第7章-热电式传感器ppt课件.ppt

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1、第七章热电式传感器第一节热电式传感器概论第二节热电偶一、热电效应原理二、热电偶基本定律三、热电偶结构和种类四、热电偶测量电路五、热电偶冷端补偿方式第三节热电阻第四节热敏电阻传感器第五节热电式传感器的应用每课一新每课一新温度变化转变为传感元件电、磁参数的变化电阻磁导电动势测量电路可测的电参数一、热电式传感器定义第一节热电式传感器概论二、热电式传感器分类：在各种热电式传感器中，以把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍,分类如下:1、热电偶将温度转变为电动势。2、热电阻将温度转变为金属电阻值的变化。3、PN结型温度传感器利用半导体PN节与温度的关系。4、热敏电阻将温度转变为半导体电阻值的变化。第

2、二节热电偶一、热电效应原理把两种不同的金属A和B连接成如图1(a)所示的闭合回路。如果将它们的两个接点中的一个进行加热，使其温度为T而另一点置于室温T0中、则在回路中就有电流产生。如果在回路中接入电流计M。如图1(b)所示．就可以看到电流计的指针偏转，这一现象称为热电效应。通常把两种不同的金属的这种组合称为热电偶A和B称为热电极温度高的接点称为热端(或称为工作端)．而温度低的接点称为冷端(或称为自由端)有理论分析知道，热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成。为什么会产生接触电势和温差电势呢图7-1热电效应原理图？（一）、接触电势产生的原因由于所有金属都具有自由电子，而且在不同

3、的金属中自由电子的浓度不同，因此当两种不同金属A和B接触时，在接触处便发生电子的扩散。B金属A金属e扩散+++---e扩散反扩散反扩散在这种动态平衡状态下，A和B两金属之间便产生一定的接触电势．图7-2它的数值取决于两种金属的性质和接触点的温度、而与金属的形状及尺寸无关。由物理学可知，该电势为波尔兹曼常数（）绝对温度材料A、B的自由电子密度电子电荷电量()（二）、温差电势产生的原因对于任何一个金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同。温度高的一端浓度大．具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此，高温端的自由电子要向低温端扩散．最后同样要达到动态平衡，高温端失去电子而带正

4、电，而低温端得到电子带负电。从而在曲端形成温差电势，又称为汤姆森电势。在由两种不同金属组成的闭合回路中．当两端点的温度不同时，回路中产生的热电势等于上述电位差的代数和。（三）、回路中的总热电势(1)金属A和金属B的一个接点在温度为T时，产生的接触电势。(2)金属A和金属B的另一接点在温度为T0时，产生的接触电势。(3)金属A两端温度为T,T0时，形成的温差电势。(4)金属B两端温度为T,T0时．形成的温差电势。因此，整个闭合回路内、总的热电势为:应该指出的是，在金属中自由电子数目很多、以致于温度不能显著地改变它的自内电子浓度。所以在同一种金属内的温差电势极小，可以忽略。因此，在一个热电偶回

5、路中起决定作用的是两个接点处产生的与材料性质和该点所处温度有关的接触电势，故上式可改写为：在实际使用中为了方便，在标定热电偶时，使T0为常数、即则上式变为：若固定T0则热电势可仅看作是T的函数图7-3各种热电偶的热电势与温度关系曲线To=0℃)对于各种不同金属组成的热电偶，温度与热电势之间有着不同的函数关系。一般是用实验的方法来求取这个函数关系。如图7—3所示的曲线,或列成表格(称为热电偶分度表)，供使用时查阅。Sensor近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温

6、度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。1、模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、温度传感器的发展历史、趋势(一)响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校定，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM13

7、5等。2、智能温度传感器数字温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术ATE的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。其特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU