《传感器原理温度传感器》.ppt

第2章 温度检测 温度是表征 物体或系统的冷热程度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一。本章在简单介绍温标及测温方法的基础上，重点介绍膨胀式温度测量、电阻式温度传感与测试、热电偶温度计、辐射式温度计、光导纤维温度计、集成温度传感技术等测温原理及方法。 2.1 温标及测温方法 2.1.1 温 标 经验温标:1.摄氏温标;2.华氏温标;3. 列氏温标。摄氏、华氏、列氏温度之间的换算关系为 C=(5/9)*(F-32)=(5/4)R 热力学温标:1848年威廉.汤姆首先提出以热力学第二定律为基础建立起来的温度仅与热量有关而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来的故又称为开尔文温标，用符号 K表示。 国际实用温标 为了解决国际上温度标准的统一及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。 2.1 温标及测温方法 2.1.2 温度检测的主要方法及分类 温度检测方法一般可以分为两大类，即接触测量法和非接触测量法。常用的测温方法、类型及特点如表2.1.1所示。 2.2 电阻式温度传感器 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的，实现了将温度的变化转化为元件电阻的变化。有金属（铂、铜和镍）热电阻及半导体热电阻（称为热敏电阻）。 2.2.1 金属热电阻传感器 1、热电阻类型:金属热电阻主要有铂电阻、铜电阻和镍电阻等,其中铂电阻和铜电阻最为常见。 (1) 铂热电阻： 在-200～0℃的范围内 在0～850℃的范围内 (2) 铜热电阻：可表示为? 2.2 电阻式温度传感器 2、热电阻的结构:热电阻主要由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成。电阻体由电阻丝、引出线、骨架等组成。 2.2 电阻式温度传感器 2.2 电阻式温度传感器 2.2.2?半导体热敏电阻传感器 热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。 1、特性：温度特性和伏安特性 NTC型、PTC型、CTR型三类热敏电阻的特性曲线如图 2.2 电阻式温度传感器 2、热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH： 是指环境温度为25 ℃ ± 0.2℃时测得的电阻值，又称冷电阻，单位为Ω。 耗散系数H： 是指热敏电阻的温度变化与周围介质的温度相差1℃时，热敏电阻所耗散的功率，单位为W℃-1。 电阻温度系数α：热敏电阻的温度变化1 ℃时，阻值的变化率。通常指温标为20 ℃时的温度系数，单位为（%）℃-1。 2.2 电阻式温度传感器 热容量C： 热敏电阻的温度变化1 ℃时，所需吸收或释放的能量，单位为J℃-1。 时间常数τ：是指温度为T0的热敏电阻，在忽略其通过电流所产生热量的作用下，突然置于温度为T的介质中，热敏电阻的温度增量达到ΔT = 0.63（T - T0）时所需时间，它与电容C和耗散系数H之间的关系如下： 2.2 电阻式温度传感器 3、热敏电阻的特点: 灵敏度高,体积小、热贯性小、结构简单，化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，寿命长，热敏电阻的缺点是复现性和互换性差，非线性严重，测温范围较窄，目前只能达到-50～300℃。 4、热敏电阻的应用: （1）温度测量 （2）温度补偿 ? 　 2.2 电阻式温度传感器 2.2 电阻式温度传感器 （3）温度控制：用热敏电阻与一个电阻相串联，并加上恒定的电压，当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流可以由十分之几毫安突变为几十毫安。因此可以用继电器的绕阻代替不随温度变化的电阻。当温度升高到一定值时，继电器动作，继电器的动作反应温度的大小，所以热敏电阻可用作温度控制。 （4）过热保护 2.3 薄膜热传感器 薄膜热传感器是随着人们对温度信息获取的手段要求越来越高，对温度传感器的超小型化的要求越来越迫切而产生的。由于薄膜热电阻的性能优良，可以替代传统的结构型热传感器，适用于物体表面、快速和小间隙场所的温度测量，因而被广泛地应用于冶金、化工、能源、交通、机电、仪器仪表和科学实验等领域。 2.3.1 金属薄膜热电阻 1、薄膜热传感器的结构 2.3 薄膜热传感器 2、薄膜热电阻的测温机理 铂热电阻在－200～0℃范围内的电阻与温度的关系近似地表示，即 2.3 薄膜热传感器 2.3.2 多晶硅薄膜热电阻 1、结构