《傳感器原理與應(yīng)用》課件

傳感器原理與應(yīng)用1精選課件ppt傳感器原理與應(yīng)用1精選課件ppt第一章溫度傳感器一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，用于檢測溫度和熱量，也叫熱電式傳感器。2精選課件ppt第一章溫度傳感器一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，用于檢溫度傳感種類溫度-電阻：熱電阻、熱敏電阻等溫度-電勢：熱電偶、PN結(jié)式傳感器熱輻射：熱釋電探測器、紅外探測器其他：光纖溫度傳感，液晶溫度傳感等等3精選課件ppt溫度傳感種類溫度-電阻：熱電阻、熱敏電阻等3精選課件ppt電阻型溫度傳感器利用感溫材料，把測量溫度變化轉(zhuǎn)為測量電阻變化。金屬熱電阻式（熱電阻）半導(dǎo)體熱電阻式（熱敏電阻）4精選課件ppt電阻型溫度傳感器利用感溫材料，把測量溫度變化轉(zhuǎn)為測量電阻變化金屬熱電阻1.電阻溫度系數(shù)a要高。純金屬>合金2.測溫范圍內(nèi)，化學(xué)物理性能穩(wěn)定3.良好的線性輸出特性4.比較高的電阻率5.可加工性。如鉑，銅，鐵，鎳5精選課件ppt金屬熱電阻1.電阻溫度系數(shù)a要高。純金屬>合金5精選課件pp幾種正溫度系數(shù)金屬熱電阻溫度特性6精選課件ppt幾種正溫度系數(shù)6精選課件ppt熱敏電阻熱敏電阻是用某種金屬氧化物為基體原料，加入一些添加劑，采用陶瓷工藝制成的具有半導(dǎo)體特性的電阻器。電阻溫度系數(shù)比金屬大很多。正溫度系數(shù)PTC負(fù)溫度系數(shù)NTC臨界溫度系數(shù)CTR7精選課件ppt熱敏電阻熱敏電阻是用某種金屬氧化物為基體原料，加入一些添加劑三類熱敏電阻溫度特性曲線8精選課件ppt三類熱敏電阻8精選課件pptPTC熱敏電阻電阻溫度特性曲線突變型RT=R0exp(AT)緩變型RT=A+BT9精選課件pptPTC熱敏電阻電阻溫度特性曲線9精選課件pptPTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性曲線10精選課件pptPTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性10精選課件pptNTC熱敏電阻lnRT～1/T關(guān)系曲線11精選課件pptNTC熱敏電阻lnRT～1/T關(guān)系11精選課件pptNTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性曲線12精選課件pptNTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性12精選課件pptCTR熱敏電阻負(fù)溫臨界熱敏電阻在某一溫度附近電阻值發(fā)生突變，在狹小的溫度范圍，阻值隨溫度增加降低3-4個數(shù)量級。13精選課件pptCTR熱敏電阻負(fù)溫臨界熱敏電阻13精選課件ppt半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率對溫度變化非常敏感，利用其電阻率隨溫度變化的特性可以實現(xiàn)溫度傳感。半導(dǎo)體材料電阻率決定于載流子濃度和遷移率。14精選課件ppt半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率對溫度變化非常敏感，利用其電阻遷移率與溫度關(guān)系：半導(dǎo)體載流子遷移率與載流子在電場作用下的散射機(jī)理有關(guān)。主要散射機(jī)構(gòu)為：聲波散射遷移率（晶格振動）電離雜質(zhì)遷移率15精選課件ppt遷移率與溫度關(guān)系：15精選課件ppt電阻率與溫度關(guān)系：本征半導(dǎo)體：本征載流子濃度決定雜質(zhì)半導(dǎo)體：載流子濃度和遷移率決定16精選課件ppt電阻率與溫度關(guān)系：16精選課件ppt硅熱電阻17精選課件ppt硅熱電阻17精選課件ppt硅熱電阻電阻-溫度特性正向偏置偏置電流1mA室溫25度1000Ω18精選課件ppt硅熱電阻電阻-溫度特性18精選課件ppt硅熱電阻電阻-電流關(guān)系

偏置電流應(yīng)小于1mA

19精選課件ppt硅熱電阻電阻-電流關(guān)系19精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語零功率電阻在某一溫度下測量熱敏電阻值時,加在熱敏電阻上的功耗極低,低到因其功耗引起的熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計.額定零功率電阻R25額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測得的零功率電阻值20精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語零功率電阻20精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語溫度系數(shù)α熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對變化.溫度系數(shù)越大，反應(yīng)越靈敏最大電流Imax

最大電流是指熱敏電阻最高的電流承受能力.超過最大電流時熱敏電阻將會失效。21精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語溫度系數(shù)α21精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語居里溫度Tc

對于熱敏電阻的應(yīng)用來說,電阻值開始陡峭地增高時的溫度是重要的,我們將其定義為居里溫度.動作電流Ik

流過熱敏電阻的電流,足以使熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度,這樣的電流稱為動作電流.22精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語居里溫度Tc22精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語最大工作電壓Vmax

最大工作電壓是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下,允許持續(xù)地保持在熱敏電阻上最高的電壓.對同一類型而言,環(huán)境溫度越高,最大工作電壓值越低額定電壓VN

額定電壓是在最大工作電壓Vmax以下的供電電壓.通常Vmax=VN+15%23精選課件ppt熱敏電阻專業(yè)術(shù)語最大工作電壓Vmax23精選課件ppt熱敏電阻的應(yīng)用醫(yī)療應(yīng)用一般需在數(shù)字式溫度計、培養(yǎng)(恒溫)箱、皮膚傳感器、導(dǎo)尿管、透析設(shè)備和呼吸器里使用來監(jiān)測溫度、血流或氣流。家電應(yīng)用一般使用以各種包裝的玻璃封裝薄片來監(jiān)測和控制烘箱、微波爐、淋浴器、空調(diào)器、冰箱、制冷機(jī)的溫度和監(jiān)控可充電鎳鉻電池上的溫度24精選課件ppt熱敏電阻的應(yīng)用醫(yī)療應(yīng)用一般需在數(shù)字式溫度計、培養(yǎng)(恒溫)箱、熱敏電阻的應(yīng)用電信應(yīng)用一般進(jìn)行溫度補(bǔ)償、溫度監(jiān)測與控制。典型應(yīng)用包括開關(guān)設(shè)備，以及無繩電話、收音機(jī)、可充電電池的充電控制。汽車應(yīng)用被用作進(jìn)氣傳感器、電池、發(fā)動機(jī)和傳動溫度傳感器、空調(diào)和內(nèi)/外環(huán)境溫度傳感器25精選課件ppt熱敏電阻的應(yīng)用電信應(yīng)用一般進(jìn)行溫度補(bǔ)償、溫度監(jiān)測與控制。典型電阻式溫度傳感器應(yīng)用流量檢測26精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用流量檢測26精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用過熱保護(hù)

27精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用過熱保護(hù)27精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用自動延時

28精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用自動延時28精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用恒溫箱控制

29精選課件ppt電阻式溫度傳感器應(yīng)用恒溫箱控制29精選課件ppt熱電偶利用兩種不同金屬連接在一起，當(dāng)結(jié)點處溫度變化時，另兩端產(chǎn)生電勢變化的原理制成的傳感器為熱電偶30精選課件ppt熱電偶利用兩種不同金屬連接在一起，當(dāng)結(jié)點處溫度變化時，另兩端熱電效應(yīng)1823年賽貝克發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬組合閉合回路，且使其兩觸點處溫度不同，回路中就會產(chǎn)生電流，這個物理現(xiàn)象稱為賽貝克效應(yīng)，也稱熱電效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)31精選課件ppt熱電效應(yīng)1823年賽貝克發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬組合閉合回路，帕爾帖效應(yīng)同溫度的兩種不同金屬相互接觸，由于金屬內(nèi)自由電子密度不同，在接觸面附近產(chǎn)生一個穩(wěn)定電勢叫帕爾帖電勢。32精選課件ppt帕爾帖效應(yīng)同溫度的兩種不同32精選課件ppt湯姆遜效應(yīng)一均勻介質(zhì)棒兩端溫度不同，導(dǎo)體的高、低溫端有溫度梯度，高溫端自由電子有較高動能向低溫端擴(kuò)散，形成內(nèi)建電場，內(nèi)建電場的產(chǎn)生又使電子由低溫端向高溫端漂移，當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡時，兩端的電勢差叫湯姆遜電勢。

33精選課件ppt湯姆遜效應(yīng)一均勻介質(zhì)棒兩端溫度不同，導(dǎo)體的高、低溫端有溫度梯參考端T0=0時，溫度與熱電勢關(guān)系EA：鎳鉻-鎳銅EU：鎳鉻-鎳硅LB：鉑銠-鉑34精選課件ppt參考端T0=0時，34精選課件ppt熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶的電勢大小與熱電極的直徑、長度及長度方向上的溫度分布無關(guān)，與材料和溫度有關(guān)。如果材料不均勻，將會產(chǎn)生無法估量的附加電勢差。35精選課件ppt熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：35精選課件ppt標(biāo)準(zhǔn)電極定律兩種金屬組成熱電偶電勢可以用它們分別與第三種金屬組成熱電偶電勢差來表示。工程上常以鉑、銅為標(biāo)準(zhǔn)電勢。36精選課件ppt標(biāo)準(zhǔn)電極定律36精選課件ppt中間導(dǎo)體定律在熱電偶參考端接入第三種均勻?qū)w只要保證其兩端溫度大小，則不影響原來的回路熱電勢值。

37精選課件ppt中間導(dǎo)體定律37精選課件ppt中間溫度定律熱電偶接點溫度T\T0，其熱電勢等于熱電偶接點溫度為T\Tn和Tn\T0相應(yīng)電熱勢的代數(shù)和。38精選課件ppt中間溫度定律38精選課件ppt熱電偶的材料在測量范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化和腐蝕。熱電勢足夠大，且熱電勢溫度最好是線性或簡單函數(shù)關(guān)系，測量精度高，誤差小。電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高。材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，易加工。39精選課件ppt熱電偶的材料在測量范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不熱電偶種類標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶鉑銠-鉑：高溫精密測量，中性介質(zhì)測量鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-鎳鋁、鎳鉻-考銅：熱電勢大，但測溫范圍小非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶鐵-康銅、鎢-錸系、銥-銠系：特殊用途，復(fù)制性差。40精選課件ppt熱電偶種類標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶40精選課件ppt熱電偶結(jié)構(gòu)電極直徑0.1-3.2mm長度按實際情況定電極之間用耐高溫絕緣材料41精選課件ppt熱電偶結(jié)構(gòu)電極直徑0.1-3.2mm41精選課件ppt熱電偶的實用電路單點溫度測量42精選課件ppt熱電偶的實用電路單點溫度測量42精選課件ppt熱電偶的實用電路兩點溫差測量43精選課件ppt熱電偶的實用電路兩點溫差測量43精選課件ppt熱電偶的實用電路串聯(lián)求和測量44精選課件ppt熱電偶的實用電路串聯(lián)求和測量44精選課件ppt熱電偶的實用電路并聯(lián)求平均溫度45精選課件ppt熱電偶的實用電路并聯(lián)求平均溫度45精選課件ppt半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器半導(dǎo)體材料器件的性能參數(shù)，如電阻率、pn結(jié)的反向漏電流和正向電壓等都與溫度有密切的關(guān)系，利用它們對溫度的敏感性制成半導(dǎo)體溫度敏感器件，實現(xiàn)對溫度的測量和補(bǔ)償功能。46精選課件ppt半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器半導(dǎo)體材料器件的性能參數(shù)，如電阻率、p二極管溫度傳感器利用二極管pn結(jié)正向電壓與溫度的關(guān)系

硅二極管，溫度每升高1度，正向電壓下降約2mV47精選課件ppt二極管溫度傳感器利用二極管pn結(jié)正向電壓與溫度的關(guān)系47精選三極管溫度傳感器三極管集電極電流Ic恒定，發(fā)射結(jié)上正向電壓Vbe隨溫度上升而線性下降。48精選課件ppt三極管溫度傳感器三極管集電極電流Ic恒定，發(fā)射結(jié)上正向電壓V集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一個芯片上的溫度傳感器，輸出結(jié)果與絕對溫度成正比，是理想的線性輸出集成溫度傳感器常采用對管差分電路設(shè)計。49精選課件ppt集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在PTAT原理電路ProportionalToAbsoluteTemperature

優(yōu)點：輸出結(jié)果與絕對溫度成正比，理想的線性輸出。

50精選課件pptPTAT原理電路ProportionalToAbsolu電壓型PTAT輸出電壓與溫度成正比，由恒流源、PTAT及晶體管組成51精選課件ppt電壓型PTAT輸出電壓與溫度成51精選課件ppt常用的電壓型溫度傳感器為四端輸出型：調(diào)整輸出溫度系數(shù)為10mV/KV+，V-：基準(zhǔn)電壓Vout：電壓輸出表示KVin：偏置電壓Vin=2.73V，Vout=0表示0oC52精選課件ppt常用的電壓型溫度傳感器為四端輸出型：52精選課件ppt電流型PTAT輸出電流與溫度成正比，由恒流源、PTAT組成53精選課件ppt電流型PTAT輸出電流與溫度成53精選課件pptAD590AD590工作電壓4-30V，測溫范圍-55-150度輸出電流和熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比54精選課件pptAD590AD590工作電壓4-30V，測溫范圍-55-15晶閘管晶閘管的特點是可以用弱信號控制強(qiáng)信號。從控制的觀點看，它的功率放大倍數(shù)很大，用幾十到一二百毫安電流，兩到三伏的電壓可以控制幾十安、千余伏的工作電流電壓。在許多晶體管放大器功率達(dá)不到的場合，它可以發(fā)揮作用。從電能的變化與調(diào)節(jié)方面看，它可以實現(xiàn)交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及變頻等各種電能的變換和大小的控制。55精選課件ppt晶閘管晶閘管的特點是可以用弱信號控制強(qiáng)信號。從控制的觀點看，晶閘管類型晶閘管有很多類型，比較常用的有普通晶閘管、高頻晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、無控制晶閘管、光控晶閘管和熱敏晶閘管。56精選課件ppt晶閘管類型晶閘管有很多類型，比較常用的有普通晶閘管、高頻晶閘晶閘管結(jié)構(gòu)與外形晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，其間形成三個PN結(jié)，引出三個電極，分別為陽極a、陰極k和控制極g。57精選課件ppt晶閘管結(jié)構(gòu)與外形晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，其間形成三個晶閘管柵極電流Ig控制通斷陽極A，陰極K，柵極G58精選課件ppt

溫敏晶閘管當(dāng)溫度升高時，J2結(jié)的反向漏電流指數(shù)增加，相當(dāng)于在柵極注入電流“開關(guān)溫度”59精選課件ppt溫敏晶閘管當(dāng)溫度升高時，J2結(jié)的59精選課件ppt溫敏晶閘管溫度控制1.增大反向漏電流2.利用柵極分路電阻,分流作用，増流作用60精選課件ppt溫敏晶閘管溫度控制1.增大反向漏電流60精選課件ppt半導(dǎo)體溫敏計應(yīng)用溫度控制61精選課件ppt半導(dǎo)體溫敏計應(yīng)用溫度控制61精選課件ppt熱輻射溫度計根據(jù)物體的熱輻射隨溫度變化測量溫度，屬于非接觸測量，不干擾溫度場，不受腐蝕。全輻射高溫計：用絕對黑