温度传感器

第三章热电阻温度传感器
热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH： 是指环境温度为25 ℃ ± 0.2℃ 时测得的电阻值，又称冷电阻，单位为Ω。 耗散系数H： 是指热敏电阻的温度变化与周围介 质的温度相差1℃ 时，热敏电阻所耗散的功率， 单位为W/℃。 电阻温度系数α：热敏电阻的温度变化1 ℃时， 阻值的变化率。通常指温标为20 ℃ 时的温度系 数，单位为（%）/℃。
eB(T,TO):B导体温差电势；
eAB(TO): 冷端接触电势；
eA(T,TO):A导体温差电势。
第四章热电偶温度传感器
在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽 略不计，则热电偶的热电势可表示为： EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时， EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T 成单值函数关系，即： EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T) 实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过热 电偶分度表来确定。 分度表是在参考端温度为0℃时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
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主讲人：张皓
目录
CONTENTS
01
温度测量概述
温度传感器分类 热电阻温度传感器 热电偶温度传感器 电容式温度传感器 温度传感器的应用
02
03
04
05
06
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1
温度测量概述
第一章温度测量概述
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度不能直接测量，而是借助于某种物体的某种 物理参数随温度冷热不同而明显变化的特性进行 间接测量。 温度的表示（或测量）须有温度标准，即温标。
A C d
第五章电容式温度传感器
温度会影响介电常数的大小，从而改变电容的大 小。 电容式温度传感器就是利用电容器中间介质的介 电常数随温度变化而变化的原理进行测温的。 如图为一个陶瓷电容器的 电容随温度变化的曲线
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温度传感器的应用
第六章温度传感器的应用
热敏电阻温度传感器在水壶中的应用时的温控器原理
第三章热电阻温度传感器
热电阻传感器的测量电路
第三章热电阻温度传感器
第三章热电阻温度传感器
3.2半导体热电阻传感器
半导体热电阻一般称为热敏电阻。
热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度 变化而变化的性质制成的。
第三章热电阻温度传感器
热敏电阻的特点 1．电阻温度系数的范围甚宽 2．材料加工容易、性能好 3．稳定性好 4．原料资源丰富，价格低廉
第三章热电阻温度传感器
热敏电阻的主要特性包括温度特性和伏安特性。
第三章热电阻温度传感器
热敏电阻按温度特性可分为三 种类型，即： 正温度系数（PTC）热敏电阻 负温度系数（NTC）热敏电阻 在某一特定温度下电阻值会发 生突变的临界温度电阻器 （CTR）。
第三章热电阻温度传感器
伏安特性是热敏电阻的重要特性。定义为在稳态 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。
第二章温度传感器分类
非 接 触 测 温 优 点 ： 测量上限不受感温元件耐 温程度的限制，因而对最 高可测温度原则上没有限 制。对于1800℃以上的高 温，主要采用非接触测温 方法。
第二章温度传感器分类
接触式温度传感器 1．常用热电阻 范围：-260～＋850℃；精度： 0.001℃。改进后可连续工作2000h，失效率小于 1％，使用期为10年。 2．管缆热电阻 测温范围为-20～＋500℃，最高 上限为1000℃，精度为0.5级。 3．陶瓷热电阻 测量范围为–200～+500℃，精度 为0.3、0.15级。 4．超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量– 268.8～253℃-272.9～272.99℃的温度。 5．热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量 场合使用。经济性好、价格便宜。
第三章热电阻温度传感器
过热保护 :分为直接保护和间接保护。小电流场 合，热敏电阻直接串入负载中，防止过热损坏以 保护器件，大电流场合，通过继电器、晶体管电 路等进行保护。
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热电偶温度传感器
第四章热电偶温度传感器
热电偶的测温原理 : 热电偶测温是基于热电效应， 在两种不同的导体（或半导体）A和B组成的闭合 回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路 中产生一个电动势，通常我们称这种现象为热电 势，这种现象就是热电效应 。
第一章温度测量概述
热力学温标:1848年威廉.汤姆首先提出以热力学 第二定律为基础建立起来的温度仅与热量有关而 与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来 的故又称为开尔文温标，用符号 K表示。热力学 温标确定的温度数值为热力学温度（符号为T）。
国际实用温标：为了解决国际上温度标准的统一 及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体 现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使 用方便、容易实现的温标，这就是国际实用温标， 又称国际温标。
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温度传感器分类
第二章温度传感器分类
温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化 的规律把温度转换为电量的传感器。它是温度测 量仪表的核心部分，品种繁多。 按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。 按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热 电偶两类。 按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为 三大类：数字式温度传感器 、逻辑输出型温度 传感器 、模拟温度传感器 。
第四章热电偶温度传感器
电偶回路中产生的总热电势，由图可知： EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO) 或EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO) 式中： EAB(T,TO):热电偶回路中的总电动势； eAB(T): 热端接触电势；
第四章热电偶温度传感器
两种导体的接触电势 假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB, 且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子 的扩散现象。达到动态平衡时，在A、B之间形成 稳定的电位差，即接触电势eAB，如图所示。
第四章热电偶温度传感器
单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为 T 、 TO ，且 T>TO，如图所示。
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热电阻温度传感器
第三章热电阻温度传感器
热电阻温度传感器分为金属热 电阻和半导体热电阻两大类。
第三章热电阻温度传感器
3.1金属热电阻传感器
金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利 用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理 进行测温的。 金属热电阻的主要材料是铂和铜。 金属导体的电阻特性方程：Rt=Ro[1+α(t-to)] （α为热电阻的电阻温度系数，t为被测温度） 灵敏度S=(1/Ro)*(dRt/dt)=(1/Ro)*(Roα)=α
C H
第三章热电阻温度传感器
热敏电阻的应用 温度控制：用热敏电阻与一个电阻相串联，并加 上恒定的电压，当周围介质温度升到某一数值时， 电路中的电流可以由十分之几毫安突变为几十毫 安。因此可以用继电器的热敏电阻代替不随温度 变化的电阻。当温度升高到一定值时，继电器动 作，继电器的动作反应温度的大小，所以热敏电 阻可用作温度控制。
第三章热电阻温度传感器
热容量C： 热敏电阻的温度变化1 ℃时，所需吸 收或释放的能量，单位为J/℃。
时间常数 τ ： 是指温度为 T0 的热敏电阻，在忽略 其通过电流所产生热量的作用下，突然置于温度 为 T 的介质中，热敏电阻的温度增量达到 ΔT = 0.63（T - T0）时所需时间，它与电容 C和耗散 系数H之间的关系如下：

则可计算得
E(t,0℃)=E(t,30℃)+E(30℃,0℃)=29.547mv 由29.547mv再查分度表得t=710℃，是炉温。
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电容式温度传感器
第五章电容式温度传感器
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电 容器，其电容为：
ε 为电容器的介电常数； A 为电容器平板的面积； d为两个金属平板间的距离。
热电阻广泛用来测量 -220 ～ +850℃ 范围内的温 度，少数情况下，低温可测量至-272℃，高温可 测量至1000℃。
第三章热电阻温度传感器
最基本的热电阻传感器由热电阻、连接导线及显 示仪表组成，如图所示。
金属热电阻传感器测量示意图
Hale Waihona Puke Baidu
第三章阻温度传感器
热电阻传感器的结构 热电阻传感器由电阻体、绝缘管、保护套管、引 线和接线盒等组成，如图所示。
第四章热电偶温度传感器
热电偶的基本定律 (1)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两 端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。 根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线， 将热电势通过导线接至测量仪表进行测量，且不 影响测量精度。
第四章热电偶温度传感器
如图所示。
第二章温度传感器分类
非接触式温度传感器 l．辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四 种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光 电高温计。 2．光谱高温计 前苏联研制的YCI—I型自动测温 通用光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,它是 采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精 度进行自动测量。 3．超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms 左右)，方向性强。目前国外有可测到5000℉的 产品。 4．激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下 的温度测量。
第四章热电偶温度传感器
(2)中间温度定律 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端 温度为TO，中间温度为ＴO′，如图所示。则T， TO热电势等于T，TO′与TO′，TO热电势的代数 和。即 EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO) 运用该定律可使测量距离加长，也可用于消除热 电偶自由端温度变化影响。
第二章温度传感器分类
接触式温度传感器 传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于 被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体 温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度 较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度 的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
非接触式温度传感器 它的感温元件与被测对象互不接触，主要是利用 被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的 温度，可进行遥测。这种方法可用来测量运动物 体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变） 对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分 布。
第四章热电偶温度传感器
如图所示。
第四章热电偶温度传感器
热电偶测温基本电路
热电偶测温线

第四章热电偶温度传感器
热电偶串联测温线路
热电阻并联测温线路
第四章热电偶温度传感器
热电偶参考端的补偿 热电偶分度表给出的热电势值的条件是参考端温 度为0℃。如果用热电偶测温时自由端温度不为 0℃，必然产生测量误差。应对热电偶自由端 （参考端）温度进行补偿。 例如：用K型（镍铬-镍硅）热电偶测炉温时，参 考端温度t0=30℃ 由分度表可查得 E(30℃,0℃)=1.203mv， 若测炉温时测得E(t,30℃)=28.344mv，