传感器第4版教学课件作者唐文彦第08章节热电式传感器

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1、传感器课程电子教案哈尔滨工业大学光电信息与检测技术研究所lihuipeng@.hit.edu.cn第八章　热电式传感器第一节　热电偶传感器第二节热电阻传感器第三节热敏电阻传感器第四节　集成温度传感器第一节　热电偶传感器一、热电偶的工作原理1．热电效应将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不同（T0≠T），则在两导体间产生热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。T0TBA闭合回路中两种导体叫热电极；两个结点中，一个称工作端或热端（T），另一个叫参比端或冷端（T0）。由这两种导体的

2、组合并将温度转换成热电动势的传感器叫做热电偶。热电动势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电动势所组成。（1）接触电动势不同金属导体接触，在接触表面形成一个稳定的电位差，叫做接触电动势。大小可表示为（2）同一导体中的温差电动势单一导体，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，即单一导体的温差电动势。温差电动势的大小可表示为有关热电偶回路的几点结论：热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极。如果热电偶两结点温度相等，则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路内的总电动势亦为零。热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间温度无关，只与

3、结点温度有关。2．热电偶基本定律（1）中间导体定律如图,A,B中接入第三导体C，当A、B结点温度为T，其余结点温度为T0，且T>T0时，则回路中总热电动势为由于在T＝T0的情况下回路中总电动势为零有中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电动势。参考电极定律图中导体C接在A、B之间，形成三个热电偶组成的回路。当结点温度为T，T0时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。这一规律称为参考电极定律。中间温度定律当热电偶的两个

4、节点温度为T，T1时,热电势为EAB（T,T1）；当热电偶的两个节点温度为T1，T0时,热电势为EAB(T1,T0)；当热电偶的两个节点温度为T，T0时,热电势为二、常用热电偶1．铂铑10—铂热电偶2．镍铬—镍硅热电偶3．镍铬—考铜热电偶4．钨铼5—钨铼20热电偶三、热电偶温度补偿热电偶输出的电动势是两结点温度差的函数。Ｔ作为被测温度端，T0作为参比温度端（冷端）通常要求T0保持为0℃，但在实际中做到这一点很困难，于是产生了热电偶冷端补偿问题。比较常用的是电位补偿法,即在热电偶回路中串入一个自动补偿的电动势。如图第二节热电

5、阻传感器一概述金属热电阻传感器（简称热电阻传感器）是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置。主要优点是：①测量精度高；②有较大的测量范围，尤其在低温方面；③易于使用在自动测量和远距离测量中；④与热电偶相比，它没有参比端误差问题。热电阻传感器之所以有较高的测量精度，主要是一些材料的电阻温度特性稳定，复现性好。二、热电阻材料和常用热电阻热电阻材料必须具有以下特点：①高且稳定的温度系数和大的电阻率，以便提高灵敏度和保证测量精度；②良好的输出特性，即电阻温度的变化接近于线性关系；③在使用范围内，其化

6、学、物理性能应保持稳定；④良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。材料的电阻率与温度的关系一般都可近似用一个二次方程描述ρ——电阻率；T——温度；a、b、c——由实验确定的常量。第三节热敏电阻传感器一、热敏电阻的工作原理半导体热敏电阻（简称热敏电阻）工作原理同金属热电阻一样，也是利用电阻随温度变化的特性测量温度。不同的热敏电阻材料，具有不同的电阻－温度特性，按温度系数的正负，将其分为正温度系数热敏电阻，负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。各热电阻的温度特性曲线如图所示负温度系数热敏电阻（NTC）其电阻随温度升高而降

7、低，具有负的温度系数，通常将NTC称为热敏电阻正温度系数的热敏电阻器（PTC）其电阻随温度增加而增加临界温度系数热敏电阻（CTR）其特点是在某一温度时，电阻急剧降低，因此可作为温度开关。二、热敏电阻的结构热敏电阻主要由热敏探头1、引线2、壳体3构成。电阻一般做成二端器件，但也有构成三端或四端的。根据不同的要求，可以把热电阻做成不同的形状结构，如图第四节　集成温度传感器一、概述随着半导体技术的发展，各种集成温度传感器件越来越多地应用于各种温度计量、温度控制领域。按照输出信号的形式，集成温度传感器可分为电流、电压和数字三类。主

8、要特点有：①灵敏度高②线性较好③重复性好④温度范围较窄⑤准确度较低二、集成温度传感器应用举例⒈AD590⒉DS1820