第六章 熱電式傳感器

1同學(xué)們好！第六章熱電式傳感器熱電傳感器熱能電能測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量溫度電勢電阻——

熱電偶

金屬半導(dǎo)體

熱電阻熱敏電阻——PN結(jié)型溫度傳感器Thermoelectrictransducer3§6-1熱電阻一、熱電阻材料特點(diǎn)（1）高溫度系數(shù)、高電阻率（2）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性（4）良好工藝性原理：金屬材料的電阻隨溫度變化而變化Thermo-resistance傳感器技術(shù)——第六章4二、常用熱電阻1、鉑電阻其中，RT、R0——溫度為T℃和0℃時(shí)的電阻；

A、B、C為常數(shù)：A=3.940×10-2/℃B=-5.84×10-7/℃2C=-4.22×10-12/℃4分度表——R0=50

和100

時(shí)的Rt–t關(guān)系傳感器技術(shù)——第六章0~660℃-190℃~0℃52、銅電阻國際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定：在–259.34℃~630.74℃內(nèi)，以鉑電阻作為溫度基準(zhǔn)器優(yōu)點(diǎn)：（1）易提純（2）在高溫和氧化性介質(zhì)中性能穩(wěn)定（3）輸出近線性（4）測量精度高傳感器技術(shù)——第六章其中，A、B、C為常數(shù)：A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃2C=1.233×10-9/℃3-50℃~150℃模型1：精確計(jì)算時(shí)6傳感器技術(shù)——第六章模型2：簡便計(jì)算，常用二項(xiàng)式計(jì)算其中，RT、R0——溫度為T℃和T0℃時(shí)的電阻；

——溫度為T0℃時(shí)的溫度系數(shù)。73、其它熱電阻——

低溫、超低溫傳感器技術(shù)——第六章8三、熱電阻的測量電路兩線制控制室生產(chǎn)現(xiàn)場指示儀表rrRt1、三線制uAr：電橋電源；2r：相鄰臂傳感器技術(shù)——第六章平衡：r=0，導(dǎo)線電阻r對測量無影響9四、熱電阻應(yīng)用舉例例1：測量真空度I恒溫容器被測介質(zhì)玻璃管鉑電阻絲傳感器技術(shù)——第六章（1）不受其它條件約束；（2）保證恒流源I穩(wěn)定。2、四線制電位差計(jì)

10例2：氣體成分分析儀傳感器技術(shù)——第六章——第i種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)——第i種氣體的百分含量——已知——可測量——可求出A——參考室——工作室11§6-2熱敏電阻一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)玻璃殼熱敏電阻引線（a）珠狀（b）片狀（c）桿狀（d）墊圈狀半導(dǎo)體金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳Ni等的氧化物采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；（2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（10倍）；（3）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測量。傳感器技術(shù)——第六章12熱敏電阻的主要參數(shù)傳感器技術(shù)——第六章13二、熱敏電阻的溫度特性負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTR04080120160200106104102100溫度℃電阻CTRNTCPTC傳感器技術(shù)——第六章141、NTC的R-T特性TR傳感器技術(shù)——第六章——0℃

（273.15K）——0℃時(shí)的阻值試驗(yàn)求A、B：152、NTC的伏安特性IU

電流較?。壕€性，歐姆定律電流增加：阻值減小、非線性電流較大：阻值減小超過電流增加傳感器技術(shù)——第六章3、NTC的溫度系數(shù)

低溫段比高溫段靈敏

靈敏度比金屬熱電阻高（10倍）

16三、NTC輸出特性的線性化處理電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)TR傳感器技術(shù)——第六章2、并聯(lián)法1、串聯(lián)法ATR四、應(yīng)用舉例例1：測流速例2：熱電式繼電器JT正常：RT

較大、BG不導(dǎo)通、

J不吸合T升高：RT

減小、BG導(dǎo)通、

J吸合應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)傳感器技術(shù)——第六章A——熱敏電阻——平衡電阻電橋平衡電橋失衡18比較熱電阻與熱敏電阻?相同：熱阻效應(yīng)不同：材料、體積、結(jié)構(gòu)靈敏度、測量電路線性、R-T特性傳感器技術(shù)——第六章19§6-3熱電偶1、定義M2、熱電勢產(chǎn)生的原因（1）接觸電勢擴(kuò)散電場漂移Thermocouple一、熱電效應(yīng)Thermoelectriceffect傳感器技術(shù)——第六章——自由電子密度M偏轉(zhuǎn)熱電勢熱電偶、熱電極、熱端、冷端20（2）溫差電勢M熱端冷端傳感器技術(shù)——第六章（3）回路的總熱電勢——溫差系數(shù)——熱端和冷端的絕對溫度21產(chǎn)生熱電勢的條件：熱電偶采用不同電極材料兩端溫度不同試驗(yàn)方法求解傳感器技術(shù)——第六章忽略溫差電勢：224008001200160070

5030100溫度℃熱電勢（mV）鐵-考銅鎳鉻-考銅EA2鎳鉻-鎳硅EV2鉑銠-鉑LB-31、中間導(dǎo)體定律導(dǎo)體A、B組成的熱電偶中插入第三種導(dǎo)體C，只要導(dǎo)體C兩端溫度相同，則對熱電偶總熱電勢無影響。二、熱電偶基本定律BasiclawsforThermocouple傳感器技術(shù)——第六章意義：可以用電器儀表直接測量熱電勢2、連接導(dǎo)體定律熱電偶導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)線C、D相接，總熱電勢為兩部分的代數(shù)和。意義：運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行溫度測量的理論基礎(chǔ)傳感器技術(shù)——第六章243、中間溫度定律意義：為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)傳感器技術(shù)——第六章已知溫度T0=0℃時(shí)的熱電勢-溫度關(guān)系，可求得參考溫度不為0℃時(shí)的熱電勢。若導(dǎo)體A與C、B與D的材料分別相同，則：254、參考電極定律若兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成熱電偶的熱電勢已知，則A、B組成的熱電偶也已知。標(biāo)準(zhǔn)電極：鉑傳感器技術(shù)——第六章例：已知求：26三、熱電偶的結(jié)構(gòu)種類（1）熱電極（2）絕緣套（3）保護(hù)套管（4）接線盒與介質(zhì)隔離，優(yōu)良傳熱性能防止電極間短路氧化鋁管、耐火陶瓷鋁合金熱電性質(zhì)穩(wěn)定物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定電阻溫度系數(shù)小、電導(dǎo)率高輸出熱電勢大、輸出呈線性復(fù)制性好、工藝簡單、價(jià)格低

貴金屬普通金屬1、熱電偶的結(jié)構(gòu)傳感器技術(shù)——第六章272、熱電偶的種類傳感器技術(shù)——第六章28常用熱電偶型號(hào)及測溫范圍傳感器技術(shù)——第六章29四、熱電偶實(shí)用測量電路1、測量單點(diǎn)溫度2、測量兩點(diǎn)之間的溫差傳感器技術(shù)——第六章儀表——熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線和儀表內(nèi)阻303、測量平均溫度儀表缺點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，不易察覺。傳感器技術(shù)——第六章314、測量幾點(diǎn)溫度之和傳感器技術(shù)——第六章儀表32五、熱電偶冷端補(bǔ)償方法1、0℃恒溫法標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物3、補(bǔ)償電橋法傳感器技術(shù)——第六章冷端T=20℃T升高不變錳銅絲銅導(dǎo)線冷端補(bǔ)償器2、恒溫修正法冷端保持恒定溫度T0：T0=50℃33六、應(yīng)用舉例除法器指示儀放大器放大器待測金屬銅電極銅線康銅線絕緣物金屬材質(zhì)鑒別儀傳感器技術(shù)——第六章341、“熱電偶冷端溫度智能補(bǔ)償與檢測”，《傳感器技術(shù)》參考文獻(xiàn)：2、“NTC熱敏電阻溫度傳感器”，《傳感器世界》傳感器技術(shù)——第六章35§6-4PN結(jié)型溫度傳感器半導(dǎo)體器件的某些性能參數(shù)與溫度的關(guān)系檢測原理：溫敏二極管、溫敏三極管、集成溫度傳感器傳感器技術(shù)——第六章36一、溫敏二極管傳感器技術(shù)——第六章式中而——與遷移率有關(guān)的常數(shù)——絕對溫度0K時(shí)的禁帶寬度，單位：eV理想二極管——正向電流——飽和電流——電子電荷——玻爾茲曼常數(shù)——絕對溫度，單位：K式中：——正向電壓二、溫敏三極管理想二極管擴(kuò)散電流、復(fù)合電流、表面電流傳感器技術(shù)——第六章發(fā)射結(jié)正向電壓NPN：式中負(fù)溫度系數(shù)-500255075100125150700

6005004003002001000溫度℃UF（mV）溫敏晶體管虛地集電極電流恒定集電極電流完全由擴(kuò)散電流組成三、集成溫度傳感器溫敏晶體管輔助電路優(yōu)點(diǎn)：體積小、成本低理想線性輸出傳感器技術(shù)——第六章39傳感器技術(shù)——第六章忽略基極電流：兩只晶體管集電極面積相等，40熱電式傳感器的溫度自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)用熱電式傳感器（熱電阻、熱電偶）設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器，當(dāng)熱水器內(nèi)的水溫低于95℃時(shí)，控制電路給出信號(hào)使電熱水器電源接通，給水加熱；當(dāng)熱水器內(nèi)的水溫達(dá)到95℃時(shí)，控制電路自動(dòng)切斷熱水器電源，停止給水加熱，使其處于保溫狀態(tài)。要求：系統(tǒng)原理及連線圖。傳感器技術(shù)——第六章411、比較熱電阻與熱敏電阻。2、常用的熱電阻材料？3、熱電阻為什么要采用三線制或四線制的測量方法？分別的測量原理？4、NTC的R-T特性及U-I特性？5、NTC輸出特性線性化的方法？傳感器技術(shù)——第六章42例1：空氣流速檢測工作原理：

LM335電壓輸出型集成溫度傳感器大電流：T傳感器

>T環(huán)境空氣靜止和流動(dòng)：

T傳感器不同、U0

不同流速越大、散熱越強(qiáng)、