Chapter2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(xué)溫度定義水的三相點(diǎn)(固、液、汽三相并存）熱力學(xué)溫度標(biāo)志數(shù)值為，取為一個開爾文。將計量單位K 加上所標(biāo)志的數(shù)值后，就形成了完整的熱力學(xué)溫度表達(dá)式。 熱力學(xué)溫度的起點(diǎn)為絕對零度，所以它不可能為負(fù)值，且冰點(diǎn)是，沸點(diǎn)是。請注意水的冰點(diǎn)和三相點(diǎn)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(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)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(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計1.氣體溫度計 2. 玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機(jī)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(yīng)滿足如下要求選作感溫元件的材料應(yīng)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(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定；在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)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)，便于實(shí)現(xiàn)（溫度系數(shù)）保持常數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)溫度表的線性

4、刻度特性；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，減具有比較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，減小熱慣性小熱慣性.5. 特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)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： tR為溫度 00 C和 0tC時的電阻值。溫度 時， 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(biāo)稱電阻值：25

5、oC、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 額定功率第25頁/共75頁第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(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻特性曲線 第28頁/共75頁NTC的溫度特性第29頁/共75頁CTR的溫度特性第30頁/共75頁半導(dǎo)體硅熱電阻 2.1.3 硅熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率對溫度非常敏感,對半導(dǎo)體器件影響很大，但是可以用來制成傳感器第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(xué)

6、波（晶格振動）散射 電離雜質(zhì)散射第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：銀電極歐姆接觸區(qū) N型硅片：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(hù)第36頁/共75頁 自動延時電路第37頁/共75頁 控溫電路第3

7、8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第43頁/共75頁v A、B 兩導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路總的溫差電勢為：000,()TABABTeT TeT TdT00,TAATeTTd T單一導(dǎo)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(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體溫差電勢，v熱電偶總的熱

8、電勢為：0000,()TABABABTET Te T Te T TdTEAB(T,T0)=eAB(T)- eAB(T0)第45頁/共75頁 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頁/共75頁：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頁第51頁/共75頁 5）,ABCET T與 0,ABCET T的代數(shù)和為： 實(shí)際測量時，利用這一性 質(zhì)，對參考端溫度不為零

9、度時的熱電勢進(jìn)行修正。第52頁/共75頁 6）標(biāo)準(zhǔn) 常以鉑、銅為標(biāo)準(zhǔn)電極。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(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0第59頁/共75頁第60頁/共75頁第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。反查K分度表 t=701.5計算修正曲線 62第62頁/共75頁第63頁/共75頁第64頁/共75頁表15-5 K型(

10、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(xué)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?zé)襞莸墓ぷ麟娏?，?dāng)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?zé)襞菹啾容^，當(dāng)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。由于隱絲式光學(xué)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(yīng)用廣泛。上一頁下一頁返 回第67頁/共75頁 光學(xué)系統(tǒng)紅色濾波片，造成一個較窄的有效波長

11、吸收玻璃，目的是擴(kuò)展量程目鏡和物鏡是一套光學(xué)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(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)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頁第69頁/共75頁應(yīng)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(yīng)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(xué)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75頁隱絲式利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫?zé)襞莸墓ぷ?/p>