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生物医学传感器原理与应用第8章 热电式传感器

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《热电式传感器》PPT课件

《热电式传感器》PPT课件
铜丝的电阻值与温度之间的关系
在-50～150℃温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为： Rt＝R0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt — 温度为t℃时的铜电阻值 R0 — 温度为0℃时的铜电阻值
A、B、C — 常数 A＝4.28899×10-3/℃ B＝-2.133×10-7/℃2 C＝1.233×10-9/℃3
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
金属的电阻随温度的升高而
增大，但半导体却相反，它
温度
的电阻值随温度的升高而急
剧减小，并呈现非线性。
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
防水封装铂电阻
核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100 PT1000） 元件精度：±0.15℃ (A级) ±0.30℃ (B级) 封装材料：镀镍铜管或不锈钢管 管料尺寸：ø 4 * 25mm 连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
当热电阻安装 的地方比较远，则 其导线电阻当环境 温度变化时也要变 化，会造成测量误 差。
图中R1、R2、R3 为固定电阻，Rp为 调零电位器
其它热电阻
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
✓ 铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电 阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温 度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非 线性，仅用于-50~100℃；用的较少。
铂丝的电阻值与温度之间的关系
在-200～0℃范围内，Rt＝R0[1+At+Bt 2+C(t－100)t 3]

生物医学传感器原理与应用

生物医学传感器原理与应用

生物医学传感器原理与应用
生物医学传感器是一种能够检测生物体内生理参数的电子设备，它可以测量人体内的各种生理指标，如心率、血压、血糖、体温等。

这些传感器可以帮助医生更好地了解患者的身体状况，从而更好地制定治疗方案。

生物医学传感器的原理是基于生物体内的电信号。

人体内的各种生理指标都会产生电信号，这些信号可以通过传感器进行检测和测量。

传感器通常由两个部分组成：传感器本身和信号处理器。

传感器本身负责检测生物体内的电信号，而信号处理器则负责将这些信号转换成数字信号，以便于医生进行分析和诊断。

生物医学传感器的应用非常广泛。

它们可以用于监测患者的健康状况，帮助医生更好地了解患者的身体状况，从而更好地制定治疗方案。

例如，心脏病患者可以使用心率传感器来监测自己的心率，以便及时调整药物剂量。

糖尿病患者可以使用血糖传感器来监测自己的血糖水平，以便及时调整饮食和药物剂量。

除了用于医疗监测外，生物医学传感器还可以用于健康管理。

例如，智能手环可以监测用户的运动量、睡眠质量等健康指标，帮助用户更好地管理自己的健康。

生物医学传感器是一种非常有用的医疗设备，它可以帮助医生更好地了解患者的身体状况，从而更好地制定治疗方案。

随着技术的不
断发展，生物医学传感器的应用范围将会越来越广泛，为人类的健康事业做出更大的贡献。

热电式传感器的原理和应用

热电式传感器的原理和应用

热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。

它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。

1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。

根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。

2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。

当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。

通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。

3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。

每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。

通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。

二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。

1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。

它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。

2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。

通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。

3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。

例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。

4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。

例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。

结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。

它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。

热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。

热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。

生物医学传感器--热电

生物医学传感器--热电

T0
补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色
补偿导 线型号 SC或RC 补偿导线的线芯材料 配用热电偶 正极 铂铑10（铂铑）-铂 SPC（铜） 负极 SNC（铜镍） 红 绿 绝缘层着色
KC
KX NX EX JX TX
镍铬-镍硅
镍铬-镍硅 镍铬硅-镍硅
KPC（铜）
KPX（铜镍） NPS（铜镍） EPX（镍铬） JPX（铁） TPX（铜）
热电传感器
热电传感器——利用转换元件的参数随温 度变化的特性，将温度和温度有关的参数 的变化转换为电量变化输出。
热电阻传感器——温度变化引起电阻变化。 热电偶传感器——温度变化引起热电势变化。 包括：热电偶、热电阻、PN结、热释电……
A
B
热电偶工作原理
热电偶
——将两种不同的导体或半导体组成的闭合回 路。
KNC（铜镍）
KNX（镍硅） NNX（镍硅） ENX（铜镍） JNX（铜镍） TNX（铜镍）
红
红 红 红 红 红
蓝
黑 灰 棕 紫 白
镍铬-铜镍
铁-铜镍 铜-铜镍
使用补偿导线时注意问题：
补偿导线只能用在规定的温度范围内 （0~100℃）； 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同； 不同型号的热电偶配有不同的补偿导线，要求补 偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。 补偿导线由正、负极需分别与热电偶正、负极相 连； 热电偶一般为350～2000mm，补偿导线的作用 是将热电偶冷端延长到远离现场数十米远的控制 室里的显示仪表或控制仪表，这样, 冷端温度t0 比较稳定。
中间导体定则 ——在热电偶中接入不同性质的第三导体 C，如果保证C两端的温度相等，则接入第三导 体C后热电偶的总热电势不变。

生物医学传感-热电式

生物医学传感-热电式

• 一 热电偶传感器 (重点） • 二 PN结温度传感器 • 三 热释电传感器 • 四 热敏电阻传感器
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6
一、 热电偶传感器
1.热电效应（温差电现象或塞贝克效应）
热电极A
测量（工作
端、热端）
A
热电极B
热电势
自由（参考 端、冷端）
B
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冷端 （参比端）
T0
A
热电极
热端
A
T1
B
T2
T3
T1
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T3
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中间温度定律的应用
• 根据这个定律，将热电偶冷端延伸到温度恒定 的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供 了理论依据。
• 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。 在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。
用作参考电极(标准电极)的材料，目前主要为纯 铂丝，因为铂的熔点高，易提纯，且在高温与常温 时的物理、化学性能都比较稳定。
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【例】热端为100℃、冷端为0℃时，镍铬 合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为 2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电 动势为-4.0mV，求镍铬和考铜组合而成的热 电偶所产生的热电动势。
EAB(T，T0)EAB(T)EAB(T0)TT0(AB)dT ke(TT0)lnnnB A TT0(AB)dT
1) 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度 有关；与热电偶的长度、粗细无关。
2) 只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶； 相同材料不会产生热电势。
3) 只有当热电偶两端温度不同, 热电偶的两导体材料不 同时才能有热电势产生。

热电式传感器原理应用

热电式传感器原理应用
• 图4.1.7为自动平衡电桥电路原理示意图，Rt为 热电阻，R1，R2，R3，R4为常值电阻，RL为 连线调整电阻，RW为电位器；A为差分放大器， M为伺服电机。电桥始终处于自动平衡状态。 当被测温度变化时，差分放大器A的输出不为 零，使伺服电机带动电位器RW的电刷移动， 直到电桥重新自动处于平衡状态。
• 这种电路的特点是：测温系统引入了负反馈， 复杂，成本高。当然，该测温系统也具有测量 快速、线性范围大和抗干扰能力强等优点。
4.1 热电阻测温传感器
图4.1-7 自动平衡点桥电路原理示意图
4.2热电偶测温
• 热电偶（thermocouple）在温度测量中应用极为广泛， 因为它具有构造简单、使用方便、准确度高和温度 测量范围宽等特点。常用的热电偶可测温度范围为-5 0～1600℃。若配用特殊材料，其温度范围可扩大为180～2800℃。
• 4.2.3 热电偶的材料与结构 • （1）热电偶的材料。虽然金属都有热电效应，
但在实际应用中，不是所有的金属都可以作为 热电偶的。作为热电偶回路电极的金属导体应 具备以下几个特点：
4.2热电偶测温
• ①配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势与 温度尽可能有良好的线性关系。
• ②能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作 后，不会发生明显的化学及物理性能的变化。
根据热电阻的电阻、温度特性不同，可分为金属 热电阻和半导体热敏电阻两大类。
4.1 热电阻测温传感器
4.1.1 金属热电阻
1、电阻材料特性要求
• 用于金属热电阻的材料应该满足以下条件：
• 电阻温度系数α要大且保持常数； • 电阻率ρ要大，以减少热电阻的体积，减小热惯性； • 在使用温度范围内，材料的物理、化学特性要保持稳定； • 生产成本要低，工艺实现要容易。

传感器技术课件——热电式传感器

传感器技术课件——热电式传感器

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A
A
T 证明：
E AB T ， T0
Tm
B B
T0
Tm

E AB T － E AB T0

E AB T － E AB Tm E AB Tm － E AB T0 E AB T ， Tm

E A B T m， T 0
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由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温 差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 ) K (T T 0 ) e ln nA nB
在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。
如果回路中三个接点的温度都相同，即T＝T0， 则回路总电动势必为零，即：
E A B T0 E B C T0 E C A T0 0
T0 A T
T0 B
即
E B C T0 E C A T0 E A B T0
则
E A B C T ， T0 E A B T - E A B T0 E A B T ， T0
两式相减得：
E AC T ， T0 - E BC T ， T0

E BC T0
E AC T － E AC T0 － E BC T

E AC T － E BC T － E AC T0 － E BC T0
并通常使 T 0 为常数，即 这样回路总热电势就是温度 测量温度带来极大方便。
o
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 )

《传感器与检测技术(第2版)》课后习题8 热电式传感器(113)

《传感器与检测技术(第2版)》课后习题8 热电式传感器(113)

第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。

A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。

A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。

A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。

A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。

A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。

A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。

A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。

A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。

A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。

A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。

广东海洋大学传感器课件第8章 热电式传感器

广东海洋大学传感器课件第8章 热电式传感器
由此可见，eAB(t0，0)是冷端温度t0的函数，在实际
应用中，由于热电偶冷端离工作端很近，且又处于大气 中，这样冷端温度难以保持恒定，会带来测量误差，因 此需要对热电偶冷端温度进行处理。
(1) 热电偶补偿导线
热电偶长度 一般为1m左右，较短。
在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十 米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样, 冷端温度t0比较稳定。
－铠装型热电偶 －薄膜热电偶等。
普通型热电偶结构
保护管
绝缘管 热端
接线盒
热电极
铠装型热电偶
接线盒 固定装置
B
B
金属导管 绝缘材料 B-B
A
A放大 热电极
优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高， 挠性好，可安装在结构复杂的装置上。
薄膜热电偶
工作端
绝 缘 基 板
热电极
引 出 导 线
接头夹具
特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、 反应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度 以及快速变化的动态温度测量。
热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）
2、两种导体的接触电动势
含义：由于两种不同导体的自由电子
密度不同而在接触处形成的电动势。
A
接触电动势的大小与导体的材料、接 EAB (t)
＋＋＋ －－－
点的温度有关，而与导体的直径、长 nA nB
B
度、几何形状等无关。▲▲
两接点的接触电动势EAB(T)和EAB（T0）可表示为
A
t0
A
t
T
t0
C
B （a)
t0
B
B
t1
C
t1

传感器原理与工程应用完整版习题参考答案

传感器原理与工程应用完整版习题参考答案

《传感器原理及工程应用》完整版习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1—1：测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。

所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。

1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。

解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。

答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值 相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%解：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。

则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。

常用传感器与敏感元件(热电式传感器)

常用传感器与敏感元件(热电式传感器)

B
即：EABT1，T3 EABT1，T2 EABT2，T3
热电偶传感器
（5）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不 会影响热电偶的热电势。 中间导体定律
C
T0
T0
A
B
T
T0
C
T1
A T1 B
T
热电偶传感器
（6）当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶 的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的和， 即：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0) 标准电极定律 或：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)
热电偶传感器
◆镍铬－镍硅(镍铬－镍铝)热电偶(WREU)
（1）由直径1.22.5mm的镍铬与镍硅制成，用符 号EU表示，镍铬为正极，纯镍硅为负极。
（2）化学稳定性好，1200C以下范围长期使用，短 期测量温度高达1300℃，热电势大，线性好价格便 宜。 （3）测量精度偏低。
热电偶传感器
◆镍铬－考铜热电偶(WREA) （1）由直径1.22.0mm的镍铬材料与镍、铜合金 制成，用符号EA表示，镍铬为正极，考铜为负极。
镍铬-镍硅
镍铬-考铜 镍铬-铜镍
WRN
EU-2 或K
0～ 1300℃
≤400℃ ±3.0℃
>400℃ ±0.75%t
0～
WRK EA-2 800℃ ≤300℃ >300℃
WRE 或E 0～ ±3.0℃ ±1.0%t
1000℃
例1：用铂铑30-铂铑6热电偶测温，已知冷端温度为50ºC， 实测的热电势为8.954mV，试求预测的温度值。
2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV

热电传感器的工作原理

热电传感器的工作原理

热电传感器的工作原理
热电传感器是一种通过测量电压差来检测温度变化的传感器。

它基于"塞贝克效应"和"泊尔-塞贝克效应"的原理。

热电传感器通常由两个不同材料的导线组成，这些导线被称为"热电偶"。

当两个不同材料的导线连接成热电偶时，它们形成一个电路环路。

当热电偶的两个连接端温度不相等时，就会在电路中产生一个电压差。

这是由于两种不同材料在温度变化下产生的电动势不同所引起的。

这个电压差是一个关于温度差的非线性函数。

热电传感器通常会将热电偶的两个连接端的电压差转换成一个与温度变化成比例的电压输出。

这个输出电压可以通过放大电路被放大，以便更容易测量。

热电传感器的精度取决于热电偶材料的选择、导线的大小和长度、接触点的温度补偿等因素。

由于热电偶的工作原理相对简单可靠，且能够测量非常高温和低温环境，因此热电传感器被广泛应用于温度测量和控制领域，如工业自动化、家用电器等。

紫金学院传感器原理设计与应用考试内容完整版

紫金学院传感器原理设计与应用考试内容完整版

传感器原理设计与应用考试内容第一课后作业类型题要会做！（斜体笔迹部份未给出答案）第一章：传感器概论传感器的概念；能感受规定的被测量并依照必然的规律转换成可用信号的器件或装置传感器的组成，各组成部份的作用；传感器=灵敏元件+转换元件（+信号调剂电路）灵敏元件：传感器中能直接感受被测量的部份。

转换元件：传感器中能将灵敏元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部份。

信号调剂与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处置、和操纵的有效电信号的电路。

经常使用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。

辅助电路通常包括电源等。

传感器分类：有源、无源⑴有源传感器（能量转换型传感器）——能将非电量直接转换成电信号，因此有时被称为“换能器”。

如压电式，热电式，磁电式等。

有源⑵无源传感器（能量操纵型传感器）——自身无能量转换装置，被测量仅能在传感器中起能量操纵作用，必需有辅助电源供给电能。

无源式传感器经常使用电桥和谐振电路等电路来测量。

如电阻式，电容式，和电感式等。

无源第二章：传感器的一样特性分析传感器的一样特性包括哪两种？各自的含义是什么（什么是静态特性，什么是动态特性）？ 对应的特性指标有哪些？两种特性：静态特性、动态特性静态特性：指在静态信号的作用下，描述传感器的输入、输出之间的一种关系。

静态特性指标：迟滞（关于同一大小的输入信号x ，在x 持续增大的行程中，对应于某一输出量为yi ，在x 持续减小的进程中，对应于输出量为yd ，yi 和yd 二者不相等，这种现象称为迟滞现象。

迟滞特性能说明传感器在正向输入量增大行程和反向输入量减小行程期间，输入输出特性曲线不重合的程度）、线性度（传感器实际的输出—输入关系曲线偏离拟合直线的程度，称为传感器的线性度或非线性误差）、灵敏度（Sn=输出转变量/输入转变量，注意单位）、重复性、分辨力、精度、稳固性、漂移、阈值静态特性的各指标【重点把握迟滞，线性度（非线性误差），灵敏度】的概念；动态特性：输入量随时刻转变时传感器的响应特性。

第8章热电式传感器传感器基础课件

第8章热电式传感器传感器基础课件
对于A、B构成的闭合回路总的 温差电势为
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便

生物医学传感器原理及应用：第八章 热电式传感器

生物医学传感器原理及应用：第八章 热电式传感器
热敏电阻通常采用相应的封装技术以避免环境的影响。
Hale Waihona Puke .2 热电偶热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛，因为它结构简单、制 造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。
8.2.1 热电效应
将两种不同性质的导体A、B组成闭合回
路，如图所示。若节点处于不同的温度(T≠T0)
时，则在该回路中将产生一热电势EAB，在回 路中形成一定大小的电流，这种现象称为热
在一定温度范围内，大多数金属的电阻率几乎与温度成正比。 电阻与温度的关系为：
RT R0[1 (T T0 )]
——T0时的电阻温度系数
R0—T0时的电阻
金属、单晶半导体， > 0，陶瓷半导体（热敏电阻） < 0
书上表8.1（P73）给出了各种材料的温度系数和电阻率
8.1.1 金属热电阻
原理：热能 热电阻 电阻值 温度 热电阻阻值
热端 扩散 冷端 温差电势 静电场
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
σA—汤姆逊系数 T0,T—A、B两节点绝对温度
总的温差电势：
T
EA(T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
结论：一般温差电势极小，所以在实际计算回来电势时，可以 忽略不计。
因此，整个闭合回路中，总的热电势为
惠斯登电桥测量：直流电流和交流电桥
直流电桥中，RT1和RT2匹配，只要这两个电阻上有温差，放大器 就会输出与温差有关的信号。可测出0.01℃温差
交流电桥中，为了消除直流漂移和1/f噪声的影响，要使用交流窄 带放大器和相敏检波，而且交流放大器的中心频率远离低频端。此外， 要电桥中要采取电阻平衡和电容平衡达到温差为零，用来消除分布电 容的影响。漂移<0.01℃

传感器原理与应用复习要点

传感器原理与应用复习要点

第一章传感器的一般特性1.传感器技术的三要素。

传感器由哪3部分组成?2.传感器的静态特性有哪些指标?并理解其意义。

3.画出传感器的组成方框图,理解各部分的作用。

4.什么是传感器的精度等级?一个0.5级电压表的测量范围是0~100V,那么该仪表的最大绝对误差为多少伏?5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些?灵敏度、非线性度?第二章应变式传感器6.应变片有那些种类?金属丝式、金属箔式、半导体式。

7.什么是压阻效应?8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。

应变片桥式传感器为什么应配差动放器?9.掌握电子称的基本原理框图,以及各部分的作用。

10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应?11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。

第三章电容式传感器12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种?13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响?解决电缆电容影响的方法有那些?14.什么是电容电场的边缘效应?理解等位环的工作原理。

15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。

第四章电感式传感器16.了解差动变压器的用途及特点。

17.差动变压器的零点残余电压产生的原因?第五章压电式传感器18.什么是压电效应?什么是逆压电效应?常用压电材料有哪些?19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号?为什么?20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种?理解电压放大器、电荷放大器的作用。

第六章数字式传感器21.光栅传感器的原理。

采用什么技术可测量小于栅距的位移量?22.振弦式传感器的工作原理。

第七章热电式传感器23.热电偶的热电势由那几部分组成?24.热电偶的三定律的理解。

25.掌握热电偶的热电效应。

26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。

27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点?28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。

29.集成温度传感器AD590的主要特点。

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8.2 热电偶
8.2.1 热电效应 两种不同导体A和B组成闭合回路，如图8.9所示， 如果两接点的温度不同，在回路中就会产生电动势，有 电流流过。这种现象称为热电效应或塞贝克效应。这两 种导体的组合称为热电偶。
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（1）接触电动势 各种导体中都存在大量的自由电子，不同金属的自 由电子密度不同，当两种金属接触在一起时，在结点就 要发生电子扩散，电子密度大的金属的自由电子向电子 密度小的金属扩散，这时电子密度大的金属因失去电子 而具有正电位；相反，电子密度小的金属因接收了扩散 来的多余电子而带负电。这种扩散直到动态平衡为止， 产生一个稳定的接触电势。接触电势的大小与材科和温 度有关，其表达式为
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随着电流增加，热敏电阻的耗散功率增加，以致电 流加热引起热敏电阻的自身温度超过环境温度，热敏电 阻阻值降低，当电流增加时，电压增加逐渐变缓，出现 非线性正阻区段，该段的耗散功率为1耀10mW；当电 流再继续增加，电压却逐渐减小，这时因为电阻自身加 温加剧，阻值迅速减小，当阻值减小的速度超过电流增 加的速度时，即出现电压随电流增加而减小的负阻区， 这一段的热敏电阻的耗散功率超过10mW。当电流超过 某一允许值时，热敏电阻将被损坏。
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8.1.2 半导体热敏电阻 采用半导体材料制作温度传感器，由于体积小，灵 敏度高，长期稳定性好等优点，因而在生物医学的温度 测量中用得非常广泛。 （1）电阻—温度特性 对于NTC型热敏电阻，在不太宽的温度范围内（低 于450℃ ），热敏电阻的电阻—温度特性都符合指数规 律，即
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（2）伏安特性 热敏电阻的伏安特性表示在稳态情况下，热敏电阻 两端的电压与流过热敏电阻的电流之间的关系如图8.3 所示。伏安特性曲线分为三段。第一段为线性段，这一 段的热敏电阻功耗小于1mW，电流不足以引起热敏电阻 发热，热敏电阻的温度基本上就是环境温度，这时电压 和电流呈现线性关系，热敏电阻相当于一个固定电阻；
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（2）单一导体的温差电动势 对单一金属A，如果两端温度不同，分别为T和T0， 则在两端也会产生电势EA（T，T0）这个电势称为单一 导体的温差电势。这个电势的形成原因是导体高温端的 自由电子具有较大动能，向低温端扩散，高温端失去电 子带正电，低温端获得电子带负电，其电位差为
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（3）总电势及热电偶规律 热电偶的总电动势为接触电动势和温差电动势之和， 即
①如果热电偶两电极材料相同，则虽有温差，但输 出电势为零。因此必须用两种不同材料构成热电偶。 ②如果热电偶两结点温度相同，则回路中的总电势 必等于零。
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③热电势只与两结点温度相关，与热电偶的尺寸、 形状及沿金属的温度分布无关。 ④中间导体定律：由导体 A、B组成的热电偶，当 引入第三种导体C时，如图8.10所示，只要保持第三种 导体的两端温度相同，接入电极C后对回路总电势无影 响。 ⑤标准电极定律：如果两导体A和B分别与第三种导 体C的热电势为已知，则这两个导体A和B组成的热电偶 的热电势为
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8.1 热电阻式传感器的基本原理
几乎所有物质的电阻率都随其本身的温度的变化而 变化，这一物理现象称为热电阻效应。利用这一原理制 成的温度敏感元件称为热电阻，一般采用导体和半导体 材料。在一定的温度范围内，大多数金属的电阻率几乎 与温度成正比。电阻与温度的关系为
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8.1.1 金属热电阻 纯金属是热电阻的主要材料，虽然大多数金属都有 一定的温度系数，但作为测温元件的材料必须具有良好 的线性、稳定性和较高的电阻率。常用的金属热电阻材 料是铂和铜。 铂电阻的阻值和温度之间的关系接近线性在0耀 630℃ ，其电阻—温度关系为
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8.3.2 三极管温度传感器 在一定的温度范围内，在小注入条件下，只要 ， 则不管集电结是零偏还是反偏，NPN型晶体三极管的集 电极电流IC与基极—发射极电压VBE和温度T的关系为
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8.2.2 热电偶种类和特点 构成热电偶的两导体A和B称为热电极，对热电极材 料的要求是： ①热电动势大，测温范围宽，线性好。 ②性能稳定，不易氧化，变形和腐蚀。 ③电阻温度系数小，电阻率小。 ④易加工，材料复制性好。热电偶的热电势与温度 的关系可近似表示为
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8.2.3 参考结点处理 若已知参考结点（冷端）的绝对温度T0，则待测结 点的温度可由热电动势确定。参考结点的温度可用直读 温度计测量，或者把冷端放置在温度严格控制的水浴内。 在最精密的测量工作中，水浴是一个水三相点装置，其 温度是0.01±0.0005℃ 。比较简单的方法是使用冰浴。
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8.3 半导体温度传感器
从半导体物理的知识我们知道，PN结的伏安特性与 温度有关，利用PN结的这一特点，可以制成各种温度 传感器，典型的PN结型温度传感器有二极管温度传感 器，三极管温度传感器和集成电路温度传感器。 8.3.1 二极管温度传感器 从由一个PN结构成的二极管的伏安特性曲线知，当 流过二极管的电流恒定时，随着温度的升高，二极管两 端的电压近似线性地降低。
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（3）热敏电阻的线性化 在线性读数的温度计设计中，当所需的温量程较大 时，电阻—温度特性的固有非线性严重影响测温精度。
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（4）热敏电阻测温电路 图8.5是用串联电阻线性化的测温电路，RS将电导 温度特性线性化，为消除自热误差，串联电路用50mV 的电压源供电，输出电压V0与RS和RT串联的电导成正 比，调整电位器使温度为0℃ 时输出为零。由于串联电 导在一定范围内与温度成正比，因此，输出电压也与温 度成线性关系。该电路在0耀40℃ 使用时，最大偏差约 为0.15℃ 。
第8章 热电式传感器
温度是一个很重要的物理量，物体的许多物理现象 和化学性质都与温度有关。在生物医学领域里，温度也 是一个非常重要的生理参数，病人的体温为医生提供了 生理状态的重要信息。热电式传感器是利用某些材料或 元件的物理特性与温度有关这一性质，将温度的变化转 化为电量的变化。本章将介绍热电阻、PN结、热电偶、 石英晶体、辐射等常用温度传感器。