温度传感器的应用优秀课件
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温度传感器精品PPT课件
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0.01 极远紫外
可见光 近红外
5
10
远红外
近紫外 远紫外
5.2 红外温度传感器
相对应的频率大致在4×1014～3×1011 Hz之间，红外线 与可见光、紫外线、x射线、射线和微波、无线电波一起 构成了整个无限连续的电磁波谱。
红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高， 辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发 现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐 渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围 内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。
5.1 半导体温度传感器
半导体材料的电阻率对温度十分敏感，可利 用半导体材料电阻率随温度变化的特征制成半导 体温度传感器，可分为单晶非结型、PN结型、集 成温度传感器等。
5.1.1单晶非结型温度传感器 由半导体材料的电子学特征可知，半导体的
电阻率主要取决于载流子的浓度和迁移率，而载 流子的浓度和迁移率的变化又与温度的变化密切 相关。
3 V＋
10 mV / K
传感器
＋ 放大器 －
2 输入 50 k
1 输出
4 V－
图5-20 电压输出型IC温度传感器放大器的原理框图
5.2 红外温度传感器
任何物体只要其自身及周围的温度不是 绝对零度，都会以电磁波的形式向周围辐射 热量，这种能量叫辐射能。当与周围的温度 相等时，辐射热量过程处于动平衡状态。
5.1 半导体温度传感器
1.迁移率与温度的关系（如书上的图5-1、5-2）
2.电阻率与温度的关系 载流子产生 杂质电离
散射结构
本征激发 电离杂质散射
晶格散射
3.硅温度传感器的结构 4.电阻—温度特性
温度传感器ppt.. 共23页
温度传感器的前景及发展方向
温度传感器技术朝着高精度、高可靠性 、宽测量范围、微型化及微功耗方向发展. 并不断开发出一些能在特殊环境下工作的 温度传感器，如可在高低温(一200一 2000℃)、化学腐 蚀性强、电磁干扰严重 的恶劣环境中工作的光纤温度传感器。
Thank you
标准化热电偶的主要性能和特点
热敏电阻温度传感器
热敏电阻是利用半导体（某些金属氧化物如 NiO,MnO2, CuO,TiO2)的电阻值随温度显著变化这一 特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而 显著变化，一般测温范围：－50 ~ ＋300℃。
壳体
引线
热敏电阻
（a）玻璃罩珠状
（b）片状
（c）垫圈状
数字输出IC温度传感器：带有一个内置参但可以采用自动关闭和单次转换模式 使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从 而将自身发热降到最低。
温度传感器的应用
感测应用： 温度传感器的热转换方式经常被用来测量物理量(如流
量、辐 射、气体压力、气体种类、湿度、热化学反应等)。 这些传感器的测量值都是以热 形式为媒介并以电信号的 方式输出。
温度传感器的应用
生物医学应用： 生物医学的应用必须使用特殊的温度传感器，其中最
重要 的特性是要求低功耗、长期稳定性好、可靠性高以 及在32~44℃之间，精确度小 于0.1℃。
温度传感器的应用
太空应用： 热敏电阻以及硅PN结已经使用于太空温度测量。具有
数字输出功能的智 能温度传感器可应用于未来的卫星设
温度传感器
组员： 赵芮爽 2019210045 白世文 2019210046 侯永涛 2019210047 翟德强 2019210048 宋 莹 2019210049
新人教版高中物理精品： 传感器的应用(共12张PPT)优秀
A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同
轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿
轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成
电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位
时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车
的速度和行程还必须测量的物理量和数据
是
车轮的半，径小R车和速齿度轮的P 表达式为
温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，
感温铁氧体与磁铁分离。
第一页，共12页。
2、电饭锅的原理
第二页，共12页。
（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁 体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢 复到图示状态。
（2）水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。 （3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升
触点分离，切断电源，从而停止加热．
信号变成电信号后可以远距离传输． 【例2】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。
三、光传感器的应用——鼠标器 解：设电路两端电压为为U，当Uab=0时， 计算机分别统计X、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
（2）常见的测温元件有哪些？ 温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，
热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成 一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时， 两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种 现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
第四页，共12页。
第五页，共12页。
三、光传感器的应用——鼠标器
1、机械鼠标器的主要构造图
温箱内的温度恒定在_________℃． 35
第九页，共12页。
6.3传感器的应用(二)PPT课件
恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当
Uab>0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒
温箱内的温度恒定在,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
二、温度传感器的应用-------测温仪
阅读教材，思考并回答下列问题： （1）温度传感器测温仪有何优点？
可以远距离读取温度的数值．因为温度信 号变成电信号后可以远距离传输． （2）常见的测温元件有哪些？ 热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线 敏感元件等．
热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成 一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时， 两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种 现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
6.3 传感器的应用（二）
一、温度传感器的应用-------电饭锅
1、感温铁氧体的特点：常温下具有 铁磁性，能够被磁体吸引，但是温 度上升到约1030C时，就失去了铁 磁性，不能被磁体吸引了。注意： 这个温度在物理学中称为该材料的 “居里温度”或“居里点”。
思考：
温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失， 感温铁氧体与磁铁分离。
四、光传感器的应用——火灾报警器
1、结构图
2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不 到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时， 产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使 部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感 器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
小结
1、温度传感器 （1）电饭锅
的应用
（2）测温仪
2、光传感器 （1）鼠标器
Uab>0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒
温箱内的温度恒定在,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
二、温度传感器的应用-------测温仪
阅读教材，思考并回答下列问题： （1）温度传感器测温仪有何优点？
可以远距离读取温度的数值．因为温度信 号变成电信号后可以远距离传输． （2）常见的测温元件有哪些？ 热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线 敏感元件等．
热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成 一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时， 两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种 现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
6.3 传感器的应用（二）
一、温度传感器的应用-------电饭锅
1、感温铁氧体的特点：常温下具有 铁磁性，能够被磁体吸引，但是温 度上升到约1030C时，就失去了铁 磁性，不能被磁体吸引了。注意： 这个温度在物理学中称为该材料的 “居里温度”或“居里点”。
思考：
温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失， 感温铁氧体与磁铁分离。
四、光传感器的应用——火灾报警器
1、结构图
2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不 到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时， 产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使 部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感 器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
小结
1、温度传感器 （1）电饭锅
的应用
（2）测温仪
2、光传感器 （1）鼠标器
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▪ 图2中，非平衡电桥的BD两端接负载电阻为Ro的电压 表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压Uo或电 流Io，就可得到Rx值。
▪ 当负载电阻Ro→∞（即电桥输出处于开路状态）时， Io=0，电桥输出端接数字电压表或高输入阻抗放大器 时属这种情况。
Page 4
电桥
▪ R0较大时，I0趋向于零 ▪ 因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根据分压原理，输出
Page 14
热电阻传感器的二线式接法
▪ 右图所示电路为采用２线式连接方式， 这种接线方式不能消除连线电阻随温度 变化引起的误差，为此，应确保连线电 阻值远低于测温的热电阻值。一定要将 外部的电阻值调整到计量仪器说明书中 提供的标称值。外部电阻是指接在计量 仪器的测量端子外侧的导线及测温热电 阻体内导线所组成的电路的电阻，不包 括由热电阻体构成的电阻元件的电阻。 采用热电阻进行高精度的温度测量时， 不希望采用２线式连接方式，即使采用 也要使用电阻补偿导线
右半部分电压为：VGR=[(RX+R21)/(RX+R21+R)]U 则检流计和R11、R20两边的电压为： VG=VGL-VGR={(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/[(R+R1+R30)(RX+R21+R)]}U 当S接到B时： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)]U
成的电阻元 件，Ｇ为检流计或微电流检测器，Ｒ为固定电阻，R１～Ｒ４ 为平衡调节电阻，S为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。
检流计上部的电压: 下部的电压：
检流计的电压：
VGU=[RX/(RX+R)]U VGD=[R4/(R3+R4)]U VG=VGU-VGD={(RXR3-R4R)/[(R3+R4)(R+RX)]}.U
由上式可见只要RX的值发生变化，则VG发生变化
Page 9
另一种四线式接法
右图中R为固定电阻， R１～Ｒ４为平衡调节电 阻，S为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。
设R1的左半部分电阻为R10,右半部分电阻为R11. R2的左半部分电阻为R20,右半部分电阻为R21.R3 的左半部分为R30,右半部分为R31. 当S接到A时： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10)/(R+R10+R30)]U
热电阻传感器的四线式接法
▪ 为了消除热电阻测量电路中电阻体内 导线以及连线引起的误差，在右图所 示的电桥及直 流电位差计或数字电压 表中，热电阻体采用４线连接方式， 这样，可用于对标准电阻温度计进行 校正，并能对温度进行高精度的测 量。
如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。图中，Ｒｘ为热电阻体构
电压Uo为：
▪即 ▪ 设室温t= t0时，Rx= Rx0，当温度t= t0+D t
时，Rx= Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得电 压Uo为：
Page 5
测温原理
▪ 由于温度变化而引起的温度传感器的阻值变化较小， 通常采用电桥构成放大器。当温度传感器的阻值发生 变化时，电桥的两臂出现不平衡。这使得电桥输出一 个毫幅级的电压而供中间级放大器放大，再经后续电 路测量。
右半部分电压为：VGR=[R21/(R21+R)]U 则检流计和R11、R20两边的电压为： VG=VGL-VGR={(R21R-RR30-R10R-RRX)/[(R+R10+R30+RX)(R21+R)]}
Page 10
热电阻构成电位差计或数字电压表
▪ Ｒｘ为热电阻体构成的电阻元件， ＲＳ为标准电阻，Ｒｈ为电流调 节电阻，Ｓ为切换开关。
温度传感器的应用优秀课件
温度传感器的类型
Template for Microsoft PowerPoint
Page 2
温度传感器的测温范围
Page 3
电桥
▪ 用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪 器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为 电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（Ｒ2）， 一对角线中接入直流电源Ｕ，另一对角线接入检流计 Ｇ。可以通过调节各已知电阻的值使Ｇ中无电流通过， 则电桥平衡，未知电阻Ｒ2＝Ｒ1·Ｒ４/Ｒ3。
Page 13
三线式接法能消除误差的原理
▪ PT100引出的三根导线截面积和长度均 相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路 一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作 为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1) 接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3) 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻 的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻 值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引 线线电阻的变化对测量结果没有任何影 响。
图a）为电桥或动圈式计量仪器图 ｂ） 为带放大器的动圈式计量仪器 放大器两输入端的电压为： V={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U
Page 12
▪ 图ｃ）为电子自动平衡式计量仪器 ， 图ｄ）为数字式温度计
设RP上端的电压为RPU,下端电压为 RPD, 图C)中放大器两边的电压为： UA=[(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)]U
RT=AeB/t
式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的 常数。
Pa桥、直流电位差计、电子式 自动平衡计量仪器、动圈比率式计量仪器、动圈式计量仪器、 数字温度计等
▪ 用热电阻进行温度测量时的接法有四线式接法、三线式接法、 二线式接法
Page 8
▪ 电桥输出电压的值可以通过下式求得：
Page 6
热电阻传感器
▪ 热电阻：电阻值随温度变化的温度检测元件。 ▪ 金属热电阻的阻值与温度的关系：
RT=R0[1+a(T-T0)+b(T-T0)2...] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电 阻值；α为温度系数。 半导体热电阻的阻值与温度的关系：
VRs=[RS/(Rh+RS+RX)]U VRx=[Rx/(Rh+RS+RX)]U
通过电位差计或数字电压表测出 VRs与VRx的差值从而确定出温度
Page 11
•温度传感器的三线式接法
采用３线式连接方式时使用的导线必 须是材质、线径、长度及电阻值相等， 而且在全长导线内温度分布相同。这 种方式可以消除热 温度传感器电阻 内导线及连线引起的大部分误差，一 般的温度测量大都采用这种接线方式。 不难算出检流计两边的电压为： VG={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U
▪ 当负载电阻Ro→∞（即电桥输出处于开路状态）时， Io=0，电桥输出端接数字电压表或高输入阻抗放大器 时属这种情况。
Page 4
电桥
▪ R0较大时，I0趋向于零 ▪ 因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根据分压原理，输出
Page 14
热电阻传感器的二线式接法
▪ 右图所示电路为采用２线式连接方式， 这种接线方式不能消除连线电阻随温度 变化引起的误差，为此，应确保连线电 阻值远低于测温的热电阻值。一定要将 外部的电阻值调整到计量仪器说明书中 提供的标称值。外部电阻是指接在计量 仪器的测量端子外侧的导线及测温热电 阻体内导线所组成的电路的电阻，不包 括由热电阻体构成的电阻元件的电阻。 采用热电阻进行高精度的温度测量时， 不希望采用２线式连接方式，即使采用 也要使用电阻补偿导线
右半部分电压为：VGR=[(RX+R21)/(RX+R21+R)]U 则检流计和R11、R20两边的电压为： VG=VGL-VGR={(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/[(R+R1+R30)(RX+R21+R)]}U 当S接到B时： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)]U
成的电阻元 件，Ｇ为检流计或微电流检测器，Ｒ为固定电阻，R１～Ｒ４ 为平衡调节电阻，S为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。
检流计上部的电压: 下部的电压：
检流计的电压：
VGU=[RX/(RX+R)]U VGD=[R4/(R3+R4)]U VG=VGU-VGD={(RXR3-R4R)/[(R3+R4)(R+RX)]}.U
由上式可见只要RX的值发生变化，则VG发生变化
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另一种四线式接法
右图中R为固定电阻， R１～Ｒ４为平衡调节电 阻，S为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。
设R1的左半部分电阻为R10,右半部分电阻为R11. R2的左半部分电阻为R20,右半部分电阻为R21.R3 的左半部分为R30,右半部分为R31. 当S接到A时： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10)/(R+R10+R30)]U
热电阻传感器的四线式接法
▪ 为了消除热电阻测量电路中电阻体内 导线以及连线引起的误差，在右图所 示的电桥及直 流电位差计或数字电压 表中，热电阻体采用４线连接方式， 这样，可用于对标准电阻温度计进行 校正，并能对温度进行高精度的测 量。
如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。图中，Ｒｘ为热电阻体构
电压Uo为：
▪即 ▪ 设室温t= t0时，Rx= Rx0，当温度t= t0+D t
时，Rx= Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得电 压Uo为：
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测温原理
▪ 由于温度变化而引起的温度传感器的阻值变化较小， 通常采用电桥构成放大器。当温度传感器的阻值发生 变化时，电桥的两臂出现不平衡。这使得电桥输出一 个毫幅级的电压而供中间级放大器放大，再经后续电 路测量。
右半部分电压为：VGR=[R21/(R21+R)]U 则检流计和R11、R20两边的电压为： VG=VGL-VGR={(R21R-RR30-R10R-RRX)/[(R+R10+R30+RX)(R21+R)]}
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热电阻构成电位差计或数字电压表
▪ Ｒｘ为热电阻体构成的电阻元件， ＲＳ为标准电阻，Ｒｈ为电流调 节电阻，Ｓ为切换开关。
温度传感器的应用优秀课件
温度传感器的类型
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温度传感器的测温范围
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电桥
▪ 用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪 器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为 电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（Ｒ2）， 一对角线中接入直流电源Ｕ，另一对角线接入检流计 Ｇ。可以通过调节各已知电阻的值使Ｇ中无电流通过， 则电桥平衡，未知电阻Ｒ2＝Ｒ1·Ｒ４/Ｒ3。
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三线式接法能消除误差的原理
▪ PT100引出的三根导线截面积和长度均 相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路 一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作 为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1) 接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3) 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻 的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻 值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引 线线电阻的变化对测量结果没有任何影 响。
图a）为电桥或动圈式计量仪器图 ｂ） 为带放大器的动圈式计量仪器 放大器两输入端的电压为： V={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U
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▪ 图ｃ）为电子自动平衡式计量仪器 ， 图ｄ）为数字式温度计
设RP上端的电压为RPU,下端电压为 RPD, 图C)中放大器两边的电压为： UA=[(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)]U
RT=AeB/t
式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的 常数。
Pa桥、直流电位差计、电子式 自动平衡计量仪器、动圈比率式计量仪器、动圈式计量仪器、 数字温度计等
▪ 用热电阻进行温度测量时的接法有四线式接法、三线式接法、 二线式接法
Page 8
▪ 电桥输出电压的值可以通过下式求得：
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热电阻传感器
▪ 热电阻：电阻值随温度变化的温度检测元件。 ▪ 金属热电阻的阻值与温度的关系：
RT=R0[1+a(T-T0)+b(T-T0)2...] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电 阻值；α为温度系数。 半导体热电阻的阻值与温度的关系：
VRs=[RS/(Rh+RS+RX)]U VRx=[Rx/(Rh+RS+RX)]U
通过电位差计或数字电压表测出 VRs与VRx的差值从而确定出温度
Page 11
•温度传感器的三线式接法
采用３线式连接方式时使用的导线必 须是材质、线径、长度及电阻值相等， 而且在全长导线内温度分布相同。这 种方式可以消除热 温度传感器电阻 内导线及连线引起的大部分误差，一 般的温度测量大都采用这种接线方式。 不难算出检流计两边的电压为： VG={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U