温度传感器优秀课件

第一章 温度传感器
热传递的方式
①传导：指热量在固体内或静止的液体内 通过扩散来传播的方式。
②对流：对流是指热量通过液体或气体的 运动来传递。可分为自由对流和强制对 流。自由对流是指由于流体间存在温度 梯度而使其产生运动来传递热量。强制 对流指通过外界使流体运动来传递热量。
③辐射：是指热量通过电磁波的发射来传 递。
利用温度与电阻之间的函数关系，将温 度变化转换为电阻变化，进一步转换为 其它电参量的变化，从而实现温度的电 测量
利用这一原理制成的温度敏感元件称为 热电阻
热电阻材料分为金属热电阻和半导体热 电阻
1.1.1 热电阻
工作原理
电阻温度特性方程
R t R 0 1 (t t0 )
对于绝大多数金属导体，α并不是一个常数， 而是温度的函数 在一定的温度范围内， α可近似看作一个常 数 不同的金属导体， α保持常数所对应的温度 范围不同
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第一章 温度传感器
主要内容：
电阻型温度传感器
热电阻 热敏电阻
热电偶
热电偶的基本原理 热电偶的种类和结构 热电偶的实用测量电路
温度传感器的应用
第一章 温度传感器
温度传感器是一种将温度变化转换 为电学量变化的装置，用于检测温 度和热量，也叫做热电式传感器。
温度传感器的用途 温度测量 温度控制 温度补偿
A
EA' B(T)
EA' B(T0)
k q
(T
T0)lnnnBA
＋
u B
－
1.2.1 热电偶的基本原理
1.1.1 热电阻
对感温元件材料的要求
材料的电阻温度系数要大 在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定 在测温范围内，电阻温度系数保持为常数，
便于实现温度表的线性刻度特性 具有较大的电阻率，以利于减少热电阻的体
积，减小热惯性 良好的可加工性，特性复现性好，容易复制
常用的材料有铂、铜、铁和镍
常见的热电阻
热敏电阻是用某种金属氧化物为基体原 料，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制 成的具有半导体特性的电阻器
半导体比金属具有更大的电阻温度系数 热敏电阻的类型
正温度系数(PTC)热敏电阻，常用作限流元 件
负温度系数(NTC)热敏电阻，常用于自动控 制及电子线路的热补偿线路中
临界温度系数(CTR)热敏电阻，主要用作温 度开关
额定功率（PE）
指在标准压力和规定的最高环境温度 下，热敏电阻长期连续工作所允许的最 大耗散功率
热敏电阻的特性参数
热容量（C）
热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的 热量
耗散系数（H）
指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1 ℃时所百度文库散的功率
能量灵敏度（G）
使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率
热敏电阻的主要特性
把由两种不同材料构成的上述热电变换 元件称为热电偶，A和B两种不同的导体 称为热电极
1.2.1 热电偶的基本原理
实验证明，回路的总热电势为
T
E A(T B,T 0)T 0 Ad B T E A(T B) E A(T B 0)
式中为热电势率或塞贝克系数，其值随热电 极材料和两接点的温度而定
热电效应产生的电势由珀尔帖效应（接 触电势）和汤姆逊效应（温差电势）两部 分组成
这个物理现象称为热电效应
1.2.1 热电偶的基本原理
两种不同材料的导体两端联接在一起， 一端称为工作端或热端(T)，测温时置于 被测温度场中；另一端称为参考端或冷 端(T0)，通常恒定在某一温度。此时在这 个回路中将产生一个与温度T、T0、以及 导体材料性质有关的电势EAB(T,T0)，然 后可以利用这个热电效应来测量温度。
1.2.1 热电偶的基本原理
珀尔帖效应（接触电势）
将同温度的两种不同的金属互相接触，由于 不同金属内自由电子的密度不同，在两金属 的接触处会发生自由电子的扩散现象，直至 在接点处建立起平衡电场
两种不同金属的接点处产生的电动势称为珀
尔帖电势，又称接触电势
EAB(T)
EA' B(T)
kTlnnA q nB
温度特性
热敏电阻的电阻随温度变化之间的关系特性
伏安特性
在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其 两端之间电压U的关系，称为热敏电阻的伏 安特性
安时特性
表示热敏电阻在不同的外加电压下，电流达 到稳定最大值所需的时间。
热敏电阻的优缺点
优点
电阻温度系数大 灵敏度高 热容量小 响应速度快 分辨率很高
铂热电阻
一般用于高精度工业测量 标准电阻温度计，常用作温度基准 长时间稳定的温度重现性
铜热电阻
温度范围较窄 良好的性价比 常用于对温度测量精度要求不高的场合
其他热电阻
几种金属的温度特性曲线
热电阻图片及结构示意图
普通铠装热电阻
1.1.1 热电阻
热电阻的测量电路
三线连接法
四线连接法
1.1.2 热敏电阻
第一章 温度传感器
在各种热电式传感器中，以将温度量转 换为电势和电阻的方法最为普遍。 热电偶
将温度变化转换为电势变化
热电阻
将温度变化转换为电阻值的变化
热释电传感器、红外传感器
将热辐射转换为电学量的变化
1.1 电阻型温度传感器
几乎所有导体或半导体的电阻率都随本 身温度的变化而变化——热电阻效应
缺点
互换性差 热电特性非线性大
1.1.4电阻式温度传感器的应用
温度检测及指示 温度补偿 过热保护 自动延时电路 控温电路 降温报警器
1.2 热电偶
热电偶是将温度量转换为电势大小的热 电式传感器
热电偶体现的是热电效应 应用：
广泛用于测量100～1300℃范围内的温度 根据需要可以用来测量更高或更低的温度
1.2 热电偶
特点：
结构简单 使用方便 精度高 热惯性小 可测量局部温度 便于远距离传送与集中检测、自动记录
1.2.1 热电偶的基本原理
热电效应
1823年由塞贝克（Seebeck）发现
A
T
T0
B
在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当 两接触处的温度不同时，回路中就要产生热 电势，称为塞贝克电势。
三种热敏电阻的电阻温度特性
热敏电阻的特性参数
标称电阻值（R25）
热敏电阻在25℃时的零功率状态下的 阻值。
电阻温度系数（αT）
在规定的温度下，单位温度变化使热 敏电阻的阻值变化的相对值
热敏电阻的特性参数
时间常数（τ）
热敏电阻在零功率测量状态下，当环 境温度突变时，热敏电阻的阻值从起始 值变化到最终变化量的63％时所需的时 间