第七章热电式传感器剖析
《热电式传感器》PPT课件
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]
第8章热电式传感器剖析
非接触式测温：无需接触被测体，利用物体的热辐射能 量随温度变化而变化的原理实现测量。
类型有：光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤 高温传感器等。
测温范围一般为600—6000℃。
第8章热电式传感器剖析
第一节 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 优点有：
e N B T
e N B T 0
T
当参考端温度T0恒定时： ＥAB(T, T0) = f(T) - C
即总的热电势只与热端温度T成单值函数关系。
因此测得热电势的值，即可知道温度T的大小，利用热电 偶这一性质可以用来测温。
但是在实际应用过程中，这样做很麻烦，即必须通过繁杂 的计算才能得到温第度8章T热电，式工传感程器剖上析有没有比较简便的方法呢？
综上：热电偶回路中存在：两个接触电势eAB(T) 和eAB(T0)，两个温差电势eA(T,T0)和eB(T,T0)。
设T>T0，自由电子密度NA>NB，总的热电势为：
ＥAB(T, T0)=eAB(T) -eAB(T0) +eB(T, T0) -eA(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
e N e N 第8章B 热T 电式传感器剖析
B T 0
T 0
BA )d T
在总的热电势中, 温差电势比接触电势小很多, 在精度 要求不高的情况下, 热电偶的热电势可近似表示为：
ＥAB(T, T0) ≈eAB(T) -eAB(T0)
第8章热电式传感器剖析
根据ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
热电偶测温是基于热电效应（Seeback effect）
《热电传感器》课件
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
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 )
第7章热电式传感器案例
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
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，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
第七章 热电式传感器.ppt
测量温度范围
1000C 热电势/
mV
B
铂铑30－铂铑6
50～1820 C
4.834
R
铂铑13—铂
-50～1768 C
10.506
S
铂铑10—铂
-50～1768 C
9.587
K
镍铬－镍铬 (铝) -270～1370 C 41.276
E 镍铬－铜镍 (康 铜) －270～800 C
——?
第7章 热电式传感器 普通装配型热电偶的外形
第7章 热电式传感器
本章主要内容
➢了解热电阻工作的主要原理 ➢掌握热电效应，热电偶工作原理 ➢掌握热电偶工作定律 ➢了解热电偶的测温材料及其特点 ➢熟悉热电偶的应用
第7章 热电式传感器
7.1.1 热电阻
工作原理：热电阻的阻值随温度的变化而变化。
1. 热电阻材料的特点：
a 高温度系数，高电阻率
b 化学和物理性能稳定
▪ 定义：将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若节点处于不同的 温度时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流， 这种现象称为热点效应。
▪
接触电势
EAB (T )
温差电势
kT e
ln
NA NB
T
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
AA’CTBB’C’
热电偶
补偿导线 试管
铜 导 线
冰点槽
T0
冰水溶液
mV
仪 表
第7章 热电式传感器
2. 计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度 TH ，利用公式计 算
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
传感器原理及应用(第三版)第7章
(二)温差电势 单一导体，如果两端温度不同，则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，高温端因失去电子而带正电，低 温端因得到电子而带负电，从而形成静电场，如图所示。该电场阻 碍电子的继续扩散，当达到动平衡时，在导体两端便产生一个稳定 的电位差，即温差电势。同样由物理学可知： 温差电势: T e A ( T , T 0 ) = ∫ σ dT T0 其中： e A (T , T0 ) —导体A两端温度为时形成的 温差电势 σ —汤姆逊系数，表示单一导体两 端温差1℃时所产生的温差电势，其值与材料性质及两端温度有关. ℃ 结论： 结论：在热电偶中，温差电势相对于接触电势非常小，工程上常 将其忽略不计，起决定作用的是接触电势。但热电偶作为检测计量 使用时要加以考虑 。
Tn Tn T T + ∫ σ B dT − ∫ σ A dT + ∫ σ B ' dT − ∫ σ A ' dT Tn Tn T0 T0
= EAB (T , Tn ) + E A'B ' (Tn , T0 )
因此上述定律成立。
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(T1Tn ), (Tn1T0 )
2 中间温度定律： 定律描述：热电偶在结点温度为 (T，T0 ) 时的热电势 EAB(T,T0 ) ，等于 热电偶在 (T，Tn ),(T，T0 ) 时相应的热电势 EAB(T,Tn ) 与 EAB(Tn ,T0 ) 的代数和。 数学表达式：
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ,Tn ) + EA'B' (Tn ,T0 )
证明：由上图所示，回路总电势
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ) + EBB' (Tn ) + EB' A' (T0 ) + EA' A (Tn )
传感器技术课件-热电式传感器
热电式传感器的应用领域
工业自动化
用于测量温度、流量、气体浓度等参数，提高生产效率和质量。
能源管理
用于监测和控制能源消耗，优化能源利用效率。
汽车工业
用于发动机温度、刹车系统和座椅加热等应用。
热电式传感器与其他传感器的比较
热电式传感器
• 适用于高温环境 • 温度测量范围宽 • 稳定性和精度高
压力传感器
热电式传感器的结构及原理
结构
热电式传感器通常由热电材料、保护层、连接线 和环境接口组成。
原理
当热电材料的两端产生温度差时，热电效应将使 电场中的电子产生电流，从而实现温度测量。
热电式传感器的分类
1 温度差型热电式传感器
适用于测量温度差异的传感器，如热电偶和 热敏电阻。
2 温度感应型热电式传感器
适用于测量单一温度的传感器，如热电阻和 热电堆。
选择离测量对象最近的位置，避免热量流失。
2 防护和维护
确保传感器受到适当的防护，并进行定期检查和校准。
3 电源和电路设计
考虑传感器的电源供应和信号处理电路的设计，以确保准确运行。
热电式传感器的校验方法
1 对比法
2 零点校准
将传感器与已知准确度的 参考温度计进行偏差。
传感器技术课件-热电式 传感器
热电式传感器是一种能够将热量转化为电能的传感器。了解其基本原理、结 构和应用领域，以及其优点和缺点是非常重要的。
什么是热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电压或电流输出的传感器。它利用热电效应来测量温度，并将温度变化 转化为电信号。
热电效应的基本原理
热电效应是指当两个不同材料的接触点形成温度差时，产生的电压或电流。 这种效应是由于不同材料的电子在温度梯度下产生的差异。
热电式传感器1.
常用热电偶型号、测温范围等见表7-1
名称 型号 分 度 号
B
测温范围° C 长期
0-1600
允许偏差 温度° C
1000-1500
短期
0-1800
偏差
+0.5%
温度
>1500
偏差
+7.5%
铂铑30－铂铑6
WRLL
铂铑－铂
WRL B
WRE U WRE A
S
0-1300
0-1600
0-600
+2.4%
（2）镍铬－镍硅热电偶 镍铬为正极，镍硅为负极。直径为Φ1.2～2.5mm，分度号 为K。 优点：可测900 ° C以下的温度，短期可测1200 ° C高温；复制性 好，热电势大，线性好，价格便宜。 缺点：稳定性较差 （3）镍铬－考铜热电偶 镍铬为正极，考铜为负极。直径为Φ1.2～2mm，分度号为 E。适用于还原性和中性介质，一般温度不超过600 ° C，最高可 达800 ° C。 其灵敏度高，价格便宜，但测温范围窄而低，易受氧化。
（2）绝缘套管 （3）保护套管
（4）接线盒
四、热电偶冷端温度补偿 1.补偿导线法 用一导线将热电偶冷端延 伸出来，如图7-9所示。
2.冷端温度计算校正法 当冷端温度高于0º C而稳定于t0时，则仪表测得值小于实际 值，故应予以修正：
例如：K型热电偶在工作时冷端温度为t0＝30º C，测得热电势 EK(t,t0)=39.17mv，求被测介质的实际温度。 解：由分度表查出EK(30º C, 0º C)=1.2mv 故EK(t, 0º C)= EK(t,30º C)+ EK(30º C, 0º C) =39.17+1.2 =40.37mv
举例说明热电式传感器冷端补偿的原理
举例说明热电式传感器冷端补偿的原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。
车辆检测技术——热电式传感器
第七章热电式传感器第一节热电偶热电式传感器是一种利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来测量温度的装置。
在各种热电式传感器中，把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。
其中将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶温度传感器，将温度转换为电阻值的热电式传感器叫电阻式温度传感器。
金属热电式传感器简称热电阻，半导体式传感器简称热敏电阻。
热电式传感器目前在工业生产中得到了广泛的应用，并且可以选用定型的显示仪表和记录仪来进行显示和记录。
在计算机控制系统中，热电式传感器的输出信号可直接进入I/O卡，进行信号的预处理、显示和控制。
热电偶由于性能稳定、结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传的特点，在工业和科研领域中得到广泛应用。
常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可达到+1600℃。
若配用特殊材料，其温度范围可达到-150℃～2000℃。
如图7-1所示，热电偶温度传感器将被测温度转换成毫伏级热电势，通过连接导线与显示表构成温度检测系统，从而实现温度的显示、记录和调节。
图7-1热电偶测温示意图一热电偶的基本原理1 热电效应1821年，德国物理学家赛贝克（T⋅J⋅Seebeck）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），发现放在回路中的电流表指针发生偏转。
如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指针的偏转角反而减小。
显然，指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，电流的强弱与两个结点的温差有关。
据此，赛贝克发现和证明了将两种不同性质的导体A 、B 组成闭合回路，如图7-2所示。
若节点(1)、(2)处于不同的温度(T≠T 0)时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。
两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电动势称为热电势。
热电偶的两个结点中，置于温度为T 的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端；而置于参考温度为T 0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。
传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势EAB(T,T0)与连接导线电势EA’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于EAB(T,Tn)与EAB(Tn,T0)的代数和。
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。
第7章热电式传感器 70页PPT文档
第7章 热电式传感器
7.1 热电阻 7.1.1 金属热电阻
5.测量电路
2线单臂电桥：R1为热电阻；R2，R3，R4为锰铜电阻，其温度系数 极 小，可认其为固定电阻；单臂上的引线电阻计入测量结果。
集成温度传感器把热敏晶体管和外围电路、放大 器、偏置电路及线性电路制作在同一芯片上；
利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管 对的基极—发射极之间电压VBE的差与温度呈线性 关系。
第7章 热电式传感器
7.2半导体集成温度传感器 7.2.1 集成温度传感器测温原理
图为是绝对温度比例电路 V1、V2是两只互相匹配的
第7章 热电式传感器
概述 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量， 现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容， 如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉 这些家用电器中都少不了温度传感器。
第7章 热电式传感器
概述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
根据所用测温物质
的不同和测温范围不 同，有煤油温度计、 酒精温度计、水银温 度计、气体温度计、 电阻温度计、温差温 度计、辐射温度计、 光测温度计等等。
1.原理： 温度→电阻变化
测温机理：在金属导体两端加电压后，自由电子形成有规
律的定向运动，使导体导电。当温度升高时由于自由电子 获得较多的能量，能从定向运动中挣脱出来，从而定向运 动被削弱，导电率降低，电阻率增大。
要求：在热电阻传感器中，选用 大，温度系数大的金属
材料，同时要求其物理化学性能稳定，可加工性好. 材料：典型如铂、铜、镍。
7.1 热电阻 7.1.1 金属热电阻
铁道车辆传感器技术—热电式传感器
简介： TMS热电偶、热电阻作为工业用温度测
量的传感器，通常和显示及指针仪表、记录 仪表，工业智能调节器配套使用。它可以直 接测量各种生产过程中-200℃-1800℃(钨铼 偶可测温到2300℃)范围内的液体、气体、 蒸汽介质，以及固体表面温度.它广泛用于石 油、化工、机械、制药、冶金、陶瓷、环保 等行业。
热力管道用热电阻
简介： 热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也
随着发生变化的特性来测量温度的。当被测介体 中有温度梯度存在时，所测的温度是感温元件所 在范围介质中的平均温度。
工业用装配式热电阻作为温度测量传感器,通 常与温度变送器,调节器以及显示仪表等配套使用, 组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产 过程中-200℃～300℃范围内的液体,蒸汽和气体 介质以及固体表面的温度. 广泛用于石油、化工、 机械、冶金、电力、 轻纺、食品等工业部门和科 技领域。
项目一 传感器技术
任务6 热电式传感器
01
热电式传感器概述
10.22
热电偶传感器工作原理
03
热电偶传感器性质、定律、类型和结构
04
热（敏）电阻传感器
05
热电式传感器的应用
一、热电式传感器概述
温 度量
材料与温度有关 的物理特性
电量
电动势、电 阻等变化
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。它是利用某 些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。例如将温度变化 转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量 电路达到检测温度的目的。把温度变化转换为电势的热电式传感器称为 热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
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图7.6 光电二极管原理图
(3)光敏三极管(photo transistors) 它可 以看成是一个bc结为光敏二极管的三极管。 其原理和等效电路见图7.7。在光照作用下， 光敏二极管将光信号转换成电流信号，该电 流信号被晶体三极管放大。显然，在晶体管 增益为β时，光敏三极管的光电流要比相应 的光敏二极管大β倍。
第七章 光电式传感器
第一节 光电效应
一、光电式传感器的概念
光电传感器是采用光电元件作为检测元 件的传感器。它首先把被测量的变化转换成 光信号的变化，然后借助光电元件进一步将 光信号转换成电信号。光电传感器一般由光 源、光学通路和光电元件三部分组成。光电 检测方法具有精度高、反应快、非接触等优 点，而且可测参数多，传感器的结构简单， 形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和 控制中应用非常广泛。
光敏二级管和三极管均用硅或锗制成。由 于硅器件暗电流小、温度系数小，又便于用 平面工艺大量生产，尺寸易于精确控制，因 此硅光敏器件比锗光敏器件更为普通。
图7.7 光电三极管原理图
光敏二极管和三极管使用时应注意保持光 源与光敏管的合适位置(见图7.8)。因为只有 在光敏晶体管管壳轴线与入射光方向接近的 某一方位(取决于透镜的对称性和管芯偏离中 心的程度)，入射光恰好聚焦在管芯所在的区 域，光敏管的灵敏度才最大。为避免灵敏度 变化，使用中必需保持光源与光敏管的相对
0 hc / A
（7-1）
式中： c——光速。 外光电效应从光开始照射至金属释放电
子几乎在瞬间发生，所需时间不超过109 s。
基于外光电效应原理工作的光电器件有光电 管和光电倍增管。
光电管种类很多，它是个装有光阴极和
阳极的真空玻璃管，结构如图7.1所示。图 7.2阳极通过RL与电源连接在管内形成电场
内光电效应按其工作原理可分为两种：
光电导效应和光生伏特效应。
2.1 光电导效应 半导体受到光照时会产生光生电子－空穴
对(electron-hole pairs)，使导电性能增 强，光线愈强，阻值愈低。这种光照后电阻 率变化的现象称为光电导效应。基于这种效 应的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的 光敏二极管与三极管。 (1) 光敏电阻(photo resistors) 光敏电阻
是一种电阻器件，其工作原理如图7.4所示。 使用时，可加直流偏压(无固定极性)，或加 交流电压。
图7.4 光敏电阻的工作原理
光敏电阻中光电导作用的强弱是用其电导 的相对变化来标志的。禁带宽度较大的半导 体材料，在室温下热激发产生的电子－空穴 对较少，无光照时的电阻(暗电阻)较大。因 此光照引起的附加电导就十分明显，表现出 很高的灵敏度。
图 7.1 光电管
光电管的阴极受到适当的照射后便发射光电 子，这些光电子在电场作用下被具有一定电 位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。 电阻RL上产生的电压降正比于空间电流，其 值与照射在光电管阴极上的光成函数关系。 如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等) 即构成充气光电管。由于光电子流对惰性气 体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电 子，从而提高光电变换的灵敏度。
为了提高光敏电阻的灵敏度，应尽量减小
电极间的距离。对于面积较大的光敏电阻， 通常采用光敏电阻薄膜上蒸镀金属形成梳状 电极。为了减小潮湿对灵敏度的影响，光敏 电阻必须带有严密的外壳封装。光敏电阻灵 敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格
图7.5 光敏电阻梳状电极
便宜，因此在自动化技术中应用广泛。 (2)光敏二极管(photodiode) PN结可以光 电导效应工作，也可以光生伏特效应工作。 如图7.6所示，处于反向偏置的PN结，在无光 照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当光 照时，结区产生电子－空穴对，在结电场作 用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形 成光电 流，方向与反向电流一致。光的照度 愈大，光电流愈大。由于无光照。
图7.2 光电管受光照发射电子
光电倍增管的结构如7.3所示。在玻璃管 内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极上涂有在电子 轰击下能发射更多电子的材料。光电倍增极 的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极 发射的电子继续轰击后一级倍增极。在每个 倍增极间均依次增大加速电压。设每级的培 增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δn。
在光的照射下，使电子逸出物体表面而 产生光电子发射的现象称为外光电效应。
根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一 个光子的能量。因此要使一个电子从物体表 面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表 面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出 功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率 限νo(或波长限λo)，称为“红限”。当入 射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不 论入射光有多强，也不能激发电子；当入射 频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照 射的物体激发电子，光越强则激发出的电子 数目越多。红限波长可用下式求得：
二、光电效应
光照射在物体上可以看成是一连串的具
有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光 子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效 应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某 些电子的能量而产生的电效应。光电效应可 分成外光电效应和内光电效应两类。 1.外光电效应(External photoelectric effect)
图7.3 光电倍增管
2.内光电效应(Internal photoelectric effect)
光照射在半导体材料上，材料中处于价 带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带， 使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激 发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产 生电效应。光子能量必须大于材料的禁带宽 度ΔEg才能产生内光电效应。由此可得内光 电效应的临界波长λo=1293/ΔEg (nm)。通 常纯净半导体的禁带宽度为1eV左右。
图7.8 入射光方向与管壳轴线夹角示意图
第二节 光电式传感器 (Photoelectric Sensors) 一.光电式传感器的类型