傳感器與檢測技術(shù)-第五章-熱電傳感器

1、傳感器與檢測技術(shù)-第五章-熱電傳感器2. 珀?duì)柼?yīng) 將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在它們的接點(diǎn)處會產(chǎn)生接觸電動勢。. 冷端接觸電動勢. 熱端接觸電動勢3. 湯姆遜效應(yīng)同一種導(dǎo)體因其兩端的溫度不同會產(chǎn)生溫差電勢。. 導(dǎo)體A溫差電動勢. 導(dǎo)體B溫差電動勢4. 回路總電勢二、測溫原理 當(dāng)熱電偶導(dǎo)體A和B材料一定時(shí)，回路總電動勢成為熱端和冷端的溫度的函數(shù)。在實(shí)際測溫中，把冷端置于某一恒溫下，此時(shí)冷端接觸電勢為一常數(shù)，回路總電勢僅決定于熱端接觸電勢，即只與熱端溫度有關(guān)，兩者之間是單值的函數(shù)關(guān)系。則：當(dāng)：二、 熱電偶的工作特性 當(dāng)組成熱電偶的兩導(dǎo)體性能一樣時(shí)，那么無

2、論接觸點(diǎn)處溫度如何，熱電偶回路總電勢為零。當(dāng)熱電偶兩接觸點(diǎn)處的溫度相等時(shí)，盡管組成熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同，熱電偶回路總電勢為零。 由熱電效應(yīng)原理分析可知，無論是哪一種類型的熱電偶，產(chǎn)生回路電勢的必要充分條件是：中間導(dǎo)體定律 當(dāng)插入第三種金屬時(shí)，只要兩端溫度一樣，就不會使熱電偶的電動勢發(fā)生變化。圖54 中間導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律 金屬A和B之間的電動勢等于金屬A、C和C、B組成熱電偶的熱電動勢之和。C為標(biāo)準(zhǔn)電極導(dǎo)體C被稱為標(biāo)準(zhǔn)電極，通常用純鉑Pt作標(biāo)準(zhǔn)電極 中間溫度定律 熱電偶在接觸點(diǎn)溫度為T,T0時(shí)的回路電勢，等于該熱電偶在接觸點(diǎn)溫度為T,Tn和Tn，T0時(shí)回路電勢之代數(shù)和。EABT,T0EAB

3、T,Tn+EABTn，T0 假設(shè)T00，那么有EABT，0EABT，Tn+EABTn，0測量環(huán)境溫度 T0TTn 查分度表 三、 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 為什么要進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償？ 1.在測溫時(shí)，冷端溫度T0隨著環(huán)境溫度變化，因此產(chǎn)生測量誤差，故應(yīng)采取補(bǔ)償措施。T00時(shí)測得的，使用時(shí)，只有滿足T00的條件才能使用分度表。常用的修正或補(bǔ)償方法有如下幾種： 一、冰浴法 二、冷端溫度修正法 EABT，0EABT，Tn+EABTn，0 將熱電偶冷端置于冰水中，使冷端保持恒定的0，它可以使冷端溫度誤差完全消失。三、冷端補(bǔ)償器法電橋補(bǔ)償法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢 。圖

4、5 電橋補(bǔ)償示意圖令UabEABT0 得U0EABTEAB20U0EABTEABT0+EABT0+Uab 四、延伸導(dǎo)線法 五、采用不需要冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕?冷端溫度在300以下的鎳鈷鎳鋁熱電偶，50以下的鎳鐵鎳銅熱電偶及鉑銠30鉑銠6熱電偶 六、補(bǔ)正系數(shù)修正法 工程上經(jīng)常采用補(bǔ)正系數(shù)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。設(shè)工作端溫度為T1，冷端溫度為T0，現(xiàn)場實(shí)際溫度為T，那么 TT1+kT0 513 式中k為熱電偶溫度修正系數(shù)，其值決定于熱電偶種類和被測的溫度范圍 。AD590作為冷端補(bǔ)償元件 利用單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測、控制、誤差修正與冷端溫度補(bǔ)償一體化和智能化。 圖5-7 溫度檢測系統(tǒng) 第四節(jié) 熱電偶測溫電

5、路一、測量某點(diǎn)溫度圖58 熱電偶測一點(diǎn)溫度二、測量兩點(diǎn)溫度差圖58 熱電偶測兩點(diǎn)溫差三、測多點(diǎn)溫度的平均值與熱電偶相配套的測量與顯示儀表：毫伏計(jì)、電子電位差計(jì)、數(shù)字測溫指示儀第二節(jié) 電阻溫度傳感器 熱電阻或熱敏電阻都是利用材料的電阻對溫度敏感的特性制成的電阻溫度傳感器，常用于-200500范圍內(nèi)的溫度測量。在低溫區(qū)域，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢小，測量精度較低；采用熱電阻可以獲得很高的測量精度，而且不存在冷端補(bǔ)償問題，因此在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。 一、金屬熱電阻常用鉑熱電阻、銅熱電阻。 鉑金屬易于提純，高溫下物理、化學(xué)性能都能穩(wěn)定，是目前制作熱電阻的最好材料，常用來制作標(biāo)準(zhǔn)測溫器件。銅是一種價(jià)格廉價(jià)、純度

6、可以獲得很高的熱電阻材料，在-50150范圍內(nèi)靈敏度高，而且線性好，因此在此溫度范圍內(nèi)采用銅熱電阻比采用鉑熱電阻好，其缺點(diǎn)是在較高的溫度下銅易氧化，因此只能用于低溫及無侵蝕性介質(zhì)中；銅的電阻率比較小，熱電阻體積較大。 鐵和鎳電阻溫度系數(shù)較高，電阻率大，可制作小體積、高靈敏度的熱電阻，其缺點(diǎn)是易氧化、不易提純、化學(xué)穩(wěn)定性差，且熱電阻與溫度的線性關(guān)系差，故目前尚不多用。二、半導(dǎo)體熱敏電阻 半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器CTC。 大局部NTC和局部PTC可用做傳感器感知溫度的“探頭，即

7、感溫元件；其身也可能作為一個(gè)獨(dú)立和完好的溫度傳感器而直接用于電路的補(bǔ)償。 NTC廣泛用于通信、軍事、航空、航天、醫(yī)療、汽車電子、自動化設(shè)施的溫度計(jì)、控溫儀等裝置 。 高溫NTC傳感器那么用于汽車等發(fā)動機(jī)排氣檢測、工業(yè)過程控制、電熱炊具、煤氣系統(tǒng)、空調(diào)、暖氣系統(tǒng)、賓館與住宅防火報(bào)警系統(tǒng)，以及復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等辦公自動化設(shè)施。 PTC也可用于工業(yè)自動化、汽車等領(lǐng)域的液位計(jì)、溫度測控儀和報(bào)警器。 電動機(jī)過熱保護(hù)裝置中的應(yīng)用 圖5-11 電動機(jī)過熱保護(hù)裝置 第三節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器 半導(dǎo)體材料和器件的許多性能參數(shù)，如電阻率、PN結(jié)的反向漏電流和正向電壓等，都與溫度親密相關(guān)。半導(dǎo)體溫度傳感器恰好利用半導(dǎo)體

8、材料和器件某些性能的溫度依賴性，實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測、控制和補(bǔ)償?shù)裙δ?。按照工作機(jī)理，半導(dǎo)體溫度傳感器可分為電阻性和PN結(jié)兩大類，它們分別以半導(dǎo)體材料的電阻率和PN結(jié)特性對溫度的依賴關(guān)系作為工作根底。 一、半導(dǎo)體熱敏電阻器二、溫敏二極管及其應(yīng)用三、溫敏晶體管及其應(yīng)用一、溫敏二極管及其應(yīng)用 PN結(jié)型溫敏器件，它是根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有良好的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)溫度檢測。 圖512 2DWM1 UT特性當(dāng)正向電流I一定時(shí)，PN結(jié)正向電壓U與被測溫度T之間呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系；且隨著溫度的升高，正向電壓將下降，表現(xiàn)出負(fù)的溫度系數(shù)，這就是溫敏二極管測溫的根本原理 典型應(yīng)用： 這是一個(gè)簡易溫度調(diào)節(jié)

9、器，用于液氮?dú)饬魇胶銣仄髦?7300K范圍內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)器。 二、溫敏晶體管及其應(yīng)用 由于分析，二極管作為溫敏器件是利用PN結(jié)在恒定的正向電流下，其正向電壓與溫度之間的近似線性關(guān)系。實(shí)際上溫敏二極管電壓溫度特性的線性度是很差的，原因是正向電流中除了PN結(jié)的擴(kuò)散電流之外，還應(yīng)包括漂移電流及空間電荷區(qū)的復(fù)合電流，而在上述分析中只考慮擴(kuò)散電流。采用晶體管代替二極管時(shí)，由于晶體管發(fā)射結(jié)正向偏置條件下，雖然發(fā)射極電流也包括上述三種成份，但只有擴(kuò)散電流到達(dá)集電極形成集電極電流，而另兩個(gè)電流成分那么作為基極電流漏掉，對集電極電流無影響，使得發(fā)射結(jié)偏壓與集電極電流之間有較好的線性關(guān)系，并因此能表現(xiàn)出更好的電壓溫

10、度特性。 集電極電流Ic是與溫度根本無關(guān)的多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流，因此當(dāng)IC恒定時(shí)，UBE與T呈單調(diào)和單值變化。且UBE隨Tmv/。 溫敏晶體管具有本錢低、性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此比溫敏二級管應(yīng)用范圍廣，可用于測某一點(diǎn)的溫度、測兩點(diǎn)的溫差，或用于過程監(jiān)視或控制場合。 第四節(jié)集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是將作為感溫器件的溫敏晶體管及外圍電路集成在同一單片上的集成化溫度傳感器。優(yōu)點(diǎn)是在于小型化、使用方便和本錢低廉。商品化的集成溫度傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于需要溫度監(jiān)測、控制和補(bǔ)償?shù)脑S多場合。 分類：1.電壓型：直接輸出電壓，且輸出阻抗低，易于讀出或控制電路接口。2.電流型：電流輸出型輸出阻抗

11、極高，因此可以簡單地使用雙股絞線進(jìn)展數(shù)百米遠(yuǎn)的精細(xì)溫度遙感或遙測，而不必考慮長饋線上引起的信號損失和噪聲問題。也可以用于多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中，而不必考慮開關(guān)或多路轉(zhuǎn)換開關(guān)或多路轉(zhuǎn)換器引入的接觸電阻造成的誤差。頻率輸出型具有與電流輸出型相似的特點(diǎn)。 3.頻率輸出型器件：具有與電流輸出型相似的特點(diǎn)。 媽媽新開了個(gè)淘寶店，歡送前來捧場 媽媽的淘寶點(diǎn)開了快半年了，主要賣的是毛絨玩具、坐墊、抱枕之類的，但生意一直不是很好，感覺媽媽還是很用心的，花了不少功夫，但是就是沒有人氣，所以我也來出自己的一份力，幫助宣傳一下。 并且媽媽總是去五亭龍?zhí)糇詈玫耐婢哒?、發(fā)貨，質(zhì)量絕對有保證。 另外我家就在揚(yáng)州五亭龍玩具城旁邊，貨源豐富，質(zhì)量可靠，價(jià)格廉價(jià)。 歡送大家來逛逛【揚(yáng)州五亭龍玩具總發(fā)動】個(gè)人小廣告：、AD590型溫度傳感器簡介 美國公司，電流輸出型集成溫度傳感器，其輸出電流與絕對溫度成正比1A/K，A的電流。 在電源電壓430內(nèi)，該器件為溫控電流源，其電流 為標(biāo)度因子，靈敏度1A/K； 為冷端絕對溫度， 273.2+t t為攝氏溫度。 這種傳感器的典型參數(shù)和特點(diǎn)如下： 1線性電流輸出：1A/K；2工作溫度范圍：-50+1503兩端器件：電壓輸入，電流輸出；4輸出阻抗高達(dá)以上；5激光微調(diào)使定標(biāo)精度達(dá).；6整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)非線性誤差小于.7工作電壓范圍