温度传感器

介绍几种温度测量方法
示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案
变得清晰可辨
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
温度升高后变为红色
CPU散 热风扇
低温时显示 蓝色
体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但 感温部件体积较大。
气体的体积与 热力学温度成正比
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红外温度计
激光瞄准
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其他形式的热敏电阻
玻璃封装 NTC热敏电阻
MF58 型热敏电阻
其他形式的热敏电阻
带安装孔的热敏电阻
大功率PTC热敏电阻
其他形式的热敏电阻（续）
贴片式NTC 热敏电阻
其他形式的热敏电阻（续）
MF58型（珠形） 高精度负温度系数 热敏电阻
MF5A-3型热敏电阻
（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）
非标热敏电阻
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制作电阻的金属和合金,应具备以下条件:
(1)较大的电阻率。
(2)温度系数较高。
(3)电阻与温度关系线性良好。
(4)物理与化学性能稳定。
(5)机械加工性能好。
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易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻
请挑选适合于制作热电阻的金属材料
金属热电阻材料的主要技术性能
理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际 在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差 信号比理论值小很多，实际输出信号为 4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2))
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二、热敏电阻
热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度 系数（PTC）之分。 NTC又可分为两大类： 第一类的电阻值与温度之间呈严格的负指 数关系，因此可用于测量温度：
RT R0e
B(
1 1 ) T0 T
第二类为突变型（CTR）。当温度上升 到某临界点时，其电阻值突然下降 ，可用于 控制温度 。
热敏电阻的外形、结构及符号
a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型 热敏电阻 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号 1—热敏电阻 2—玻璃外壳 3—引出线 4—紫铜外壳 5—传热安装孔
PTC热敏电阻
PTC热敏电阻属于临界温度型（CTR）。 当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降， 可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。大功率 PTC还可用作暖风机中的加热元件。
恒温加热PTC 热敏电阻
下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？
热敏电阻的特性曲线如下图2，计算公式如下，
R0＝1MΩ， T0＝25℃，B=4000,求100 ℃时的电
结论： 热电势大致与两个结点的温差ΔT或Δ t 成正比
从实验到理论得到有关热电效应的结论
如果用两盏酒精灯同时加热两个结点，指南 针的偏转角反而减小。这又说明什么？ 结论：
指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有 电流在回路中流动。 热电流的强弱与两个结点的温差有关，而不 是与单一的一端结点的温度成正比。
第 2章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
温度传感器及检测
温度检测的概述 热电阻测温传感器 热电偶温度传感器 集成温度传感器 温度传感器的工程设计实例
第一节
温度测量的基本概念
一、温度测量
的基本概念 温度标志着物 质内部大量分子无 规则运动的剧烈程 度。温度越高，表 示物体内部分子热 运动越剧烈。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！
威廉· 汤姆逊· 开尔文勋爵像
1990国际温标(ITS-90)
国际温度咨询委员会于1989年9月通过了1990 年新的国际温标(ITS-90),并上报国际计量委员会 批准。这个新国际温标于1990年1月1日起在全世
界各国开始执行。新温标用“T_(90)”代表势力
学温度,其单位仍用 K 表示。我国的国家法定测
敏感材料及测温原理 金属电阻的阻值大小与导体的长度 成正比,与导体的横截面积成反比,即
式中:R——导体的电阻； ρ——导体的电阻率； l——导体的长度； S——导体的截面积。
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改变温度t，金属导体的电阻率ρ与之大致成正比，即：
ρ=ρ0（1+αt）
式中，ρ0为0℃时导体的电阻率，α为电阻温度系数。
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Pt100测温电路分析
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测温原理：电路采用 TL431 和电位器 VR1 调节产生 4.096V 的参考电源；采用 R1、R2、VR2、Pt100 构成测量电桥（其中 R1＝R2，VR2 为 100Ω 精密电阻），当 Pt100 的电阻值和 VR2 的电阻值不相等时，电桥输出一个 mV 级的压差信号，这个压 差信号经过运放 LM324 放大后输出期望大小的电压信号，该信 号可直接连 AD 转换芯片。差动放大电路中 R3＝R4、 R5＝R6、 放大倍数＝R5/R3，运放采用单一 5V 供电。
3 1 A 2 T B
因为
R2=R3
所以
Rl+RA=RT+RB
若 RA=RB 则 RT=R1 如果RA≠RB,则RT≠R1,将引入测量误差。因此, RA=RB是三线制热电阻消内引线及连接导线阻影响的 前提条件。

图2－5
三线制测量电路
3)四线制 在热电阻感温元件的两端各连两 根引线,其中两根接恒流源，另两根 接电子电位差计，称为四线制。在高 精度测量时,要利用四线制,这种方式 不仅可消除内引线电阻影响,还可消 除连接导线电阻的影响。
非标热敏电阻（续）
非标热敏电阻（续）
热敏电阻温度面板表
热敏电阻
LCD
热敏电阻体温表
热敏电阻体温表的调试、标定方法
调试时， 应该先调哪一 只电位器，再 调哪一只电位 器？ 如何检验 表面刻度中其 他各点是否准 确？具体步骤 如何进行？
热敏电阻与电容器组成的RC多谐振荡器
多谐振荡器又称为矩形波发生器。 f≈1/(2RC) R
B R
铂铑30－铂铑6 铂铑13—铂
50～1820 C -50～1768 C
S
K
铂铑10—铂
镍铬－镍铬 (铝)
-50～1768 C
-270～1370 C
E
镍铬－铜镍 (康 铜) －270～800 C
——
5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？
几种常用热电偶的热电势与温度的 关系曲线分析
学习查“铂热电阻分度表”
请判断铂热电阻是否线性
薄膜式及装配式铂热电阻
小型铂热电阻
防爆型铂热电阻
坚实的外壳起“隔爆”作 用
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
铂电阻温度显示、变送器
测量值
上上限 上限 下限 下下限
上下限设定键
可设定温度的温度控制箱
旋转式机械 设定开关
拨码式 设定开关
哪一种更适合车间使用？
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分析下列热敏传感器模块工作原理
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第三节
热电偶的工作原理及分类
热电极B 自由端
（参考 端、冷 端）
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
热电势
右端称为：
测量端
（工作 端、热 端）
A
B
结论：
当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
从实验到理论：热电效应
二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。它规定 了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单 位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、 华氏温标、热力学温标等。
几种温标的对比
正常 体温为37 C ， 相当于 华氏温 度多少 度？
热力学温标（K）
热力学温标是建 立在热力学第二定律 基础上的最科学的温 标，是由开尔文 （Kelvin）根据热力 学定律提出来的，因 此又称开氏温标。它 的符号是T，单位是 开尔文（K） 。
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不 同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中 一个接触点（称为结点），发现放在回路中 的指南针发生偏转。这说明什么？
1－工作端 2－热电极 3－指南针 4－参考端
动画3：“结点”产生热电势的微观解 释
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自 由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发 生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属 A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得 到电子带负电，从而产生热电势。
阻值
解：T=273+100=373K（开氏）
1 1 ) T0 T 1 1 ) 298 373
RT R0e
B(
1 e
4000(
0.067 M 67 k
结论：100 ℃时的阻值只 有25 ℃时的1/15 。
热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电 阻
聚脂塑料封装 热敏电阻
t
f
f
去计算机的 计数器
热敏电阻用于CPU的温度测量
（参考小熊在线公司资料）
热敏电阻用于电热水器的温度控制
热敏传感器模块介绍
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模块使用说明 1、采用NTC热敏电阻传感器 2、热敏电阻模块对环境温度很敏感，一般用来检测周围环境 的温度； 3、通过对电位器的调节，可以改变温度检测的阀值（即控制 温度值），如需要控制环境温度为50度时，模块则在相应环境 温度调到其绿灯亮，DO则输出低电平，低于此设定温度值时， 输出高电平，绿灯不亮； 4、DO输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低 电平，由此来检测环境的温度改变； 5、DO输出端可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个温 控开关，控制相关设备的工作温度，也可以接风扇用来散热等； 6、本模块的温度检测范围为20-80摄氏度； 7、本模块也可以换成带有线的温度传感器，用于水温，水箱 等的控制。
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热电偶的种类及结构
八种国际通用热电偶：
B:铂铑30—铂铑6 、R:铂铑13—铂 S:铂铑10—铂 、 K:镍铬—镍硅
N:镍铬硅—镍硅
J:铁—铜镍 、 、
、
、
E:镍铬—铜镍、
T:铜—铜镍
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
几种常用热电偶的测温范围及热电势
分度号
名称
测量温度范围
1000C 热电势/ mV 4.834 10.506 9.587 41.276
A
＋
自由电子浓度高，失去电子多，
带正电
T
B
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eAB（ T ）
自由 电子
自由电子浓度低，失去电子少 得到电子多，带负电
热电偶的图形符号
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以上演示得出的结论： ——有关热电偶热电势的讨论
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势 与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δ t 的函数：
EAB(T，T0)=eAB ( T )- eAB ( T0 )

图2－4 感温元件的引线方式 (a)两线制;(b)三线制；(c)四线制
1)两线制 在热电阻感温元件的两端各连一 根导线,称为两线制。其特点是配线简 单,费用低,但由于引进了引线电阻的附 加误差,严重影响精度,因此,通常不适 用于测量。
2)三线制 在热电阻感温元件的一端连接两根引线,另 一端连接一根引线,称为三线制。它可以消除内 引线电阻的影响,测量精度高,应用最广。三线制 热电阻的测量线路如图2－5所示。当电桥平衡时， 有 R (R +R )=R (R +R )
3.测温引线方式及电路 用于测量热电阻值的仪器种类繁多,它们 的准确度、测量速度、连接线路各不相同。可 依据测量对象的要求,选择适宜的仪器与线路。 对于精密测量,常选用电桥或电位差计;对于工 程测温,多用自动平衡电桥或数字仪表或不平 衡电桥。从热电阻引线的方式可将之分为三种， 分别为两线制、三线制和四线制，如图2－4所 示。
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第二节
测温热电阻传感器
测温热电阻可分为金属和半导体两大类。 一、金属热电阻
温度升高，金属内部原子晶格的振动 加剧，从而使金属内部的自由电子通过金 属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻 率变大，电阻值增加，我们称其为正温度 系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。
金属丝电阻随温度增高而变大的演示
我们先来做一个实验。我们先用万用表测一下(100W/220V)灯泡 的冷态阻值只有几十欧，但它的额定热态阻值为484欧.。
温标准将统一采பைடு நூலகம்新的国际温，简称ITS-90。
ITS-90定义了一系列温度的固定点，测量和
重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如 水的三相点为273.16K（0.01C）等。
三、温度测量及传感器分类
温度传感器按照用途可分为基准温度计和 工业温度计；按照测量方法又可分为接触式 和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、 电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式 分，有自发电型、非电测型等。
哪几种热电 偶的测温上限较 高？ 哪一种热电 偶的灵敏度较高？ 哪一种热电 偶的灵敏度较低？ 哪几种热电 偶的线性较差？