檢測與轉(zhuǎn)換溫度傳感器

1、檢測與轉(zhuǎn)換溫度傳感器課件第1頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四2了解溫度傳感器的作用、地位和分類理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算， 熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)、特性曲線及應(yīng)用場合掌握電流型、電壓型、數(shù)字型三種集成溫度傳感器特點(diǎn)、工作原理和使用方法了解其他溫度傳感器工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)第2頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四3第一節(jié) 概 論 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。溫度檢測始于2000多年前。工業(yè)、農(nóng)

2、業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。第3頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四4 一、溫度的基本概念溫度：衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。熱力學(xué)溫標(biāo)thermodynamic temperature scale國際實(shí)用溫標(biāo)International practical temperature scale攝氏溫標(biāo) Celsius tempe

3、rature scale華氏溫標(biāo)Fahrenheit temperature scale第4頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四5 二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類 隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化 蒸氣壓的溫度變化 電極的溫度變化 熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢 光電效應(yīng) 熱電效應(yīng) 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化 物質(zhì)的變色、融解 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化 熱放射 熱噪聲1 溫度傳感器的物理原理(11)第5頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四6特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢 測和處理，且隨溫度呈線性變化除溫度以外，特性對其它物理量的靈敏度要低特性隨時(shí)間變化要小重復(fù)性好，

4、沒有滯后和老化靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對檢測對象的影響要小機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜無危險(xiǎn)性，無公害等2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件第6頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四73. 溫度傳感器的種類及特點(diǎn) 接觸式溫度傳感器 非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器是將測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸，使被測介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫度時(shí)，達(dá)到測量的目的。這種傳感器的測量精度較高，但由于被測介質(zhì)的熱量傳遞給傳感器，從而降低了被測介質(zhì)的溫度，特別是被測介質(zhì)熱容量較小時(shí)，會給測量帶來誤差。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出

5、紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。第7頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四8物理現(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(dòng)勢晶體管特性變化可控硅動(dòng)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(dòng)器超聲波溫度計(jì)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(jì)1.氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.

6、雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金第8頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四9熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分 類特 征傳 感 器 名 稱超高溫用傳感器1500以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器10001500光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器5001000光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0500低溫用傳感器-2500極低溫用傳感器-270-250BaSrTiO3陶瓷晶體管

7、、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容 測 溫 范 圍溫度傳感器分類(1)第9頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四10溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶的工作原理熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)冷端處理及補(bǔ)償?shù)?0頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四11兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接

8、處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB 一、工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢thermo-electric force由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱端冷端第11頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四121. 接觸電勢+ABTeAB(T)-eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA

9、、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時(shí)的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢原理圖第12頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四13AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢，例如在0時(shí)，銅的 =2V/。2. 溫差電勢溫差電勢原理圖第13頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四14由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果TT0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢和兩個(gè)溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB

10、(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路總電勢NAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。第14頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四15導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的

11、長度、粗細(xì)無關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。第15頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四16在實(shí)際測量中只需用儀表測出回路中總電勢即可。由于溫差電勢與接觸電勢相比較，其值很小，因此，在工程技術(shù)中認(rèn)為熱電勢近似等于接觸電勢。在工程應(yīng)用中，測出回路總電勢后，用查熱電偶分度表的方法確定被測溫度。由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢)；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種

12、不同材料作為電極。 二、熱電偶回路的性質(zhì)1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律第16頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四17 E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2. 中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則第17頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四18兩點(diǎn)結(jié)論： l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電

13、勢不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖第18頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四19ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。 第19頁，共64頁，2022年，5月20日，

14、5點(diǎn)48分，星期四20 EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：第20頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四213. 中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T1,

15、 T3)，則BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）第21頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四22EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） ABT1T2T2ABT0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AB后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)說明：當(dāng)在

16、原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A、B(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA(T2)=EBB(T2)時(shí)，則回路總電動(dòng)勢為第22頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四23例題解：根據(jù)中間導(dǎo)體定律結(jié)論公式，有EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）依題意可知，EAC（T, T0）13.967mV；ECB（T, T0）8.345mV則 EAB(T, T0)13.967mV8.345mV5.622 mV因此，在此特定條件下材料A與材料B配對后的熱電勢為5.622 mV。已知在某特定條件下材料A與鉑配對的熱電動(dòng)勢為13.967mV，

17、材料B與鉑配對的熱電動(dòng)勢為8.345mV，求出在此特定條件下材料A與材料B配對后的熱電勢。第23頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四24熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時(shí)不被腐蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)第24頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四25 1鉑鉑銠熱電偶(S型) 分度號LB3測量溫度：長期：1300、短期：1600。（一）熱電偶常用材料2鎳鉻鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型) 分度號EU2測量溫度：長期1000，短期13

18、00。3鎳鉻考銅熱電偶(E型) 分度號EA2測量溫度：長期600，短期800。4鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型) 分度號LL2測量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)1800。第25頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四26幾種持殊用途的熱電偶（1）銥和銥合金熱電偶 如銥50銠銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達(dá)2100的高溫。（2）鎢錸熱電偶 可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，使用溫度范圍3002000分度精度為1。（3）金鐵鎳鉻熱電偶 主要用在低溫測量，可在2273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10V。（4）鈀鉑銥15熱電偶 輸出性能高，在1398時(shí)的熱電勢為47.255mV。

19、（6）銅康銅熱電偶，分度號MK 熱電勢略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43V/。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，廣泛用于20K473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。 （5）鐵康銅熱電偶，分度號TK 靈敏度高，線性度好，可在800以下的還原介質(zhì)中使用。第26頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四27 （二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1工業(yè)用熱電偶2鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）3快速反應(yīng)薄膜熱電偶4快速消耗微型熱電偶 第27頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四28方法 冰點(diǎn)槽法 計(jì)算修正法 補(bǔ)正系數(shù)法 零點(diǎn)遷移法 冷端補(bǔ)償器法 軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢的大小是

20、熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。第28頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四291. 冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABABTCC儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T0第29頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四302. 計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫

21、度TH，利用公式計(jì)算例 用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動(dòng)勢EAB(T，TH)=1.979mV，又用室溫計(jì)測出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，與2.819mV對應(yīng)的熱端溫度T=69。注意:既不能只按1.979mV查表，認(rèn)為T=49，也不能把49加上21，認(rèn)為T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第30頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四31第31頁，共6

22、4頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四323. 補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達(dá)即 式中：T為未知的被測溫度； T為參比端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個(gè)溫度； TH室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例 用鉑銠10鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35，這時(shí)熱電動(dòng)勢為11.348mV查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再從下表中查出，對應(yīng)于1150的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度 T=1150+0.5335=1168.3（）用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一

23、點(diǎn)，但誤差不大于0.14。 T T k T H第32頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四33第33頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四34 熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。 第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器第34頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期

24、四35NTC二極管封裝環(huán)氧封裝、小型化高精度 ； 響應(yīng)時(shí)間快 ； 穩(wěn)定性好 根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬 高穩(wěn)定性、高可靠性根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬 ；高穩(wěn)定性、高可靠性 ；為客戶提供多種便捷服務(wù) 家用冰箱、空調(diào)器 ；電熱水器、整體浴室 ；冰柜、豆?jié){機(jī) 環(huán)氧封裝、小型化、精度高 ；可靠性高、響應(yīng)時(shí)間快 ；引線采用聚脂漆包線、耐熱、絕緣性好 第35頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四36（一）熱敏電阻的特點(diǎn)1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬2材料加工容易、性能好3阻值在110M之間可供自由選擇4穩(wěn)定性好5原料資源豐富，價(jià)格低廉 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類第36

25、頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四37 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） Positive Temperature Coefficient 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） Negative Temperature Coefficient 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR） Chop Temperature Resistor （二）熱敏電阻的分類 第37頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四38（一）熱敏電阻器的電阻溫度特性（RTT） 12340601201600100101102103104105106RT/溫度T/C熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線1

26、-NTC；2-CTR； 3 PTC二、熱敏電阻器主要特性Resistance-temperature characteristic of thermistorTT與RTT特性曲線一致。T/第38頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四39第四節(jié) 集成溫度傳感器Integrate Circuit Temperature Sensor一、IC溫度傳感器的分類電壓型IC溫度傳感器電流型IC溫度傳感器數(shù)字輸出型IC溫度傳感器第39頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四40二、IC溫度傳感器的測溫原理 晶體管伏安方程式：K0 波爾滋蔓常數(shù)； T 絕對溫度; V1、V2發(fā)

27、射極面積比。 q 電子電荷量； VBE正比于絕對溫度 T，只要保證IC1/IC2恒定， 就可以使VBE與 T 為單值函數(shù)。 因此，可利用電流I與T的正比關(guān)系，通過電流的變化來測量溫度的大小。IT若將VBE轉(zhuǎn)換為電流I ，則第40頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四41（一）電壓輸出型集成溫度傳感器型號：LM35、LM335、AN6701S等多種。LM35系列傳感器是3端的電壓輸出型的精密感溫器件，有LM35、LM35A、LM35C、LM35CA和LM35D等型號。極限參數(shù)：電源電壓為+35V-0.2V；輸出電壓為+6V-1.0V輸出電流為10mA；存放溫度范圍對于T046封

28、裝(金屬殼)為-60+180，T092封裝(塑料)為-55+150；工作溫度范圍對于LM35和LM35A為-55+150，LM35C和LM35CA為-40+110，LM35D為-0+100。特點(diǎn)：直接用攝氏溫度校正；線性溫度系數(shù)(靈敏度)為10.0mV/；在25時(shí)，測量精度為0 5；工作電壓范圍為430；非線性度小于0 5；輸出阻抗低，在1mA負(fù)載電流時(shí)，輸出阻抗只有0.1；靜態(tài)電流小于60A；可采用單電源供電，也采用雙電源供電，在測量溫度范圍內(nèi)無需進(jìn)行調(diào)整。三、IC溫度傳感器的主要特性第41頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四42T046封裝 T092封裝 T0220封裝

29、 LM35的常用基本電路 第42頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四43 電流輸出型典型集成溫度傳感器有AD590（美國AD公司生產(chǎn)），國內(nèi)同類產(chǎn)品SG590。器件電源電壓430V， 測溫范圍-50+150。AD590 引腳和內(nèi)部電路原理圖（二）電流型溫度傳感器第43頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四441伏安特性工作電壓：4V30V，I 為一恒流值輸出，ITk，即KT標(biāo)定因子，AD590的標(biāo)定因子為1A/K I = KT TK 4V30V0I/AU/VAD590伏安特性曲線-55+25+150218298423第44頁，共64頁，2022年，5月20

30、日，5點(diǎn)48分，星期四45 550 150 273.2AI/ ATC / CAD590溫度特性曲線2溫度特性其溫度特性曲線函數(shù)是以Tk為變量的n階多項(xiàng)式之和，省略非線性項(xiàng)后則有:Tc攝氏溫度；I 的單位為A。 可見，當(dāng)溫度為0時(shí)，輸出電流為273.2A。在常溫25時(shí)，標(biāo)定輸出電流為298.2A。I=KTTc273.2第45頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四463AD590的非線性15055T/C0.30.30在實(shí)際應(yīng)用中，T 通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償校正，使測溫精度達(dá)0.1。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當(dāng)電源電壓由5V向10V變化時(shí)，其電流

31、變化僅為0.2A/V。長時(shí)間漂移最大為0.1，反向基極漏電流小于10pA。55100，T遞增，100150則是遞降。T最大達(dá)3，最小T0.3，分I、J、K、L、M五檔T/CAD590非線性誤差曲線第46頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四474AD590的測量電路 AD590在溫度25（298.2K）時(shí)，理想輸出為298.2A，實(shí)際存在誤差，可通過電位器調(diào)整，使輸出電壓滿足1mV/K 的關(guān)系。 AD590 典型應(yīng)用第47頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四48（三）數(shù)字輸出型IC溫度傳感器 、 DS18B20的特性單線接口：僅需一根口線與MCU連接；無需

32、外圍元件；由總線提供電源；測溫范圍為-55125，精度為0.5；九位溫度讀數(shù)；A/D變換時(shí)間為200ms；用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報(bào)警值， 且能 夠識別具體報(bào)警傳感器。第48頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四493 、DS18B20的工作原理存儲器控制邏輯64bitROM和單線接口溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器8位CRC觸發(fā)器存儲器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電源檢測寄生電源2 、DS18B20引腳及功能第49頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四50第50頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四51四、集成溫度傳感器的應(yīng)用1、LM35構(gòu)

33、成的數(shù)字溫度計(jì) 第51頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四52四、集成溫度傳感器的應(yīng)用串聯(lián)、并聯(lián)使用： 串聯(lián)測最低溫度；并聯(lián)測平均溫度冷端補(bǔ)償： 可代替冰池，環(huán)境溫度15 35溫度控制：溫度檢測：2、AD590的典型應(yīng)用第52頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四53AD590構(gòu)成的深井長傳輸線的溫度測量第53頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四543、DS18B20構(gòu)成的溫度檢測系統(tǒng)采用寄生電容供電的溫度檢測系統(tǒng)89C51DS18B20DS18B20DS18B20P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作輸出口用，相

34、當(dāng)于TxP1.2作輸入口用，相當(dāng)于Rx提供電流通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):可掛接DS18B20數(shù)十片，距離可達(dá)到50m，而用一個(gè)口時(shí)僅能掛接10片DS18B20，距離僅為20m。同時(shí)，由于讀寫在操作上是分開的，故不存在信號競爭問題。第54頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四55一、鉑電阻溫度傳感器利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設(shè)計(jì)研制成的?？蓽y量和控制200650范圍內(nèi)的溫度，也可作對其他變量(如：流量、導(dǎo)電率、pH值等)測量電路中的溫度補(bǔ)償。有時(shí)用它來測量介質(zhì)的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達(dá)850。第五節(jié) 其他溫度傳感器第55頁，共64頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)48分，星期四56在0850范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為 在2000范圍內(nèi)為： 式中 R0、Rt溫度為0及t時(shí)的鉑電阻的電阻值； A、B、C常數(shù)值，Rt=R0（1+At+Bt2）Rt=R01+At+Bt2+C(t-100) t3 鉑電阻的純度以R100/R0表示，R100表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸點(diǎn)時(shí)的鉑的電阻值。國際溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，其R100/R0不得小于1.3925。我國工業(yè)用鉑電阻分度號為BA1、BA2，其R100/R0=