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最新山东理工大学机械工程学院传感器结构原理与设计课件第八章 热电式传感器ppt课件

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第八章_热电式传感器(讲稿)

第八章_热电式传感器(讲稿)
100 0 40 80 120 160 200
二、半导体热敏电阻
NTC热敏电阻的主要特性
1、NTC的 电阻-温度 特性：
➢对于NTC型热敏电阻，在一定温度内，热敏电阻的R-T 特性符合指数规律，即
B
RT AeT
➢试验求A、B
T 1 RT1 T 2 RT 2
B
RT1 AeT 1
B
RT 2 AeT 2
70
50
30
10
温度℃
0
400
800
1200
1600
镍铬-考铜EA2 铁-考铜 镍铬-镍硅EV2 铂铑-铂LB-3
一、 热电偶式传感器的工作原理
(二)、热电偶基本定律
1、中间导体定律
导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要 导体C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。
意义： 可用电器测量 仪表直接测量 热电势
忽略温差电势：
两端温度不同
EAB(T ,T 0) EAB(T ) EAB(T 0) k ln nA (T T 0)
令T 0 0 C
e nB
则EAB(T ,T 0) EAB(T ) C (T )
试验方法求解
一、 热电偶式传Байду номын сангаас器的工作原理
(一) 温差电现象
热电势产生的原因
热电势（mV）
意义：运用补偿导线法进行温度测量的理论基础
一、 热电偶式传感器的工作原理
(二)、热电偶基本定律
3、中间温度定律
EABCD(T ,Tn,T 0) EAB(T ,Tn) ECD(Tn,T 0)
若导体A与C、B与D的材料分别相同，则：
EAB(T ,Tn,T 0) EAB(T ,Tn) EAB(Tn,T 0)

《热电传感器》课件

《热电传感器》课件
的温度。
薄膜热电偶
具有体积小、重量轻、灵敏度 高、响应速度快等优点，适用
于微小面积的温度测量。
集成热电偶
将热电偶与信号处理电路集成 在一起，具有测量精度高、抗
干扰能力强等优点。
热电传感器的应用领域
工业自动化
用于测量各种工业设备 的温度，如炉温、液温
等。
医疗领域
用于测量体温、血液温 度等。
环境监测
用于测量环境温度、气 象温度等。
拓展应用领域与市场推广
总结词
拓展热电传感器的应用领域和市场推广是推动其发展的关键。
详细描述
随着环保意识的提高和物联网技术的发展，热电传感器在能源监测、环境监测、智能家居等领域的应 用越来越广泛。加强市场推广和合作，推动产学研用一体化发展，有助于加快热电传感器技术的普及 和应用。
PART 06
热电传感器案例分析
湿度
湿度对热电传感器的性能也有一定影响，湿度过高可能导致传感器性能下降或 出现误差。因此，在高湿度环境下使用时，需要进行相应的防护措施。
PART 04
热电传感器的设计与优化
结构设计
01
02
03
结构设计
热电传感器的结构设计应 考虑热电效应的原理，确 保热电材料能够有效地将 温度差转化为电信号。
热电偶设计
线性范围与测量误差
线性范围
线性范围是指热电传感器输出电压 与温度变化之间的线性关系能够覆盖 的范围。线性范围越宽，传感器能够 测量的温度范围越广。
测量误差
测量误差是指由于传感器本身的误差 以及环境因素的影响，导致实际测量 值与真实值之间的偏差。误差越小， 传感器性能越好。
响应时间与稳定性
响应时间
详细描述

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

17
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
9
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 )

《传感器原理及工程应用》课件第8章

《传感器原理及工程应用》课件第8章

图8-19 硅光电池和硒光电池的频率特性
图8-20 硅光电池的温度特性
8.1.4 光电耦合器件 光电耦合器件是由发光元件(如发光二极管)和光电接收
元件合并使用，以光作为媒介把输入端的电信号耦合到输出 端的一种器件。根据结构和用途的不同，可将光电耦合器件 分为两类，一类是用于实现电隔离的光电耦合器(又称光电 隔离器)，另一类是用于检测物体位置或检测有无物体的光
(8-2)
式中：m——
v0—— 式(8-2) ①光子能量必须超过逸出功A0 ②入射光的频谱成分不变，产生的光电子与光强成正比；
③光电子逸出物体表面时具有初始动能
，因此对
于外光电效应器件，即使不加初始阳极电压，也会有光电流
2.内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电 动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类： (1)光电导效应 在光线作用下，对于半导体材料吸收 了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带 宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体 的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但 在需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。 图8-11是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和 一个晶体管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加 了一级电流放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不 必经过进一步放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光 照时的暗电流也增大，因此适合于开关状态或位式信号的光 电变换。
光电耦合器件具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能 力强、输出和输入之间绝缘、可单向传输模拟或数字信号等
1. 光电耦合器的发光元件和接收元件都封装在一个外壳内， 一般有金属封装和塑料封装两种。发光器件通常采用砷化镓发 光二极管，其管芯由一个PN结组成，随着正向电压的增大， 正向电流增加，发光二极管产生的光通量也增加。光电接收元 件可以是光敏二极管和光敏三极管，也可以是达林顿光敏管。 图8-21为光敏三极管和达林顿光敏管输出型的光电耦合器。为 了保证光电耦合器有较高的灵敏度，应使发光元件和接收元件 的波长匹配。 光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器，它具有抗干扰 性能和单向信号传输等功能，有时可取代继电器、变压器、斩 波器等，广泛应用在电路隔离、电平转换、噪声抑制等场合。

传感器PPT教学课件

传感器PPT教学课件

热电阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于电阻随温度变化的原 理，常用于中低温测量。
集成温度传感器
将温敏元件、信号调理电 路等集成于一体，具有体 积小、响应快等优点。
压力传感器
压阻式压力传感器
利用压阻效应将压力转换为电阻变化 ，具有灵敏度高、线性度好等特点。
压电式压力传感器
电容式压力传感器
通过测量电容变化来反映压力大小， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点 。
智能安防
02
利用红外传感器、门窗磁感应器等监测家庭安全状况，及时发
现异常情况并报警。
智能家电
03
传感器在智能家电中广泛应用，如温度传感器在空调中调节室
内温度，湿度传感器在加湿器中控制室内湿度等。
汽车电子领域应用
汽车安全系统
利用碰撞传感器、加速度传感器等监测车辆行驶状态，及时触发安 全气囊、安全带预紧器等安全装置，保障驾乘人员安全。
网络化
传感器具有数字接口和通信协议，可方便地与计 算机或网络进行连接和通信。
物联网应用
传感器作为物联网的感知层设备，广泛应用于智 能家居、智能交通、智能农业等领域。
多功能化与复合化趋势
多功能化
一个传感器可以同时检测多个参数，如温度、湿度、压力等，实 现一机多用。
复合化
将不同功能的传感器进行组合和封装，形成复合传感器，提高检测 效率和精度。
转换元件
将敏感元件输出的物理量 转换为电信号。
测量电路
将转换元件输出的电信号 进行放大、处理、转换， 以便于显示、记录、控制 和处理。
传感器信号转换过程
传感器接收被测量，通过敏感元件转换为相应的物理量 。
转换元件将物理量转换为电信号，如电压、电流或电阻 等。
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2、镍铬—镍硅热电偶
镍铬为正极，镍硅为负极，热偶丝直径为φ1.2mm～2.5mm，符号用 EU。EU热电偶化学稳定性较高，测量范围为-50～+1312℃。
3、镍铬—考铜热电偶
由镍铬材料与镍、铜合金材料组成，符号为EA。热偶丝直径 φ1.2mm～2mm，镍铬为正极，考铜为负极。适用于还原性或中性 介质。
山东理工大学机械工程 学院传感器结构原理与 设计课件第八章 热电
式传感器
第十章 热电式传感器`
山东理工大学机械学院
第十章 热电式传感器
第一节 热电偶传感器
一、热电偶的工作原理
1、热电效应 定义：将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路，
如果两接合点处的温度不同(T0≠T)，则在两导体间产生
热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为
③ 热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间温度无关，只
与结点温度有关。
第十章 热电式传感器`
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2、热电偶基本定律 （1）中间导体定律
在T0处断开，接入第三导体C，则当A、B结点温度为T，其 余结点温度为T0，且T>T0，回路总电动势：
EABC(T,T0) eAB(T)eBC(T0)eCA(T0)
第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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讨论：
① 当冷端为一恒定温度时(假定这个恒定温度不是0℃)， A点供给热电偶回路一个不变的修正电势，其大小等
于Ｅ(tn，t0)，式中t0＝0℃。
② 当冷端温度波动时，则热电偶回路中的热电势与补偿
电路中的UA会相应地向相反的方向变化，从而补偿
热电效应。
第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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（2）同一导体中的温差电动势
➢ 产生机理：
导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端 扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获 得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。
（8－4）
在T＝T0的情况下，回路总势 电为 动零，即
EABC(T0,T0) eAB(T0)eBC(T0)eCA(T0)
（8－5）
此式代入1（0－4）得
EABC(T,T0) eAB(T)eAB(T0) EAB(T,T0) （8－6）
第十章 热电式传感器`
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图8－3
结论：在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其 两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热 电动势。这个规律称为中间导体定律。
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公式也可如下：EAB（T，T0）=EAC（T，T0）－EBC（T，T0）
标准电极通常采用纯铂丝制成，因为铂容易提纯，熔点高，性能稳定。标 准电极定律使热电偶的选配工作大为简化，只要知道一些材料与标准电极 相配时的热电势，就可用公式求出任何两种材料配成热电偶的热电势。
第十章 热电式传感器` 证明：
对于AC热电偶：
对于BC热电偶：
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第十章 热电式传感器` 依据10－1可得
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故有
第十章 热电式传感器`
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（3）中间温度定律
热电偶回路中，热端温度为 T、冷端为 T0时的热电势，等于此热电 偶热端为T、冷端为T1，及同一热电偶热端为 T1、冷端为T0时热电 势的代数和，如图所示。根据这一定律，只要列出参考温度为0℃ 的热电动势－温度关系，则参考温度不等于0℃的热电动势都可以 求出。
第十章 热电式传感器`
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第十章 热电式传感器`
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（2）参考电极定律
当结点温度为T、T0时，用导体A、B组成的热电偶的热
电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和，即
EAB (T,T0)EAC (T,T0)ECB (T,T0) 导C 体 为标准电极。
第十章 热电式传感器`
➢ 温差电动势的计算公式：
eA(T，T0) —— 导体A两端温度为T、T0时形成的温差电势； T，T0 —— 高、低端的绝对温度； σA —— 汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的 温差电势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。
第十章 热电式传感器`
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＋
－
＋
＋
－
＋
－
－
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关于热电偶回路的结论：
① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，
即σA＝σB，NA＝NB，则无两种不 同的材料作为热电极。
② 如果热电偶两结点温度相等即T＝T0，则尽管导体A、B
的材料不同，热电偶回路内的总电势亦为零。
第十章 热电式传感器`
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三、热电偶温度补偿
热电偶输出的电势是两结点温度差的函数。为了使输出
的电势是被测温度的单一函数，一般将T作为被测温度 端，T0作为参比温度端(冷端)。通常要求T0保持为0℃，
但在实际中做到这一点很困难，于是产生了热电偶冷端 补偿问题。
电位补偿法：
补偿电路：H是工作热端，它的工作温度为t，而冷端放在 补偿器C中，温度为tn，在补偿器中还放有R3和具有正 温度系数的电阻Rt。外加电源U为一恒定电压，为了调 整分压比，电路还串联了电位器R1和电阻R2，经补偿了 的热电势输出为Ｅ(t，t0)。
T1 T1
第十章 热电式传感器`
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二、常用热电偶
1、铂铑10—铂热电偶
由φ0.5mm的纯铂丝和相同直径的铂铑丝制成，用符号LB表示。铂铑 丝为正极，纯铂丝为负极。这种热电偶可在1300℃以下范围内长期 使用，短期可测1600℃高温。由于容易得到高纯度的铂和铂铑，故 LB热电偶的复制精度和测量准确性高。LB热电偶的材料为贵金属， 成本较高。
第十章 热电式传感器`
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对于上图中导体A、B组成的热电偶回路，当温度T＞T0时，
回路总的热电势可表示为
NAT、NAT0 —— 导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0 —— 导体B在结点温度为T和T0时的电子密度； σA、σB —— 导体A和B的汤姆逊系数。
第十章 热电式传感器`