温度传感器的应用

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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， 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 变化引起的误差，为此， 阻值远低于测温的热电阻值。 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。 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， 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。 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， 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， 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 检流计两边的电压为： 检流计两边的电压为： UG ={(RxR-RRP)/[(R+Rx)(R+RP)]}U
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•温度传感器的三线式接法 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 采用３ 须是材质、线径、长度及电阻值相等， 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。 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， 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。 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： 不难算出检流计两边的电压为： VG={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U • 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： 放大器两输入端的电压为： V={(RRx-RR3)/[(Rx+R)(R+R1)]}U
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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， Ｒｘ为热电阻体构成的电阻元件， 为热电阻体构成的电阻元件 ＲＳ为标准电阻，Ｒｈ为电流调 为标准电阻，Ｒｈ ＲＳ为标准电阻，Ｒｈ为电流调 节电阻，Ｓ为切换开关。 ，Ｓ为切换开关 节电阻，Ｓ为切换开关。 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
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起始值) 相关计算 (起始值 起始值
由于A1放大器的虚短和虚段特性 由于 放大器的虚短和虚段特性,V+=V-,I+=I-=0 ,则RA和RB两端的电压为稳 放大器的虚短和虚段特性 则 压管两端的电压，即是5V 所以 所以VT1集电极的电流为：i=5/(RA||RB)=1mA 集电极的电流为： 压管两端的电压，即是 ,所以 集电极的电流为 RT的初始阻值为：RT=100 的初始阻值为： B点电压为：VB=1(mA)X(2r+100) 点电压为： 点电压为 b点电压为：VA=1(mA)X(r+100) 点电压为： 点电压为 先讨论r对电路的影响 此时R 对电路的影响(此时 先讨论 对电路的影响 此时 0=R1=0)： ： 点看， 点电压为0，此时,V 流过R 电流相同，则增益为： 从B点看，则b点电压为 ，此时 +=V-=0,流过 2和R3电流相同，则增益为： 点看 点电压为 流过 A1= -(R3/R2)(1+R5/R4)=-(1+R5/R4) 点看， 点电压为0，由虚短和虚断特性， 增益为： 从b点看，则B点电压为 ，由虚短和虚断特性，且R2=R3增益为： 点看 点电压为 A2=(1+R3/R2)(1+R5/R4)=2(1+R5/R4) 则输出为： 则输出为：U0=VBA1+VAA2=100(1+R5/R4) 当温度无变化时电路输出电压为0： 当温度无变化时电路输出电压为 ： B'点的电压为 此时此时 0=R1≠0)：VB'=1(mA)X(2r+200)，从B'点看到的 点的电压为(此时此时 点的电压为 此时此时R ： ， 点看到的 增益和从B看到的增益相同 而且b点增益也不变 看到的增益相同， 点增益也不变。 增益和从 看到的增益相同，而且 点增益也不变。 则输出电压为： 则输出电压为：U0=VB'A1+VAA2=0
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另一种四线式接法
右图中R为固定电阻， ～Ｒ４ 右图中 为固定电阻， R１～Ｒ４为平衡调节电 为固定电阻
为切换开关,L1、 为热电阻体内导线 为热电阻体内导线。 阻，S为切换开关 、L2为热电阻体内导线。 为切换开关
的左半部分电阻为R10,右半部分电阻为 右半部分电阻为R11. 设R1的左半部分电阻为 的左半部分电阻为 右半部分电阻为 R2的左半部分电阻为 的左半部分电阻为R20,右半部分电阻为 右半部分电阻为R21.R3 的左半部分电阻为 右半部分电阻为 的左半部分为R30,右半部分为 右半部分为R31. 的左半部分为 右半部分为 接到A时 当S接到 时： 接到 检流计的左半部分电压为： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10)/(R+R10+R30)]U 右半部分电压为： 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： 两边的电压为： 则检流计和 、 两边的电压为 VG=VGL-VGR={(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/[(R+R1+R30)(RX+R21+R)]}U 接到B时 当S接到 时： 接到 检流计的左半部分电压为： 检流计的左半部分电压为：VGL=[(R30+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)]U 右半部分电压为： 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： 则检流计和 、 两边的电压为： 两边的电压为 VG=VGL-VGR={(R21R-RR30-R10R-RRX)/[(R+R10+R30+RX)(R21+R)]}
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采用电阻补偿导线的２ 采用电阻补偿导线的２线式连接方式
采用这种2线式接法和三线式接法有同 采用这种 线式接法和三线式接法有同 样的效果 图a）为电桥或动圈式测温计，图b） ）为电桥或动圈式测温计， ） 为电子自动平衡式计量仪器
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3线式铂热电阻实用电路 线式铂热电阻实用电路
式中Rt为பைடு நூலகம்度为 时的阻值 式中 为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的 为温度为 时的阻值； 、 取决于半导体材料的结构的 常数。 常数。
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采用热电阻构成的测温仪器有电桥、直流电位差计、 采用热电阻构成的测温仪器有电桥、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、 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
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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。 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： 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 时的阻值；Rt0为温度 （通常t0=0℃）时对应电 式中， 为温度t时的阻值； 为温度t0（通常 ℃ 为温度 时的阻值 为温度 阻值； 为温度系数 为温度系数。 阻值；α为温度系数。 半导体热电阻的阻值与温度的关系： 半导体热电阻的阻值与温度的关系： RT=AeB/t
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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， 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。 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。 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， 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。 路测量。 电桥输出电压的值可以通过下式求得： 电桥输出电压的值可以通过下式求得：
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、 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
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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， 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， 表中，热电阻体采用４线连接方式， 这样， 这样，可用于对标准电阻温度计进行 校正， 校正，并能对温度进行高精度的测 量。
温度传感器的应用
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） 用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪 最简单的是由四个支路组成的电路。 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（Ｒ ）， 电桥的 臂 。如图电路中有一电阻为未知（Ｒ2）， （Ｒ 一对角线中接入直流电源Ｕ， Ｕ，另一对角线接入检流计 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 中无电流通过， 可以通过调节各已知电阻的值使Ｇ 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Ｒ ＝Ｒ ＝Ｒ1·Ｒ Ｒ 。 则电桥平衡，未知电阻Ｒ2＝Ｒ Ｒ４/Ｒ3。 两端接负载电阻为Ro的电 图2中，非平衡电桥的 两端接负载电阻为 的电 中 非平衡电桥的BD两端接负载电阻为 压表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压Uo 压表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压 或电流Io，就可得到Rx值 或电流 ，就可得到 值。 当负载电阻Ro→∞（即电桥输出处于开路状态）时， （即电桥输出处于开路状态） 当负载电阻 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。 时属这种情况。
• 如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。图中，Ｒｘ为热电阻体构成 如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。图中，Ｒｘ ，Ｒｘ为热电阻体构成
，Ｇ为检流计或微电流检测器，Ｒ为固定电阻 为检流计或微电流检测器，Ｒ为固定电阻， ～Ｒ４ 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， 为切换开关 为切换开关,L1、 为热电阻体内导线 为热电阻体内导线。 平衡调节电阻，S为切换开关 、L2为热电阻体内导线。 VGU=[RX/(RX+R)]U 检流计上部的电压: 检流计上部的电压 下部的电压： 下部的电压： VGD=[R4/(R3+R4)]U 检流计的电压： 检流计的电压： VG=VGU-VGD={(RXR3-R4R)/[(R3+R4)(R+RX)]}.U 由上式可见只要R 的值发生变化， 由上式可见只要 X的值发生变化，则VG发生变化
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图ｃ）为电子自动平衡式计量仪器 ， ｃ）为 ｄ）为 图ｄ）为数字式温度计 设RP上端的电压为 PU,下端电压为 上端的电压为R 下端电压为 上端的电压为 RPD, 中放大器两边的电压为： 图C)中放大器两边的电压为： 中放大器两边的电压为 UA=[(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)]U
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电桥
R0较大时，I0趋向于零 较大时， 根据分压原理， 因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根据分压原理，输出 ， 电压Uo为 电压 为：
即 设室温t= 时 设室温 t0时，Rx= Rx0，当温度 t0+D t ，当温度t= 时，Rx= Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得电 ， ） 压Uo为： 为
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三线式接法能消除误差的原理 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 引出的三根导线截面积和长度均 相同(即 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 一般是不平衡电桥，铂电阻 作 为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1) 为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根 接到电桥的电源端，其余两根(r2、 接到电桥的电源端，其余两根 、r3) 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻 的桥臂上， 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 值的引线电阻，电桥处于平衡状态， 线线电阻的变化对测量结果没有任何影 响。