： V=(RRx-RR3)/(Rx+R)(R+R1)U第十二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 13圖）為電子自動平衡式計量儀器 ，圖）為數(shù)字式溫度計 設(shè)RP上端的電壓為RPU,下端電壓為RPD, 圖C)中放大器兩邊的電壓為： UA=(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)U第十三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 14三線式接法能消除誤差的原理PT100引出的三根導(dǎo)線截

9、面積和長度均 相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路 一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt100)作 為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根(r1) 接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3) 分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰 的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻 值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引 線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影 響。第十四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 15熱電阻傳感器的二線式接法右圖所示電路為采用線式連接方式， 這種接線方式不能消除連線電阻隨溫度 變化引起的誤差，為此，應(yīng)確保連線電 阻值遠低于測溫的熱電阻值。一定要將 外部的電阻值調(diào)整到計量儀器說明書中

10、提供的標(biāo)稱值。外部電阻是指接在計量 儀器的測量端子外側(cè)的導(dǎo)線及測溫?zé)犭?阻體內(nèi)導(dǎo)線所組成的電路的電阻，不包 括由熱電阻體構(gòu)成的電阻元件的電阻。 采用熱電阻進行高精度的溫度測量時， 不希望采用線式連接方式，即使采用也要使用電阻補償導(dǎo)線 檢流計兩邊的電壓為： UG =(RxR-RRP)/(R+Rx)(R+RP)U 第十五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 16 采用電阻補償導(dǎo)線的線式連接方式采用這種2線式接法和三線式接法有同樣的效果圖a）為電橋或動圈式測溫計，圖b）為電子自動平衡式計量儀器第十六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 173線式鉑熱電阻實用電路第十七張，

11、PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 18相關(guān)計算 (起始值) 由于A1放大器的虛短和虛段特性,V+=V-,I+=I-=0 ,則RA和RB兩端的電壓為穩(wěn)壓管兩端的電壓，即是5V ,所以VT1集電極的電流為：i=5/(RA|RB)=1mA RT的初始阻值為：RT=100 B點電壓為：VB=1(mA)X(2r+100) b點電壓為：VA=1(mA)X(r+100) 先討論r對電路的影響(此時R0=R1=0)： 從B點看，則b點電壓為0，此時,V+=V-=0,流過R2和R3電流相同，則增益為： A1= -(R3/R2)(1+R5/R4)=-(1+R5/R4) 從b點看，則B點電壓為0，由虛

12、短和虛斷特性，且R2=R3增益為： A2=(1+R3/R2)(1+R5/R4)=2(1+R5/R4) 則輸出為：U0=VBA1+VAA2=100(1+R5/R4) 當(dāng)溫度無變化時電路輸出電壓為0： B點的電壓為(此時此時R0=R10)：VB=1(mA)X(2r+200)，從B點看到的增益和從B看到的增益相同，而且b點增益也不變。 則輸出電壓為：U0=VBA1+VAA2=0第十八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 19相關(guān)計算（動態(tài)值）當(dāng)溫度變化時，設(shè)電阻值變化為R. 由前面知道：VB=1(mA)X(2r+200+R) VA=1(mA)X(r+100+R) 電路的增益不變，則電路

13、的輸出值： U0=VBA1+VAA2 =-(1+R5/R4) X1(mA)X(2r+200+R)+2(1+R5/R4)X1(mA)X(r+100+R) =-(1+R5/R4)R(mV) 可見，電路輸出信號的增益主要取決于R5/R4的比值。調(diào)節(jié)R5/R4的比值 就可以改變電路增益的大小。圖第十九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 20 電容的作用濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。 去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。 旁路電容用在有電阻連接時，接在電阻兩端使交流信號順利通過。 在數(shù)字電路中由于電路有很高的頻率，就

14、對電流的需求忽高忽低，使得電源有了一定頻率的變化。所以在一般的數(shù)字IC的電源旁路都有去耦電容，大小一般為0.1uF. 0.1F的去耦電容對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1F、10F的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些. 對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。第二十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 21熱電偶傳感器熱敏電阻加熱時，溫度從變化到時，熱敏電阻的溫

15、度為： 0.632（） 這種熱響應(yīng)特性如圖所示。圖中，熱敏電阻冷卻時從變到，或加熱時從變到時，冷卻或加熱到與間溫度差的63.2需要的時間稱為熱時間常數(shù)。第二十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 22熱敏電阻的基本連接方式圖是個熱敏電阻與個電阻的并聯(lián)方式，這可簡單構(gòu)成線性電路，若在以下的范圍內(nèi)，其非線性可抑制在以內(nèi)，并聯(lián)電阻的阻值為熱敏電阻的阻值的0.35倍。圖和圖為合成電阻方式，溫度系數(shù)小，適用于寬范圍的溫度測量，測量精度也較高。圖為比率式，電路構(gòu)成簡單，具有較好的線性。第二十二張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 23右圖是采用熱敏電阻的溫度測量電路， 圖為并

16、聯(lián)方式，熱敏電阻與電阻 并聯(lián)，輸出為： U0=( )Ub 式中，/。由于這種電 路非常簡單，電源電壓的變化會直接影 響輸出，因此，工作電源一般采用穩(wěn)壓 電源。圖)為橋接方式，熱敏電阻作為橋 的一臂，輸出為橋路之差，即為: 0 ( )Ua 式中，/。用熱敏電阻構(gòu)成的測溫計第二十三張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 24 圖c用熱敏電阻作為運算放大器的反饋電阻的測溫電路，電路中2.5V基準(zhǔn)電壓與電阻形成的電流變換為與熱敏電阻阻值變化相應(yīng)的電壓，這作為運算放大器A1的輸出電壓。該輸出電壓再經(jīng)運算放大器A2后會被扣除一定的偏置電壓，于是A2的輸出電壓信號與溫度相對應(yīng)。該電路的熱敏電阻直

17、接接在運算放大器構(gòu)成的反相放大電路中，易受到外部感應(yīng)噪聲的影響，因此，重要的是熱敏電阻回路的布線要盡量短。 根據(jù)繼承運算放大器的性質(zhì)不難算得： U0= 圖d是熱敏電阻與比較器組合的電路，其電路若達到設(shè)定溫度，則比較器A1開始工作，A1應(yīng)具有適當(dāng)時滯特性，這樣，電路就具有較好的快關(guān)特性。 U+=(1.5+RP)/(1.5+RP+RT|Rs)Ucc U-=(1/2)Ucc U+U-時比較器開始工作。 第二十四張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 25熱電敏的數(shù)字式體溫計第二十五張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 26熱電偶傳感器熱電偶：一端結(jié)合在一起的一對不同材 料的

18、導(dǎo)體，并應(yīng)用其熱電效應(yīng)實現(xiàn)溫度 測量的敏感元件。 如圖，若使T0為給定的恒定溫度，如趨為00C,則熱電動勢僅為T一端（稱為測量端）溫度T的單值函數(shù)。 則電動勢電壓為： EAB=(T,T0)=eAB(T)-f(T0)=f(T)-0=(T)第二十六張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 27熱電偶的優(yōu)點熱電偶是將溫度變換為電量進行檢測，因此方便紀(jì)律與控制。價廉而且容易買到，測量方法簡便而且精度高，測量時間也比較短。測量溫度范圍較寬，可以根據(jù)靈敏度與壽命選用熱電偶的種類與線徑。可以測量較小物體的溫度以及狹窄所處的溫度。被測物體與計量儀器件的距離可較遠，途中即使局部發(fā)生溫度變化，對測量值幾

19、乎沒有影響第二十七張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 28熱電偶的缺點能使用的熱電偶的種類受到測量場環(huán)境的限制。除需要絕緣管和保護管以外，還需要基準(zhǔn)點或基準(zhǔn)節(jié)點補償。精度限定為測量溫度或裸線溫度的0.2%左右。高溫或長期使用時由于環(huán)境的影響使其性能下降，因此，需要定期檢查與更換。組裝時手接觸或機油等使熱電偶受到污染而影響其壽命，出現(xiàn)測溫節(jié)點的短線故障以及外電路的短路事故。第二十八張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 29熱電偶實際應(yīng)用時要滿足以的條件熱電動勢應(yīng)較大。高溫或低溫使用時，熱電動勢穩(wěn)定，而且壽命長。耐熱性號，在高溫時還能保證有足夠的機械強度。耐腐蝕性強，

20、對空氣等的環(huán)境適應(yīng)性強。對于同種類熱電偶的芯線其特性均勻，互換性強。價廉而且容易買到第二十九張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 30基準(zhǔn)節(jié)點熱電偶的熱電勢由熱電偶的兩觸點間誤差決定，為此，需要設(shè)定作為基準(zhǔn)的結(jié)點，即基準(zhǔn)結(jié)點。這個標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)點用冷結(jié)點，然而，這個冷結(jié)點的溫度變化并不意味著時測量的溫度。因此，要確定不同方式的基準(zhǔn)結(jié)點，即冰點式基準(zhǔn)結(jié)點、電子冷卻式基準(zhǔn)結(jié)點、恒溫式基準(zhǔn)結(jié)點、補償式基準(zhǔn)結(jié)點和室溫式基準(zhǔn)結(jié)點等。如右圖為冰點式基準(zhǔn)結(jié)點。由于冰水保持熱平衡，因此，基準(zhǔn)結(jié)點就保持在冰點處。第三十張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 31補償式基準(zhǔn)結(jié)點恒溫槽式基準(zhǔn)結(jié)點是用溫度調(diào)節(jié)器將基準(zhǔn)結(jié)點的溫度調(diào)整為恒定溫度，這時，用溫度計測量基準(zhǔn)結(jié)點的溫度，需要對基準(zhǔn)結(jié)點的溫度進行補償。如右圖，這是在測量儀器的一部分測量電路中，采用溫度系數(shù)較大的基準(zhǔn)結(jié)點補償電阻RC,將基準(zhǔn)結(jié)點的溫度變化引起的電壓變化加到熱電偶的熱電勢中對其進行補償?shù)姆绞?，工作電源采用電池或穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電源。第三十一張，PPT共三十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Page 32對基準(zhǔn)溫度結(jié)點進行補償對于基準(zhǔn)結(jié)點溫度校正為00C的熱電偶溫度計，若使用時其基準(zhǔn)結(jié)點溫度為