常用温度传感器

1、热电效应


两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电路时，若 两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势， 这种现象称为热电效应。 热电偶的工作原理是基于物体的热电效应；
有关热电偶的基本概念： 热电极 热电势 测量端（工作端、热端） 参考端（自由端、冷端）
图3-20 热电偶测温原理图
热电偶工作原理演示
铜丝的直径较大，一般为 0.1mm的漆包铜线分层绕在 骨架上，并涂上绝缘漆而成。
铜的机械强度较差，一般用双绕法： 先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两 个端头处于支架的同一端。
热电阻式传感器的结构:由电阻体（感温元件）、引出线、绝缘套管和接 线盒等部件组成。其中，电阻体（感温元件）是主要部件。 玻璃骨架铂热 电阻感温元件
a）TO-52封装及符号
图
b) 两脚封装
c) SOIC封装
AD590的封装形式
AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准， 每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时， 其输出电流Iout=（273.2+25）=298.2μA。
若使用AD590测温并以摄 氏度表示时，则要通过调 零电路（最简单的为电桥） 来实现，使零摄氏度时， 送到放大电路的净输入电 压为零。
3、结构
热敏电阻结构
MF12型 NTC热敏电阻
塑料封装 热敏电阻
玻璃封装NTC 热敏电阻
MF58型热敏电阻
4、热敏电阻的应用
热敏电阻用于温度补偿
仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度 误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于 温度变化产生的误差。
较为广泛应用的电阻体材料有： 铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜 。
铂热电阻


铂电阻的特点是耐高温、性能稳定、抗氧化能力 强、电阻率高、材料易于提纯等优点，在国际实 用温标中以铂电阻作为标准。 铂电阻的测量范围为 -200～960℃。 铂电阻价格较贵。
我国工业用铂热电阻有：
R0 10、R0 50、R0 100
图 AD590基本应用电路
注意事项： 1、 Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为 10K×298.2μA=2.982V 2、 测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准
图
AD590温度传感器测温原理图
差动放大器输出Vo为 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。
作 业
突断型温度传感器 电热水壶接通电源加热 后，水温逐步上升到100度， 水开始沸腾，蒸汽冲击蒸 汽开关上面的双金属片， 由于热胀冷缩的作用，双 金属片膨胀变形，顶开开 关触点断开电源。 如果蒸汽开关失效，壶 内的水会一直烧下去，直 到水被烧干，发热元件温 度急剧上升，位于发热盘 底部的有两个双金属片， 会因为热传导作用温度急 剧上升，膨胀变形，断开 电源。
云母骨架铂热电阻
铜热电阻感温元件
普通工业用热电阻基型产品结构
3、热电阻的基本参数 (1) 标称电阻(R0)：热电阻在0℃时的电阻值 (2) 分度表：以表格形式表示热电阻的电阻-温度对 照表 分度号：Pt100，表示金属材料为铂，标称电阻 为100Ω (3) 温度测量范围及允许偏差范围 (4) 热响应时间 (5) 额定工作电流
模块2 常用温度传感器
学习要点
常用温度传感器
热电阻温度传感器
2.1 温度传感器概述
温度传感器有3个发展阶段：即传统 的分立式温度传感器、模拟集成温度传感 器、智能温度传感器。目前，国际上新型 温度传感器正从模拟式向数字式、由集成 化向智能化、网络化的方向发展。
一、温度与温标
温度是衡量物体（或物质）冷热程度的 物理量，能够把温度的变化转化为电量（电 压、电流或阻抗等）变化的传感器称为温度 传感器。 温标是衡量温度的标准尺度，目前国际 上使用较多的是摄氏温标和热力学温标。
7 10
1
4 3 2
热 敏 电 阻 分 类
正温度系数热敏电阻（PTC） 负温度系数热敏电阻（NTC）
0
突变型(又称临界温度型， 英文缩写CTR) 表2-4
100
200
各种热敏电阻的特性曲线 1—突变型NTC 2—负温度NTC 3—线形型PTC 4—突变型PTC
2、特点
用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有 如下特点： 电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大10倍 左右，因此它的灵敏度很高； 结构简单，体积小； 电阻率高，热惯性小，适宜动态测量； 阻值与温度变化呈非线性关系； 稳定性和互换性相对较差
四.温度传感器的主要发展方向




超高温与超低温传感器 提高温度传感器的精度和可靠性 研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的 温度传感器 发展新型产品 发展适应特殊测温要求的温度传感器 发展数字化、集成化和自动化的温度传感器
2.2 热电阻温度传感器
作用：测量温度及与温度有关的参量。
热 电 阻 分 类
把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为 金属热电阻，可构成热电阻传感器。
把由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻，可构 成热敏电阻传感器，它的灵敏度比前者高十倍以上 。
一、 热电阻的测温原理
热电阻效应：
物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象。 热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特 性来进行温度测量的。 金属的电阻温度系数为正值，如图。 因为：在金属中，载流子为自由电子， 当温度升高时，每个自由电子的动能 将增加，因而在一定的电场作用下， 要使这些杂乱无章的电子作定向运动 就会遇到更大的阻力，导致金属电阻 值随温度的升高而增加 。
热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零
冷热端温度相等时，回路中不产生热电势
热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零
2、接触电动势
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生 自由电子的扩散形成的电动势 。
热电阻的温度特性主要是指热电阻的阻值Rt与温度t 之间的关系，热电阻的电阻值与温度之间呈非线性关 系。
金属的电阻——温度特性曲线
热电阻测量电路作用：将由温度引起的阻值的变化转换成电压信号。 热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻 值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放 大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度， 或经A/D转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集 温度。
三
、热电阻应用
热电阻式流量计
Rt1 和Rt2分别接入电桥两相邻桥臂。 Rt1放在被测介质的流通管道的中心。 Rt2放在连通室中，不受介质流速影响。 当被测介质处于静止状态时，将电桥调 到平衡状态，检流计Ｐ指零。 当介质流动时，由于介质流动要带走热 量， Rt1所耗散的热量与被测介质的平均 流速成正比。因而Rt1温度下降，引起电阻 下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示， 可用流量或流速标定。
它们的分度号分别为 Pt10、Pt50、Pt100， 其中Pt100最常用。
铜热电阻
由于铂是贵金属，在测量精度要求不高、温度范 围在-50150℃时普遍采用铜电阻。 铜电阻的R0常取100Ω、50Ω两种，分度号为Cu100、 Cu50。 优点：

铜易于提纯，价格低廉，电阻_____温度特性线性较好； 价格低廉，互换性好，固有电阻小。
五、实验结果记录
室温 t(℃) Vo(V) Rt(Ω ) …… …… 40 45 …… 80
附表：Pt100 铂电阻分度表(t—Rt对应值) Cu50铜电阻分度表(t—Rt对应值)
休 息 一 下
模块2 常用温度传感器
学习要点
热敏电阻温度传感器
集成温度传感器
一、热敏电阻传感器
1、定义
半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元 件，它是用电阻值随温度而显著变化的半导体电阻制成的。 通常采用重金属氧化物锰、钛、钴等材料，在高温下烧结混 合而成。
( Rt 2r ) R2 R1R3
R2 R1
( Rt r ) R2 R1 ( R3 r )
Rt 2r R3
R2 R1
Rt R3
二、热电阻材料、结构及参数
1、热电阻材料 对电阻体材料的基本要求：
电阻温度系数大----提高灵敏度 电阻率尽可能大----减小电阻尺寸 材料的化学、物理性质稳定----减小误差 材料易于加工----提高工艺性
P82 6、7
休 息 一 下
模块2 常用温度传感器
学习要点
热电偶温度传感器测温原理 热电偶三大定律
模块2 温度传感器的应用
学习要点
热电偶温度传感器测温原理 热电偶三大定律
一、 热电偶传感器的工作原理





热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度 快、便于维修、复现性好； 测温范围广，一般为-270℃～+2800℃； 直接输出电信号，无测量转换电路。 适于远距离测量、自动记录、集中控制。 缺点是存在冷端温度补偿问题。
二、温度传感器的工作原理
定义：利用各种物质材料的不同物理性质随温 度变化的规律把温度转换为电量的装置。 水银温度计-----热胀冷缩 双金属温度计------两种不同金属在温度改 变时膨胀程度不同
三、温度传感器的分类
用来测量温度的传感器种类种类很多，常 用的有热敏电阻、热电阻、PN结、热电偶以 及为简化测量电路而开发的集成温度传感器。 温度传感器按不同的分类依据分类如下： （1） 按传感器于被测介质的接触方式：接触式 பைடு நூலகம்非接触式 （2）按物理现象分类 P44 表2-1 （3）按测温范围分类 P44 表2-2 （4）按测温特性分类 P44 表2-3
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等 组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属 护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。
热电阻两线测量桥路:热电阻的两 端各引出一根导线与指示仪表连接， 称为二线制接法，二线制接法仅适 用于热电阻与指示仪表距离较近、 连接导线较短或精度不高的场合。 如果热电阻安装的位置与仪表相距较远， 当环境温度变化时，其连接导线电阻也要 变化。为消除连接导线电阻变化带来的测 量误差，测量时采用三线制连接法。除了 三线制接法，另外还有四线制接法，主要 用于精密测量。
过热保护 NTC薄膜热敏电阻MF52A 抑制浪涌工作电流 冰箱压缩机启动
过电流保护
热敏电阻测温
高低温度范围自动控制电路
家用空调温度检测
智能电饭煲温度检测
其他家用电气产品的温度检测
二、 集成温度传感器

集成温度传感器则是将晶体管的b-e结作为温度敏感元件， 加上信号放大、调理电路、甚至A/D转换或U/f转换等电路 集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为： 以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感 器
实验一 Pt100铂电阻 (Cu50铜热电阻)测温特性实验
一、实验目的 了解Pt100(Cu50)热电阻—电压转换方法及 Pt100(Cu50)热电阻测温特性与应用。
二、基本原理：
Rt=R3［K(R1+RW1)Vc-(R4+R1+RW1)Vo］／ ［KVcR4+(R4+R1+RW1)Vo］
三、需用器件与单元 四、实验步骤
以数字量形式输出的数字集成温度传感器。

集成温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、 误差小、适合远距离测、控温、免调试等。
AD590温度传感器在温度测量中的应用
以AD590为传感器，设计一数字显示温度表，测温范 围0℃——100℃，误差不大于±1℃。
AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电 流型集成温度传感器。 这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。 该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电 源波动的特性。即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在 1μA以下作微小变化，一般用于高精度温度测量电路， 其封装形式有三种：
缺点：
电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长； 机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100℃时，易氧化，稳定性较差。 因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。
2、热电阻的结构
电阻体的结构
电阻体由电阻丝和支架组 成。通常铂丝直径在0.03～ 0.07mm之间，可单层绕制， 电阻体可做得很小。