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1、 Temperature Sensor概概 论论conspectus/summarize热电偶温度传感器热电偶温度传感器thermocouple热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器thermistor集成温度传感器集成温度传感器integrate circuit其他温度传感器其他温度传感器了解温度传感器的作用、地位和分类了解温度传感器的作用、地位和分类理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿方法热电偶冷端补偿原因及补偿方法掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合掌握电
2、流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特点、工作原理和使用方法点、工作原理和使用方法了解其他温度传感器工作原理了解其他温度传感器工作原理学习要点学习要点第一节 概 论 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛最广泛、发展、发展最快最快的传感器之一。的传感器之一。l温度是与人类生活息息相关的物理量。温度是与人类生活息息相关的物理量。l温度检测始于温度检测始于2000多年前。多年前。l工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部
3、门工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。都与温度有着密切的关系。l工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。一、温度的基本概念一、温度的基本概念温度：衡量物体冷热程度的物理量。温度的高温度：衡量物体冷热程度的物理量。温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。温标：表示温度大小的尺度是温度的标
4、尺。温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。u热力学温标热力学温标thermodynamic temperature scaleu国际实用温标国际实用温标International practical temperature scaleu摄氏温标摄氏温标 Celsius temperature scaleu华氏温标华氏温标Fahrenheit temperature scale 二、温度传感器的特点与分类二、温度传感器的特点与分类u 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化u 蒸气压的温度变化蒸气压的温度变化u 电极的温度变化电极的温度变化u 热电偶产生的电动
5、势热电偶产生的电动势u 光电效应光电效应u 热电效应热电效应u 介电常数、导磁率的温度变化介电常数、导磁率的温度变化u 物质的变色、融解物质的变色、融解u 强性振动温度变化强性振动温度变化u 热放射热放射u 热噪声热噪声1 1 温度传感器的物理原理温度传感器的物理原理(11)(11)特性与温度之间的关系要适中，并容易检特性与温度之间的关系要适中，并容易检 测测和处理，且随温度呈线性变化和处理，且随温度呈线性变化除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低特性随时间变化要小特性随时间变化要小重复性好，没有滞后和老化重复性好，没有滞后和老化灵敏度高，坚固耐用，体
6、积小，对检测对象的灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小影响要小机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好能大批量生产，价格便宜能大批量生产，价格便宜无危险性，无公害等无危险性，无公害等2.2.温度传感器应满足的条件温度传感器应满足的条件3.3.温度传感器的种类及特点温度传感器的种类及特点l 接触式温度传感器l 非接触式温度传感器接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两者具有相同温度时，达到测量的目的。这种传
7、感器的测者具有相同温度时，达到测量的目的。这种传感器的测量精度较高，但由于被测介质的热量传递给传感器，从量精度较高，但由于被测介质的热量传递给传感器，从而降低了被测介质的温度，特别是被测介质热容量较小而降低了被测介质的温度，特别是被测介质热容量较小时，会给测量带来误差。时，会给测量带来误差。非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测
8、对象的温度场；连续测量不会产收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。生消耗；反应快等。物物理理现现象象体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质 颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料 液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路
9、温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计 2.玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计 6.气体压力温度计气体压力温度计1 热铁氧体热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金合金热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路
10、传感器、可控硅传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称超高温用超高温用传感器传感器1500以上以上光学高温计、辐射传感器光学高温计、辐射传感器高温用高温用传感器传感器10001500光学高温计、辐射传感器、光学高温计、辐射传感器、热电偶热电偶中高温用中高温用传感器传感器5001000光学高温计、辐射传感器、光学高温计、辐射传感器、热电偶热电偶中温用中温用传感器传感器0500低温用低温用传感器传感器-2500极低温用极低温用传感器传感器-270-250BaSrTiO3陶瓷陶瓷晶体管、热敏电阻、晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计压力式玻璃
11、温度计见表下内容见表下内容 测测 温温 范范 围围温度传感器分类(1)温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。普遍的传感元件之一。特点：特点：结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号输出信号为电信号便于远传或信号转换，还能用来测便于远传或信号转换，还能用来测量量流体的温度流体的温度、测量、测量固体以及固体壁面的温度固体以及固体壁面的温度。微型。微型热电偶还可用于热电偶还可用于快速及动态温度快速及动态温度的测量。的测量。第二节第二节 热电偶温度传感器热电偶温度传感器
12、热电偶的工作原理热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿冷端处理及补偿两种不同的导体或半导体两种不同的导体或半导体A A和和B B组合成闭合回路，组合成闭合回路，若导体若导体A A和和B B的连接处温度不同（设的连接处温度不同（设T TT T0 0），），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在这种现象早在18211821年首先由西拜克（年首先由西拜克（SeeSeebackback）发现发现,所以又称
13、西拜克效应。所以又称西拜克效应。热电偶原理图热电偶原理图TT0AB 一、工作原理一、工作原理回路中所产生的电动回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势，叫热电势。热电势势thermo-electric force由两部分组成，即由两部分组成，即温温差电势和接触电势。差电势和接触电势。热端热端冷端冷端1.1.接触电势接触电势+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)导体导体A、B结点在温度结点在温度T 时形成的接触电动势；时形成的接触电动势；e单位电荷，单位电荷，e=1.610-19C；k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，k=1.3810-23 J/K；NA、NB 导体导体A、B在
14、温度为在温度为T 时的电子密度。时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势接触电势原理图原理图AeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生的时所产生的温差电动势，例如在温差电动势，例如在0时，铜的时，铜的=2V/。2.温差电势温差电势dTTTeTTAA0),(0温差电势原理图温差电势原理图由导体材料由导体材料A、B组成的闭
15、合回路，其接点温度分别为组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：势，回路总电势：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势回路总电势),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0导体导体A在结点温度为在结点温度为T和和T0时的电子密度；时的电子密度；NBT、NBT0导体导体B在结点温度为在结点温度为T和和T0时的电子密度；时的电子密度；A、
16、B导体导体A和和B的汤姆逊系数。的汤姆逊系数。导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使端的温度有关。如果使E EABAB(T T0 0)=)=常数，则回路热常数，则回路热电势电势E EABAB(T T，T T0 0)就只与温度就只与温度T T有关，而且是有关，而且是T T的单的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料热电偶回路
17、热电势的大小只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体只有用不同性质的导体(或半导体或半导体)才能组合成热才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。在实际测量中只需用仪表测出回路中总电势即可。由于在实际测量中只需用仪表测出回路中总电势即可。由于温差电势与接触电势相比较，其值很小，因此，在工程温差电势与接触电势相比较，其值很小，因此，在工程技术中认为热电势近似等于
18、接触电势。技术中认为热电势近似等于接触电势。在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表的方法确定被测温度。的方法确定被测温度。由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势即不产生电动势)；反之，；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。偶必须采用两种不同材料作为电极。二、热电偶回路的性质二、热电偶回路的性质1.1.均质导体定律均质导体定律
19、 E总总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2.2.中间导体定律中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。各接点产生的热电势的代数和为零。如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则两点结论：两点结论：l）将第三种材料）将第三种材料C接入由接入由A、B组成的热电偶回路，如组成的热电偶回路，如图，则图图，则图a中的中的A、C接点接点2与与C、A的接点的接点3，均处于相，均处于相同温度同温
20、度T0之中，此回路的总电势不变，即之中，此回路的总电势不变，即同理，图同理，图b中中C、A接点接点2与与C、B的接点的接点3，同处于温度，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：之中，此回路的电势也为：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三种材料第三种材料接入热电偶接入热电偶回路图回路图ET0T0TET0T1T1T电位计接入热电偶回路根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点
21、温度相只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，不会影响回路中原来的热电势，接入的方等，不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。式见下图所示。EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：示，它们相互间热电势的关系为：3.3.中间温度定律中间温度定律 如果不同的两种导体材料组成热电偶回路如果不同的两
22、种导体材料组成热电偶回路,其接点温度其接点温度分别为分别为T1、T2(如图所示如图所示)时时,则其热电势为则其热电势为EAB(T1,T2)；当接点温度为当接点温度为T2、T3时，其热电势为时，其热电势为EAB(T2,T3)；当接；当接点温度为点温度为T1、T3时，其热电势为时，其热电势为EAB(T1,T3)，则，则BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EA B（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿热电偶补偿导线
23、接线图导线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当供了依据。如当T2=0时，则：时，则：只要只要T1、T0不变，接入不变，接入AB后不管接点温度后不管接点温度T2如何变化，如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料同样热电特性的材料A、B(如图如图)即引入所谓补偿导即引入所谓补偿导线时，当线时，当EAA(T2)=EBB(
24、T2)时，则回路总电动势为时，则回路总电动势为热电偶材料应满足：热电偶材料应满足：l 物理性能稳定，热电特性不随时间改变；物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；蚀；l 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l 便于制造；便于制造；l 复现性好，便于成批生产。复现性好，便于成批生产。三、热电偶的常用材料与结构三、热电偶的常用材料与结构 1 1铂铂铂铑热电偶铂铑热电偶(S(S型型)分度号分度号LBLB3 3测量温度：长期：测量温度：长期：1300、短期：、短期：160
25、0。（一）热电偶常用材料（一）热电偶常用材料2 2镍铬镍铬镍硅镍硅(镍铝镍铝)热电偶热电偶(K(K型型)分度号分度号EUEU2 2测量温度：长期测量温度：长期1000，短期，短期1300。3 3镍铬镍铬考铜热电偶考铜热电偶(E(E型型)分度号分度号EAEA2 2测量温度：长期测量温度：长期600，短期，短期800。4 4铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶热电偶(B(B型型)分度号分度号LLLL2 2测量温度：长期可到测量温度：长期可到1600，短期可达，短期可达1800。几种持殊用途的热电偶几种持殊用途的热电偶（1 1）铱和铱合金热电偶）铱和铱合金热电偶 如铱如铱50铑铑铱铱10钌热电偶它能
26、钌热电偶它能在氧化气氛中测量高达在氧化气氛中测量高达2100的高温。的高温。（2 2）钨铼热电偶）钨铼热电偶 可使用在真空惰性气体介质或氢气可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，使用温度范围介质中，使用温度范围3002000分度精度为分度精度为1。（3 3）金铁）金铁镍铬热电偶镍铬热电偶 主要用在低温测量，可在主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为范围内使用，灵敏度约为10V。（4 4）钯）钯铂铱铂铱1515热电偶热电偶 输出性能高，在输出性能高，在1398时的时的热电势为热电势为47.255mV。（6 6）铜）铜康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号MK MK 热电势略高于镍铬
27、热电势略高于镍铬-镍硅热电偶，约为镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精。复现性好，稳定性好，精度高，广泛用于度高，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。的低温实验室测量中。（5 5）铁）铁康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号TK TK 灵敏度高，线性灵敏度高，线性度好，可在度好，可在800以下的还原介质中使用。以下的还原介质中使用。（二）常用热电偶的结构类型（二）常用热电偶的结构类型1 1工业用热电偶工业用热电偶2 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）3 3快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶4 4快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶 方法方法u
28、冰点槽法冰点槽法u 计算修正法计算修正法u 补正系数法补正系数法u 零点迁移法零点迁移法u 冷端补偿器法冷端补偿器法u 软件处理法软件处理法四、冷端处理及补偿四、冷端处理及补偿原因原因l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；使冷端温度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为为依据，否则会产生误差。依据，否则会产生误差。1.1.冰点槽法冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比
29、端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点引起两个连接点短路，必须把连接点分分别置于两个玻别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液四、冷端处理及补偿四、冷端处理及补偿T02.2.计算修正法计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算例例 用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境，参比
30、端在室温环境TH中，测得热电动势中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.979mV，又用室温，又用室温计测出计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度对应的热端温度T=69。注意注意:既不能只按既不能只按1.979mV1.979mV查表，认为查表，认为T T=49=49，也，也不能把不能把4949加上加上2121，认为，认为T T=70=70。EAB(T,T0)=
31、EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)3.3.补正系数法补正系数法把参比端实际温度把参比端实际温度TH乘上系数乘上系数k，加到由，加到由EAB(T，TH)查查分度表所得的温度上，成为被测温度分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即。用公式表达即 式中：式中：T为未知的被测温度；为未知的被测温度；T为参比端在室温下热为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH室温；室温；k为补正系数，其它参数见下表。为补正系数，其它参数见下表。例例 用铂铑用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为，这时热电动势
32、为11.348mV查查S型热电偶的分度表，型热电偶的分度表，得出与此相应的温度得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查出，对。再从下表中查出，对应于应于1150的补正系数的补正系数k=0.53。于是，被测温度。于是，被测温度 T=1150+0.5335=1168.3（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于一点，但误差不大于0.14。T T k T H 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的温度变化而变化的性质制成的。在温度传感器中应用最多的有在温度传感器
33、中应用最多的有热电偶热电偶、热热电阻电阻（如铂、铜电阻温度计等）和（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。感器。主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参数，主要特性和应用等。数，主要特性和应用等。第三节第三节 热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器NTC二极管封装二极管封装环氧封装、小型化高精度环氧封装、小型化高精度；响应时响
34、应时间快间快；稳定性好稳定性好 根据不同用途有多种封根据不同用途有多种封装结构装结构；使用温区宽；使用温区宽 高稳定性、高可靠性高稳定性、高可靠性根据不同用途有多种封装根据不同用途有多种封装结构结构；使用温区宽；使用温区宽；高稳；高稳定性、高可靠性定性、高可靠性；为客户；为客户提供多种便捷服务提供多种便捷服务 家用冰箱、空调器家用冰箱、空调器；电热水器、整体浴室电热水器、整体浴室；冰柜、豆浆机冰柜、豆浆机 环氧封装、小型化、精度高环氧封装、小型化、精度高；可靠性高、；可靠性高、响应时间快响应时间快；引线采用聚脂漆包线、耐热、；引线采用聚脂漆包线、耐热、绝缘性好绝缘性好（一）热敏电阻的特点（一）
35、热敏电阻的特点1 1电阻温度系数的范围甚宽电阻温度系数的范围甚宽2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好3 3阻值在阻值在111010M M之间可供自由选择之间可供自由选择4 4稳定性好稳定性好5 5原料资源丰富，价格低廉原料资源丰富，价格低廉 一、热敏电阻的特点与分类一、热敏电阻的特点与分类 1 1正温度系数热敏电阻器（正温度系数热敏电阻器（PTC）Positive Temperature Coefficient 2 2负温度系数热敏电阻器（负温度系数热敏电阻器（NTCNTC）Negative Temperature Coefficient 3 3突变型负温度系数热敏电阻器（突变型负温
36、度系数热敏电阻器（CTRCTR）Chop Temperature Resistor （二）热敏电阻的分类（二）热敏电阻的分类（一）热敏电阻器的电阻（一）热敏电阻器的电阻温度特性（温度特性（R RT TT T）1234060120 1600100101102103104105106RT/温度T/C热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻-温度特性曲线温度特性曲线1-NTC；2-CTR；3 PTC二、热敏电阻器主要特性二、热敏电阻器主要特性Resistance-temperature characteristic of thermistorTT与与RTT特特性曲线一致。性曲线一致。T/第四节第四节 集成温度传
37、感器集成温度传感器 Integrate Circuit Temperature Sensor一、一、ICIC温度传感器的分类温度传感器的分类电压型电压型ICIC温度传感器温度传感器电流型电流型ICIC温度传感器温度传感器数字输出型数字输出型ICIC温度传感器温度传感器二、二、ICIC温度传感器的测温原理温度传感器的测温原理 晶体管伏安方程式：晶体管伏安方程式：012lnCBECK TIVqIK K0 0 波尔滋蔓常数；波尔滋蔓常数；T T 绝对温度绝对温度;V1 V1、V2V2发射极面积比。发射极面积比。q 电子电荷量；电子电荷量；VBE正比于绝对温度正比于绝对温度 T T，只要保证，只要保证
38、I IC C1 1/I IC C2 2恒定，恒定，就可以使就可以使VBE与与 T T 为单值函数。为单值函数。因此，因此，可利用电流可利用电流I与与T的正比关系，通过电流的变化的正比关系，通过电流的变化来测量温度的大小。来测量温度的大小。IT若将若将VBE转换为转换为电流电流I，则，则（一）电压输出型集成温度传感器（一）电压输出型集成温度传感器型号：型号：LM35、LM335、AN6701S等多种。等多种。LM35系列传感器是系列传感器是3端的电压输出型的精密感温器件，有端的电压输出型的精密感温器件，有LM35、LM35A、LM35C、LM35CA和和LM35D等型号。等型号。极限参数：极限参
39、数：电源电压为电源电压为+35V-0.2V；输出电压为；输出电压为+6V-1.0V输出电流为输出电流为10mA；存放温度范围对于；存放温度范围对于T046封装封装(金属壳金属壳)为为-60+180，T092封装封装(塑料塑料)为为-55+150；工作；工作温度范围对于温度范围对于LM35和和LM35A为为-55+150，LM35C和和LM35CA为为-40+110，LM35D为为-0+100。特点：特点：直接用摄氏温度校正；线性温度系数直接用摄氏温度校正；线性温度系数(灵敏度灵敏度)为为10.0mV/；在；在25时，测量精度为时，测量精度为0 5；工作电压范围为；工作电压范围为430；非线性度
40、小于；非线性度小于0 5；输出阻抗低，在；输出阻抗低，在1mA负载电负载电流时，输出阻抗只有流时，输出阻抗只有0.1；静态电流小于；静态电流小于60A；可采用单电源；可采用单电源供电，也采用双电源供电，在测量温度范围内无需进行调整。供电，也采用双电源供电，在测量温度范围内无需进行调整。三、三、ICIC温度传感器的主要特性温度传感器的主要特性T046封装封装 T092封装封装 T0220封装封装 LM35的常用基本电路的常用基本电路 电流输出型典型集成温度传感器有电流输出型典型集成温度传感器有AD590AD590（美国（美国ADAD公司生产），国内同类产品公司生产），国内同类产品SG590SG5
41、90。器件电源电压器件电源电压4 430V30V，测温范围测温范围-50-50+150+150。AD590 AD590 引脚和内部电路原理图引脚和内部电路原理图（二）电流型温度传感器（二）电流型温度传感器1 1伏安特性伏安特性工作电压：工作电压：4V30V，I 为一恒流值输出，为一恒流值输出，ITk，即，即KT标定因子，标定因子，AD590的标定因子为的标定因子为1A/K I=KT TK 4V30V0I/AU/VAD590伏安特性曲线-55+25+25+150+150218298423 550 150 273.2AI/ATC /CAD590温度特性曲线2 2温度特性温度特性其其温度特性曲线函数
42、是以温度特性曲线函数是以Tk为变量的为变量的n阶多项式之和，阶多项式之和，省略非线性项后则有省略非线性项后则有:Tc摄氏温度；摄氏温度；I 的单位为的单位为A。可见，当温度为可见，当温度为0时，输出电流为时，输出电流为273.2A。在常。在常温温25时，标定输出电流为时，标定输出电流为298.2A。I=KTTc273.23 3AD590AD590的非线性的非线性15055T/C0.30.30在实际应用中，在实际应用中，T 通过硬件或软件进行补偿校正，使通过硬件或软件进行补偿校正，使测温精度达测温精度达0.1。其次，。其次，AD590恒流输出，具有较恒流输出，具有较好的抗干扰抑制比和高输出阻抗。
43、当电源电压由好的抗干扰抑制比和高输出阻抗。当电源电压由5V向向10V变化时，其电流变化仅为变化时，其电流变化仅为0.2A/V。长时间漂。长时间漂移最大为移最大为0.1，反向基极漏电流小于，反向基极漏电流小于10pA。55100，T递增，递增，100150则是递降。则是递降。T最大达最大达3，最小，最小T0.3，分，分I、J、K、L、M五五档档T/CAD590非线非线性误差曲线性误差曲线4 4ADAD590590的测量电路的测量电路 AD590AD590在温度在温度2525（298.2K298.2K）时，理想输出为）时，理想输出为298.2A298.2A，实际存在误差，实际存在误差，可通过电位器
44、调整，使输出可通过电位器调整，使输出电压满足电压满足1mV/K 1mV/K 的关系。的关系。AD590 AD590 典型应用典型应用（三）数字输出型（三）数字输出型ICIC温度传感器温度传感器 、DS18B20DS18B20的特性的特性u 单线接口：仅需一根口线与单线接口：仅需一根口线与MCU连接；连接；u 无需外围元件；无需外围元件；u 由总线提供电源；由总线提供电源；u 测温范围为测温范围为-55125，精度为，精度为0.5；u 九位温度读数；九位温度读数；u A/D变换时间为变换时间为200ms；u 用户可以任意设置温度上、下限报警值，用户可以任意设置温度上、下限报警值，且能且能 够识别
45、具体报警传感器。够识别具体报警传感器。3 、DS18B20DS18B20的工作原理的工作原理存储器控制逻辑存储器控制逻辑64bitROM和单线和单线接口接口温度传感器温度传感器高温触发器高温触发器低温触发器低温触发器8位位CRC触发器触发器存储器存储器DS18B20内部结构图电源检测电源检测寄生电源寄生电源2 、DS18B20DS18B20引脚及功能引脚及功能四、集成温度传感器的应用四、集成温度传感器的应用1、LM35构成的数字温度计构成的数字温度计 四、集成温度传感器的应用四、集成温度传感器的应用l串联、并联使用：串联、并联使用：串联测最低温度；并联测平均温度串联测最低温度；并联测平均温度l
46、冷端补偿：冷端补偿：可代替冰池，环境温度可代替冰池，环境温度15 35l温度控制：温度控制：l温度检测：温度检测：2 2、ADAD590590的典型应用的典型应用AD590构成的深井长传输线的温度测量构成的深井长传输线的温度测量3 3、DS18B20DS18B20构成的温度检测系统构成的温度检测系统采用寄生电容供电的温度检测系统采用寄生电容供电的温度检测系统 89C51DS18B20DS18B20DS18B20P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作输出口用，相当于TxP1.2作输入口用，相当于Rx提供提供电流电流通过试验发现通过试验发现:可可挂接挂接DS18B20数数十片
47、，距离可达十片，距离可达到到50m，而用一，而用一个口时仅能挂接个口时仅能挂接10片片DS18B20，距离仅为距离仅为20m。同时，由于读写同时，由于读写在操作上是分开在操作上是分开的，故不存在信的，故不存在信号竞争问题。号竞争问题。一、铂电阻温度传感器一、铂电阻温度传感器利用纯铂丝电阻随温度的变换而变化的原理设计研制利用纯铂丝电阻随温度的变换而变化的原理设计研制成的。可测量和控制成的。可测量和控制200650范围内的温度，范围内的温度，也可作对其他变量也可作对其他变量(如：流量、导电率、如：流量、导电率、pH值等值等)测量测量电路中的温度补偿。有时用它来测量介质的温差和平电路中的温度补偿。有
48、时用它来测量介质的温差和平均温度。它具有比其他元件良好的稳定性和互换性。均温度。它具有比其他元件良好的稳定性和互换性。目前，铂电阻上限温度达目前，铂电阻上限温度达850。第五节第五节 其他温度传感器其他温度传感器在在0850范围内，铂电阻的电阻值与温度的关系为范围内，铂电阻的电阻值与温度的关系为 在在2000范围内为：范围内为：式中式中 R0、Rt温度为温度为0及及t时的铂电阻的电阻值；时的铂电阻的电阻值；A、B、C常数值，常数值，Rt=R0（1+At+Bt2）Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t3 铂电阻的纯度以铂电阻的纯度以R100/R0表示，表示，R100表示在标准大气压下表示
49、在标准大气压下水沸点时的铂的电阻值。国际温标规定，作为基准器的水沸点时的铂的电阻值。国际温标规定，作为基准器的铂电阻，其铂电阻，其R100/R0不得小于不得小于1.3925。我国工业用铂电阻。我国工业用铂电阻分度号为分度号为BA1、BA2，其，其R100/R0=1.391。用途：钢铁用途：钢铁,地质地质,石油石油,化工等生产工艺流程化工等生产工艺流程,各种食品加各种食品加工工,空调设备及冷冻库空调设备及冷冻库,恒温槽等的温度检测与控制中。恒温槽等的温度检测与控制中。测量电路测量电路1.1.三线制三线制图中图中G G为指示电表，为指示电表，R R1 1、R R2 2、R R3 3为固定电阻，为固
50、定电阻，R R0 0为零位调为零位调节电阻。铂电阻通过电阻分别为节电阻。铂电阻通过电阻分别为r2、r3、Rg的三根导线的三根导线和电桥连接，和电桥连接，r2和和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而Rg分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影响分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影响电桥的平衡状态。电桥的平衡状态。R2RaR1R3ERtr3Rgr2G2.2.四线制四线制