Chapter溫傳感器PPT課件

1、第1頁/共75頁珠型熱敏電阻的結(jié)構(gòu)2第2頁/共75頁概述第3頁/共75頁1物鏡；2吸收玻璃；3燈泡；4紅色濾波片；5目鏡；6指示儀器；7滑線電阻；E電源；K開關(guān)；R1刻線調(diào)整電阻上一頁下一頁返 回第4頁/共75頁概述 各種熱電偶第5頁/共75頁概述 各種熱電阻第6頁/共75頁概述第7頁/共75頁概述第8頁/共75頁 熱力學溫度定義水的三相點(固、液、汽三相并存）熱力學溫度標志數(shù)值為，取為一個開爾文。將計量單位K 加上所標志的數(shù)值后，就形成了完整的熱力學溫度表達式。 熱力學溫度的起點為絕對零度，所以它不可能為負值，且冰點是，沸點是。請注意水的冰點和三相點是不一樣的，兩者相差。第9頁/共75頁物理

2、現(xiàn)象 體積熱膨脹 電阻變化溫差電現(xiàn)象導磁率變化電容變化壓電效應超聲波傳播速度變化物質(zhì) 顏色PN結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料 液晶半導體二極管晶體管半導體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器 光學高溫計1.氣體溫度計 2. 玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計 4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計 6. 氣體壓力溫度計1 熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金第10頁/共75頁構(gòu)成：熱敏探頭、引線、殼體二端和三端器件：為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路獲得功率；四端器件：旁熱式上一頁下一頁

3、返 回第11頁/共75頁概述第12頁/共75頁概述第13頁/共75頁概述第14頁/共75頁概述第15頁/共75頁貼片式薄膜式 大功率 第16頁/共75頁第17頁/共75頁選作感溫元件的材料應滿足如下要求選作感溫元件的材料應滿足如下要求：1. 材料的電阻溫度系數(shù)材料的電阻溫度系數(shù)a要大，純金屬的要大，純金屬的a比合金的比合金的高，所以一般均采用純金屬作熱電阻元件；高，所以一般均采用純金屬作熱電阻元件；2. 在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學性質(zhì)應穩(wěn)定；在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學性質(zhì)應穩(wěn)定；3. 在測溫范圍內(nèi)，在測溫范圍內(nèi)，a（溫度系數(shù)）保持常數(shù)，便于（溫度系數(shù)）保持常數(shù)，便于實現(xiàn)溫度表的線性刻度

4、特性；實現(xiàn)溫度表的線性刻度特性；4. 具有比較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，具有比較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，減小熱慣性減小熱慣性.5. 特性復現(xiàn)性好，容易復制。特性復現(xiàn)性好，容易復制。比較適合以上要求的材料有：比較適合以上要求的材料有：鉑、銅、鐵和鎳鉑、銅、鐵和鎳。第18頁/共75頁第19頁/共75頁-190O +0630 2301100tRRtbtc tt201tRRtbt式中： 0RtR為溫度 00 C和 0tC時的電阻值。溫度 時， 0R的公稱值是100。 00 C第20頁/共75頁第21頁/共75頁第22頁/共75頁第23頁/共75頁第24頁/共75頁特征參數(shù) 標稱電

5、阻值：25oC、零功率 電阻溫度系數(shù)：單位溫度變化引起電阻阻值變化的相對值 (表征靈敏度) 時間常數(shù)：表征電阻熱慣性 額定功率%1001dTdRRTT第25頁/共75頁)exp(0ATRRtBTARt第26頁/共75頁 靜態(tài)伏安特性AB：低溫，阻值基本不變BC：阻值隨溫度升高而增加CD：電流平緩第27頁/共75頁負溫度系數(shù)型熱敏電阻特性曲線 )exp(0TBRRt21TBdTdRRTTt第28頁/共75頁NTC的溫度特性TBRRT0lnln第29頁/共75頁CTR的溫度特性第30頁/共75頁半導體硅熱電阻 2.1.3 硅熱電阻半導體材料的電阻率對溫度非常敏感,對半導體器件影響很大，但是可以用來

6、制成傳感器第31頁/共75頁硅熱電阻工作原理電阻率與載流子濃度和遷移率有關(guān)載流子濃度和遷移率都與溫度相關(guān)1、遷移率與溫度的關(guān)系 聲學波（晶格振動）散射 電離雜質(zhì)散射)/2/32/3*TBNATmqi2/3*1ATmqsiiBNTmq2/3*is111pnpqnq1第32頁/共75頁2、電阻率與溫度的關(guān)系一定摻雜濃度 AB段：溫度很低時，載流子（雜質(zhì)電離）濃度隨溫度升高而增加，遷移率也隨溫度升高而增大（電離雜質(zhì)散射） BC段：雜質(zhì)全部電離，載流子濃度變化不大，遷移率隨溫度升高而降低（晶格振動散射） CD段：本征激發(fā)增加，載流子濃度增加第33頁/共75頁硅熱電阻的結(jié)構(gòu)和制作工藝 上、下電極：銀電極

7、歐姆接觸區(qū) N型硅片：WLRR0第34頁/共75頁硅熱電阻的特性1、電阻溫度特性 正向偏置，溫度升高，阻值增加，線性較好 反向偏置，溫度太高，本征激發(fā)第35頁/共75頁 過熱保護第36頁/共75頁 自動延時電路第37頁/共75頁 控溫電路第38頁/共75頁第39頁/共75頁第40頁/共75頁第41頁/共75頁( )lnAABBNKTETeN冷端接觸電勢 ：00()lnAABBKTNETeN、 、式中： A、B 代表不同材料； T，T0 為兩端溫度； K波爾茲曼常數(shù)； e電子電荷量； BNAN是A、B 材料的電子濃度；第42頁/共75頁00ln,AABBNKETTT TeN0lnABNKTTeN

8、第43頁/共75頁v A、B 兩導體構(gòu)成閉合回路總的溫差電勢為：000,()TABABTeT TeT TdT00,TAATeTTd T單一導體的溫差電勢為：稱為湯姆遜系數(shù)第44頁/共75頁根據(jù)兩導體的接觸電勢和單一導體溫差電勢，v熱電偶總的熱電勢為：0000,()TABABABTET Te T Te T TdT00ln()TAABTBNKTTdTeNEAB(T,T0)=eAB(T)- eAB(T0)第45頁/共75頁 00ln()TAABTBNKTTdTeN第46頁/共75頁v EAB(T,T0) =eAB(T)- eAB(T0)v EAB(T,T0) =eAB(T)-c = f(T) 第47

9、頁/共75頁 000,ABCABBCCAET TETETET：第48頁/共75頁0TT設(shè) 時， 00ABCET000BCCAABETETET 將 代入上式有： 000,ABCABABABET TETETET T第49頁/共75頁第50頁/共75頁tABt0t0CCBt1t1AACCtt0(a)(b)第51頁/共75頁 5）,ABCET T與 0,ABCET T的代數(shù)和為：0,0,ABABCABCET TET TET T 實際測量時，利用這一性 質(zhì)，對參考端溫度不為零 度時的熱電勢進行修正。第52頁/共75頁 6）標準 常以鉑、銅為標準電極。),(),(),(000TTETTETTEABBCAC

10、TT0ACTT0BCTT0AB第53頁/共75頁第54頁/共75頁v 熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、 性能好，這是其它溫度傳感器無法替代的。 第55頁/共75頁第56頁/共75頁第57頁/共75頁第58頁/共75頁mVABABTCC儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液T0第59頁/共75頁第60頁/共75頁4 VabRsexr1r2r3rcu第61頁/共75頁 例：用鎳鉻-鎳硅(K型)熱電偶測溫，熱電偶參比端溫度為30。測得的熱電勢為28mV，求熱端溫度。mVE203. 1)0 ,30(mVtE28)30,(mVmVmVtE203.29203. 128)0 ,(反查K分度表 t=

11、701.5計算修正曲線 62第62頁/共75頁00,0,0ABABABEtEt tEt第63頁/共75頁第64頁/共75頁表15-5 K型(鎳鉻鎳硅)熱電偶分度表 第65頁/共75頁6.4.1 熱輻射基本定理6.4.2 光學高溫計6.4.3 光電高溫計6.4.4 輻射溫度計6.4.5 比色溫度計上一頁下一頁返 回第66頁/共75頁隱絲式利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫燈泡的工作電流，當燈絲的亮度與被測物體的亮度一致時，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。恒定亮度式利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫燈泡相比較，當兩者亮度相等時，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體的亮度溫度。由于隱絲

12、式光學高溫計的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應用廣泛。上一頁下一頁返 回第67頁/共75頁 光學系統(tǒng)紅色濾波片，造成一個較窄的有效波長吸收玻璃，目的是擴展量程目鏡和物鏡是一套光學系統(tǒng) 電測系統(tǒng) 包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。光學高溫燈泡：標準輻射源電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測量電路 原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。 上一頁下一頁返 回第68頁/共75頁顯示儀表 t0t0t0t0t0E1E2E3En顯示儀表顯示儀表 (a)(b)(c)第69頁/共75頁0R應用在設(shè)定溫度， P固定使V0以CD間電勢V變化來調(diào)節(jié)Q第70頁/共75頁0R應用第71頁/共75頁 例：用鎳鉻-鎳硅(K型)熱電偶測溫，熱電偶參比端溫度為30。測得的熱電勢為28mV，求熱端溫度。mVE203. 1)0 ,30(mVtE28)30,(mVmVmVtE203.29203. 128)0 ,(反查K分度表 t=701.5計算修正曲線 72第72頁/共75頁6.4.1 熱輻射基本定理6.4.2 光學高溫計6.4.3 光電高溫計6.4.4 輻射溫度計6.4.5 比色溫度計上一頁下一頁返 回第73頁/共7