第2章 热电传感器总结.ppt

第二章 热电传感器 学习总结 分类 1 热电偶（thermocouple） 2 热电阻式温度传感器 金属测温电阻器和半导体热敏电阻器 3 PN结型测温传感器 温敏二极管 温敏三极管 4 集成电路温度传感器 区别 1、测温原理不同 热电偶测温原理:热电效应 热电阻：热电阻效应：导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。 PN结型测温传感器：半导体材料的电阻率对温度的依赖关系和PN结温度特性。 热电偶结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号，便于远传或信号转换等优点，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。 铂热电阻的使用温度范围为-200～850℃ 精度高、稳定性好、性能可靠；在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温， 它的测量范围为-50～150℃ 热敏电阻一般测温范围：－50 ~ ＋300℃ 1 结构简单、体积小、可测点温度； 2 电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）； 3 电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。 PN结型测温传感器：温敏二级管1-400K范围，强磁环境下的低温测量，温敏三级管成本低，参数一致性和器件的互换性好 集成电路温度传感器： 1、典型工作温度范围:-50——150 ℃ 2、分类：按照输出不同分为电压型和电流型。 新发展：频率输出型、数字型 各部分内容提纲 一 热电偶 热电偶（thermocouple）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。 特点：结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号，便于远传或信号转换等优点，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。 热电偶测温原理:热电效应 几点结论 三个定律 1、中间导体定律 中间温度定律的应用 例子 热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为－4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为： 2.95－(－4.0)=6.95(mV) 二 热电阻式温度传感器 热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。 热电阻广泛用来测量－200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。 目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻 (1) 铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。 按IEC标准，铂热电阻的使用温度范围为-200～850℃。铂热电阻的特性方程为： 在-200～0℃的温度范围内 铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。 缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较差，在100 ℃以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。 热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四线制三种。 热敏电阻是利用半导体（某些金属氧化物如NiO,MnO2, CuO,TiO2)的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。一般测温范围：－50 ~ ＋300℃ 三 PN结型测温传感器 理论基础：半导体材料的电阻率对温度的依赖 关系和PN结温度特性。 (1)当PN结的正向压降或反向压降保持不变时，正向电流和反向电流都随着温度的改变而改变； (2)当正向电流保持不变时，PN结的正向压降随温度的变化近似于线性变化，大约以-2mV/℃的斜率随温度变化。 温敏二极管 常用：砷化镓和硅温敏二极管 温敏二极管的缺陷: PN结在恒定电流条件下，正向电压与温度之间的线性关系对扩散电流成立。实际上，二极管电流成分还包含空间电荷区中的复合电流和表面漏电流成分，影响特性，偏离理想情况。 温敏三极管 采用温敏三极管，在发射结正向偏置情况下，只有扩散电流能够到达集电极形成集电极电流，其他成分作为基极电流漏掉。电压与温度特性更符合理想情况。 优点:成本低，参数一致性和器件的互换性好。 问题：单个晶体管基极— 发射极之间的电压在恒定集电极电流的条件下，可以认为与温度呈单值线性关系，但仍存在非线性偏差，温度范围越大，引起的非线性误差就越大。 措施：集成温度传感器采用对管差分电路，能进一步减小这种非线性误差，使得在任何温度下，两对管基极— 发射极电压之差ΔUbe与温度保持线性关系。 集成电路温度传感器： PTAT核心电路 对管差分的原理性电路可以给出正比于绝对温度的电压,亦可给出正比于绝对温度的电流 热敏电阻的