智能温度传感器原理和应用

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1、智能温度传感器原理及应用电气信息学院主要介绍几种温度传感器1、热电阻式温度传感器2、热电偶式温度传感器3、两种温度传感器控制系统的组成4、数学化温度传感器DS18B20（重点介绍）5、DS18B20温度传感器的应用（基于单片机实现）6,、总结电阻式温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。常见的电阻式温度传感器电阻式温度传感器

2、工作原理金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α(t-t0)]式中，Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。以Pt100为例如果测得电阻值为110，求实际温度值为多少？（a=1/2.5）铂电阻测温范围理论上是：-200~+500℃，但是一般超过300℃就不考虑用铂电阻了；而铜电阻的测温范围是：-50~+150℃热电偶式温度传感器在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。测量范围

3、大（－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～2800℃）一般工业上认为超过600℃算高温。常见的热电偶温度传感器热电偶温度传感工作原理当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。热电偶工作原理演示结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极A右端称为：自

4、由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB热电偶使用注意事项热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。冷端补偿方法补偿导线法利用补偿导线代替热电极，引导温度比较稳定的冷端测试。0℃恒温法将热电偶的冷端放入冰水混合容器内，以稳定冷端温度。冷端修正法(

5、a)热电势修正法(b)温度修正法4.冷端自动补偿法电桥补偿法冷端延长导线法和恒温补偿法冷端电桥补偿法热电阻热电偶测温功能的实现前面分别讲述了，热电阻、热电偶的测温检测原理。作为检测元件，检测到温度信号值，人是不能直接识别的。还需要温度变送器（将温度信号转换成4-20mA电流信号或1-5V电压信号，以便于远传控制）数字显示模块（便于现场读取数据）。温度变送器及数字显示温度控制系统的组成DS18B20温度传感器DS18B20是美国DSLLAS半导体公司推出的第一篇支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串型数字信号

6、供处理器处理。DS18B20引脚介绍DS18B20主要特点适应电压范围宽，电压范围在3.0～5.5V。独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃时精度为±0.5℃。可编程分辨率为9～12位，对应的可分辨率温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。在9位分辨率时，最多在93.78ms内把

7、温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内把温度转换为数字，显示速度快。测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20结构介绍DS18B20测温原理图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2