溫度傳感器應(yīng)用電路分析課件

8.2.5應(yīng)用1.NTC熱敏電阻實現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路單點(diǎn)溫度控制是常見的溫度控制形式，如圖8.2.2所示。調(diào)整b點(diǎn)電位Ub，即預(yù)設(shè)溫度Tb，初始時繼電器不通電，常閉觸點(diǎn)K閉合，加熱器通電加熱。比較器直流電橋8.2.5應(yīng)用1.NTC熱敏電阻實現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路調(diào)整12.熱敏電阻測量真空度

熱敏電阻熱敏電阻用的恒定電流加熱，一方面使自身溫度升高，另一方面也向周圍介質(zhì)散熱，在單位時間內(nèi)從電流獲得的能量與向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量相等，達(dá)到熱平衡時，才能有相應(yīng)的平衡溫度，對應(yīng)固定的電阻值。當(dāng)被測介質(zhì)的真空度升高時，玻璃管內(nèi)的氣體變得稀少，氣體分子間碰撞進(jìn)行熱傳遞的能力降低，熱敏電阻的溫度就會上升，電阻值隨即增大，其大小反映了被測介質(zhì)真空度的高低。

氣體圖8.2.3熱敏電阻測量真空原理圖真空度測量的方法比較多，利用熱敏電阻實現(xiàn)真空度的測量電路原理如圖8.2.3所示。2.熱敏電阻測量真空度熱敏電阻熱敏電阻用的恒定電流加熱，一23.PTC熱敏電阻組成的0～100℃的測溫電路電壓跟隨器直流電橋穩(wěn)壓管DZ1提供穩(wěn)定電壓，由R3、R4、R5分壓，調(diào)節(jié)R5使電壓跟隨器A1輸出2.5V的穩(wěn)定電橋工作電壓，并使熱敏電阻工作電流小于1mA，避免發(fā)熱影響測量精度。PTC熱敏電阻RT25℃時阻值為1k，R8也選擇1k，室溫時（25℃）電橋調(diào)平，溫度偏離室溫時，電橋失衡，輸出電壓接差放A2放大后輸出。4.單相異步電機(jī)啟動圖8.2.4熱敏電阻測量單點(diǎn)溫度原理圖啟動繞組工作繞組電動機(jī)剛起動時，PTC熱敏電阻尚未發(fā)熱，阻值很小，起動繞組處于通路狀態(tài)，對啟動電流幾乎沒影響，啟動后，熱敏電阻自身發(fā)熱，溫度迅速上升，阻值增大；當(dāng)阻值遠(yuǎn)大于啟動線圈L2阻抗時，就認(rèn)為切斷了啟動線圈，只由工作線圈L1正常工作。此時電動機(jī)已起動完畢，進(jìn)入單相運(yùn)行狀態(tài)。圖8-5單相異步電機(jī)啟動用熱敏電阻原理圖3.PTC熱敏電阻組成的0～100℃的測溫電路電壓跟隨器直流35.氣敏電阻檢漏報警器預(yù)熱開關(guān)工作開關(guān)氣敏電阻氣敏輸出電壓檢出可燃?xì)怏w時，氣敏電阻減小，電壓增大，V1觸發(fā)V2，報警燈亮，音頻振蕩電路也自激振蕩聲音報警。5.氣敏電阻檢漏報警器預(yù)熱工作氣敏氣敏輸出電壓檢46.礦燈瓦斯報警器加熱支路測量支路礦燈控制支路檢出瓦斯氣體時，氣敏電阻減小，V1、V2導(dǎo)通，V3、V4振蕩，報警燈閃爍。6.礦燈瓦斯報警器加測量支路礦燈檢出瓦斯氣體時，氣敏57.一氧化碳報警器檢出CO氣體時，氣敏電阻RQ減小，V5、V6、V7導(dǎo)通，振蕩電路振蕩，聲音報警。+10V以上-+5V加熱支路備用電源7.一氧化碳報警器檢出CO氣體時，氣敏電阻RQ減小，6鉑熱電阻Pt100分度表鉑熱電阻Pt100分度表78.3.4應(yīng)用1.熱電阻的連接法由于熱電阻的阻值較小，所以導(dǎo)線電阻值不可忽視（尤其是導(dǎo)線較長時），故在實際使用時，金屬熱電阻的連接方法不同，其測量精度也不同，最常用的測量電路是電橋電路，可采用三線或四線電橋連接法。三線法如圖8-12所示。圖中Rt為熱電阻；r為引線電阻；R1，R2為固定電阻；R3為調(diào)零精密可變電阻。調(diào)使Rt0=R3，（Rt0：熱電阻在0℃時的電阻值），在0℃時，（R3+r）*R1=（Rt0+r）*R2電橋平衡。測量時，Rt阻值變化時，從電流表中即可有電流流過。橋臂橋臂圖8.3.3熱電阻的三線制接法原理圖8.3.4應(yīng)用1.熱電阻的連接法由于熱電阻的阻值較小，所82.線性測量電路

穩(wěn)壓電源測量橋差動放大電路2.線性測量電路穩(wěn)壓電源測量橋差動放大電路9

3.Pt100三線法性測量電路

圖8.3.6熱電阻的三線測溫原理圖儀用放大器3.Pt100三線法性測量電路圖8.3.6熱電阻10

4.Pt100四線法性測量電路

圖8.3.7熱電阻的四線測溫原理圖其他應(yīng)用請讀者參考教材。4.Pt100四線法性測量電路圖8.3.7熱電阻115.工業(yè)流量計34不流動環(huán)境當(dāng)液體流動時，鉑電阻4溫度隨流速變化，鉑電阻3溫度不隨流速變化，流體速度將引起電橋的不平衡輸出。鉑電阻流動環(huán)境鉑電阻當(dāng)液體不流動時，兩個鉑電阻等溫，電橋平衡5.工業(yè)流量計34不流動環(huán)境當(dāng)液體流動時，鉑電阻4溫度126.熱敏電阻熱保護(hù)電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增大，達(dá)到保護(hù)程度，保護(hù)電路動作，驅(qū)動繼電器動作切斷電源。保護(hù)電路繼電器熱敏電阻電動機(jī)6.熱敏電阻熱保護(hù)電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增137.熱敏電阻液位傳感器常溫電阻冷電阻總電流液面高低影響輸出電流7.常溫電阻冷總電流液面高低14

2.分度表熱電偶冷端溫度為0℃時，熱電偶熱端溫度與輸出熱電勢之間的對應(yīng)關(guān)系的表格，因為多數(shù)熱電偶的輸出都是非線性的，國際計量委員會已對這些熱電偶的每一度的熱電勢做了非常精密的測試，并向全世界公布了他們的分度表。可以通過測量熱電偶輸出的熱電動勢值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。每10℃分檔，中間值按內(nèi)插法計算。如分度號為S的分度表。2.分度表15

例1：用一支分度號為Ｋ(鎳鉻-鎳硅)熱電偶測量溫度源的溫度，工作時的參考端溫度(室溫)t0＇=20℃，而測得熱電偶輸出的熱電勢(經(jīng)過放大器放大的信號，假設(shè)放大器的增益ｋ=10)32.7mv，則E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV，那么熱電偶測得溫度源的溫度是多少呢?解：由附錄Ｋ熱電偶分度表查得：E(t0＇,t0)=E(20,0)=0.798mV已測得E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV故E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)=3.27mV+0.798mV=4.068mV熱電偶測量溫度源的溫度可以從分度表中查出，與4.068mV所對應(yīng)的溫度是100℃。例2：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30℃，測得熱電勢eAB（t，t0）為33.29mV,求加熱爐溫度。解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得eAB（30，0）1.203mV?？傻胑AB（t，0）=eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.8℃

2.冷端溫度修正法

對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變（恒溫器）或能用普通方法測出（如室溫）的情況，可采用修正法。常采用熱電勢修正法。計算公式：E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)式中：E(t,t0)—熱電偶測量端溫度為ｔ，參考端溫度為t0=０℃時的熱電勢值；E(t,t0＇)—熱電偶實際測量溫度ｔ，參考端溫度為t0＇不等于０℃時的熱電勢值；E(t0＇,t0)—熱電偶測量端溫度為t0＇，參考端溫度為t0=０℃時的熱電勢值。例1：用一支分度號為Ｋ(鎳鉻-鎳硅)熱電偶測量溫度源的溫度16

3.冷端溫度電橋補(bǔ)償法用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補(bǔ)償電壓）去消除冷端溫度變化對熱電偶熱電勢的影響，這種裝置稱為冷端溫度補(bǔ)償器。如圖8.4.1所示，R1、R2、R3和RW為錳銅電阻，阻值幾乎不隨溫度變化，Rcu為銅電阻（熱電阻），其電阻值隨溫度升高而增大，與冷端靠近。設(shè)使電橋在冷端溫度為T0時處于平衡，Uab=0，電橋?qū)x表的讀數(shù)無影響。當(dāng)溫度不等于T0時，電橋不平衡，產(chǎn)生一個不平衡電壓Uab加入熱電勢回路。當(dāng)冷端溫度升高時，Rcu也隨之增大，Uab也增大，但是熱電偶的熱電勢卻隨冷端溫度的升高而減小，若Uab的增加量等于EAB的減小量時，則輸出U保持不變。改變R的值可改變橋臂電流，可以適合不同類型的熱電偶配合使用。不同型號的冷端溫度補(bǔ)償器應(yīng)與所用的熱電偶配套。使用時注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。圖8.4.1熱電偶橋式冷端溫度補(bǔ)償器原理圖

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++abUUabR1R2R3R--RCuB3.冷端溫度電橋補(bǔ)償法用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補(bǔ)償17

8.4.9應(yīng)用1.AD594集成式單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器AD594、AD595、AD597等是美國ADI公司生產(chǎn)的單片熱電偶冷端補(bǔ)償器，內(nèi)部還集成了儀用放大器，所以能實現(xiàn)對不同的熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償之外，還可作為線性放大器。其引腳功能是：U+、U-為電源正負(fù)端，IN+、IN-為信號輸入端，ALM+、ALM-為熱電偶開路故障報警信號輸出端，T+、T-為冷端補(bǔ)償正負(fù)電壓輸出端，F(xiàn)B為反饋端，做溫度補(bǔ)償時UO端與FB端短接，詳細(xì)資料見其使用說明。圖8.4.3為AK594的應(yīng)用電路圖。熱電偶的信號經(jīng)過AD594的冷端補(bǔ)償和放大后，再用OP07放大后輸出。2.用AD592做冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕紤?yīng)用電路圖8.4.4AD592做冷端補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用原理圖8.4.9應(yīng)用1.AD594集成式單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)188.5PN結(jié)溫度傳感器8.5.1外形PN結(jié)溫度傳感器的外形繁雜，圖8.5.1是國產(chǎn)S700系列PN結(jié)溫度傳感器的外形尺寸圖，其中（a）為耐溫玻璃封裝，（b）為金屬外殼封裝。圖8.5.1S700傳感器外形尺寸圖S700B-++S700A-8.5.2工作原理PN結(jié)溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理工作的，例如，晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1℃時，下降約2mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關(guān)二極管1N4148）或采用硅三極管（一般將NPN晶體管的bc結(jié)短接，利用be結(jié)作為感溫器件）接成二極管來做PN結(jié)溫度傳感器如圖8.5.2所示。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時間常數(shù)為0.2—2秒，靈敏度高。測溫范圍為-50～+150℃。典型的溫度曲線如圖8.5.3所示。同型號的二極管或三極管特性不完全相同，因此它們的互換性差。8.5PN結(jié)溫度傳感器8.5.1外形PN結(jié)溫度傳感器的19圖8.5.3PN結(jié)溫度電壓曲線圖8.5.2PN結(jié)溫度傳感器+5V5.1K(Vbe)..9013.U8.5.3應(yīng)用1.火災(zāi)報警專用S700二極度管溫度傳感器火災(zāi)報警用的溫度傳感器，主要以熱敏電阻器為主，然而由于熱敏電阻器的電阻——溫度特性呈非線性，長期穩(wěn)定性差，互換性不好，價格高，給使用帶來了許多問題。國產(chǎn)S700系列火災(zāi)報警專用二極度管溫度傳感器。良好的線性關(guān)系，互換性好，性能長期穩(wěn)定，體積小，響應(yīng)快。技術(shù)規(guī)范如表1所示。圖8.5.4給出了S700的工作電路，它通常采用恒壓電源工作電路，這種電路非常簡單，將S700串聯(lián)一個限流電阻后接入恒壓源即可。在這種電路中，通過傳感器的工作電流是一個隨溫度升高呈近似線性增加的電流，而這種工作電流，使得S700的正向電壓------溫度特性幾乎呈完全的線性關(guān)系。圖8.5.5給出了S700在不同工作電路下的VF---t特性，由此可見VF與t之間是一個線性關(guān)系。圖8.5.3PN結(jié)溫度電壓曲線圖8.5.2PN結(jié)溫度20圖8.5.4S700工作電路圖8.5.5不同工作電壓下的VF---t特性V=5VR=43KV=3.6VR=300K1000--50050100150800600400200VF(mv)t(℃)VFS700R圖8.5.6溫敏二極管恒溫器測量電路2.溫敏二極管恒溫器圖8.5.4S700工作電路圖8.5.5不同工作電21

3.PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計差放測量橋電壓跟隨器W2通過電壓跟隨器A2可調(diào)節(jié)放大器A1的增益。放大后的靈敏度10mV/℃。通過PN結(jié)溫度傳感器的工作電流不能過大，以免二極管自身的溫升影響測量精度。一般工作電流為100—300mA。采用恒流源作為傳感器的工作電流較為復(fù)雜，一般采用恒壓源供電，但必須有較好的穩(wěn)壓精度。3位半數(shù)字電壓表模塊MC14433將PN結(jié)傳感器插入冰水混合液中，等溫度平衡，調(diào)整W1，使DVM顯示為0V，將PN結(jié)傳感器插入沸水中（設(shè)沸水為100℃），調(diào)整W2，使DVM實現(xiàn)為100.0V，再將傳感器插入0℃環(huán)境中，等平衡后看顯示是否仍為0V，必要時再調(diào)整W1使之為0V，然后再插入沸水，經(jīng)過幾次反復(fù)調(diào)整即可。圖8.5.7PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計3.PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計差放測量橋電壓跟隨器W222

4.溫敏三極管的溫差檢測電路電壓跟隨器差動放大器該電路的輸出反映了兩個待測點(diǎn)的溫差，常常用于工業(yè)過程監(jiān)視和控制場合。電路中使用了兩只性能相同的溫敏三極管MTS102作測溫探頭，分別置于待測溫場中，兩個不同溫度所對應(yīng)的Ube分別經(jīng)過運(yùn)算放大器A1、A2緩沖后，加到運(yùn)算放大器A3的輸入端進(jìn)行差分放大。具體調(diào)整時，將兩只溫敏三極管置于同一溫度中，調(diào)節(jié)電位器W，使A3輸出Uo為0。這樣就可以保證輸出電壓Uo正比于兩點(diǎn)溫差，靈敏度由Rf和R決定。溫敏元件溫敏元件電壓跟隨器圖8.5.8PN結(jié)溫差測量電路4.溫敏三極管的溫差檢測電路電壓跟隨器差動放大器該電路的23

8.6紅外溫度傳感器把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，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。8.6.1外形8.6紅外溫度傳感器把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為24

8.6.4應(yīng)用1.紅外測溫儀國產(chǎn)過程H-T系列紅外測溫儀，紅外輻射經(jīng)光學(xué)鏡頭接收傳輸至光電器件上，由于紅外器件的響應(yīng)特性，為防止飽和，須經(jīng)對數(shù)放大處理，為了穩(wěn)定可靠又經(jīng)嚴(yán)格的溫度補(bǔ)償及各種功能調(diào)節(jié)設(shè)置，再經(jīng)線性處理后輸出，電路原理框圖如圖8.6.3所示。圖8.6.3國產(chǎn)過程H-T系列紅外測溫儀測溫原理8.6.4應(yīng)用1.紅外測溫儀國產(chǎn)過程H-T25

8.7集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏元件及其電路集成在同一芯片上的集成化溫度傳感器。這種傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)是直接給出正比于絕對溫度的理想的線性輸出，且體積小、響應(yīng)快、測量精度高、穩(wěn)定性好、校準(zhǔn)方便、成本低廉。8.7.1分類集成溫度傳感器常分為模擬和數(shù)字式，模擬式又分為電壓型和電流型。模擬電壓型電壓型傳感器的特點(diǎn):直接輸出電壓,輸出電壓只隨溫度變化,且輸出阻抗低,易于和控制電路接口,可用于溫度檢測等.如：LM34/35，LM135/235/335，…是三線制接法。電流型分電流型傳感器的特點(diǎn):輸出電流只隨溫度變化,準(zhǔn)確度更高,其中典型代表是AD590.兩線制，溫度系數(shù)約為1A/K，適合遠(yuǎn)距離傳輸而無衰減AD590/592，LM134/234，…；8.7集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏元件26

8.7.2集成溫度傳感器LM35圖8.7.1LM35引腳及應(yīng)用LM35溫度傳感器是電壓型集成溫度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)T0-92工業(yè)封裝，其準(zhǔn)確度一般為±0.5℃。由于其輸出為電壓，且線性極好，故只要配上電壓源，數(shù)字式電壓表就可以構(gòu)成一個精密數(shù)字測溫系統(tǒng)。輸出電壓的溫度系數(shù)KV=10.0mV/℃，利用下式可計算出被測溫度t（℃）t(℃)=UO/10mV，LM35溫度傳感器的電路符號見圖8-37，Vo為輸出端.實驗測量時只要直接測量其輸出端電壓Uo，即可知待測量的溫度。8.7.3集成溫度傳感器AD590圖8.7.4（a）、（b）、（C）為AD590基本測量電路。圖（a）為基本測量電路，圖（b）輸出電壓與熱力學(xué)溫度成正比，圖（C）輸出電壓與攝氏溫度成正比。

圖8.7.4AD590基本測量電路5V.AD590+1.00KI=U/1.00K.U（a）（b）（C）其它集成溫度傳感器參看教材，在此不一一累述！8.7.2集成溫度傳感器LM35圖8.7.1LM3278.2.5應(yīng)用1.NTC熱敏電阻實現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路單點(diǎn)溫度控制是常見的溫度控制形式，如圖8.2.2所示。調(diào)整b點(diǎn)電位Ub，即預(yù)設(shè)溫度Tb，初始時繼電器不通電，常閉觸點(diǎn)K閉合，加熱器通電加熱。比較器直流電橋8.2.5應(yīng)用1.NTC熱敏電阻實現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路調(diào)整282.熱敏電阻測量真空度

熱敏電阻熱敏電阻用的恒定電流加熱，一方面使自身溫度升高，另一方面也向周圍介質(zhì)散熱，在單位時間內(nèi)從電流獲得的能量與向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量相等，達(dá)到熱平衡時，才能有相應(yīng)的平衡溫度，對應(yīng)固定的電阻值。當(dāng)被測介質(zhì)的真空度升高時，玻璃管內(nèi)的氣體變得稀少，氣體分子間碰撞進(jìn)行熱傳遞的能力降低，熱敏電阻的溫度就會上升，電阻值隨即增大，其大小反映了被測介質(zhì)真空度的高低。

氣體圖8.2.3熱敏電阻測量真空原理圖真空度測量的方法比較多，利用熱敏電阻實現(xiàn)真空度的測量電路原理如圖8.2.3所示。2.熱敏電阻測量真空度熱敏電阻熱敏電阻用的恒定電流加熱，一293.PTC熱敏電阻組成的0～100℃的測溫電路電壓跟隨器直流電橋穩(wěn)壓管DZ1提供穩(wěn)定電壓，由R3、R4、R5分壓，調(diào)節(jié)R5使電壓跟隨器A1輸出2.5V的穩(wěn)定電橋工作電壓，并使熱敏電阻工作電流小于1mA，避免發(fā)熱影響測量精度。PTC熱敏電阻RT25℃時阻值為1k，R8也選擇1k，室溫時（25℃）電橋調(diào)平，溫度偏離室溫時，電橋失衡，輸出電壓接差放A2放大后輸出。4.單相異步電機(jī)啟動圖8.2.4熱敏電阻測量單點(diǎn)溫度原理圖啟動繞組工作繞組電動機(jī)剛起動時，PTC熱敏電阻尚未發(fā)熱，阻值很小，起動繞組處于通路狀態(tài)，對啟動電流幾乎沒影響，啟動后，熱敏電阻自身發(fā)熱，溫度迅速上升，阻值增大；當(dāng)阻值遠(yuǎn)大于啟動線圈L2阻抗時，就認(rèn)為切斷了啟動線圈，只由工作線圈L1正常工作。此時電動機(jī)已起動完畢，進(jìn)入單相運(yùn)行狀態(tài)。圖8-5單相異步電機(jī)啟動用熱敏電阻原理圖3.PTC熱敏電阻組成的0～100℃的測溫電路電壓跟隨器直流305.氣敏電阻檢漏報警器預(yù)熱開關(guān)工作開關(guān)氣敏電阻氣敏輸出電壓檢出可燃?xì)怏w時，氣敏電阻減小，電壓增大，V1觸發(fā)V2，報警燈亮，音頻振蕩電路也自激振蕩聲音報警。5.氣敏電阻檢漏報警器預(yù)熱工作氣敏氣敏輸出電壓檢316.礦燈瓦斯報警器加熱支路測量支路礦燈控制支路檢出瓦斯氣體時，氣敏電阻減小，V1、V2導(dǎo)通，V3、V4振蕩，報警燈閃爍。6.礦燈瓦斯報警器加測量支路礦燈檢出瓦斯氣體時，氣敏327.一氧化碳報警器檢出CO氣體時，氣敏電阻RQ減小，V5、V6、V7導(dǎo)通，振蕩電路振蕩，聲音報警。+10V以上-+5V加熱支路備用電源7.一氧化碳報警器檢出CO氣體時，氣敏電阻RQ減小，33鉑熱電阻Pt100分度表鉑熱電阻Pt100分度表348.3.4應(yīng)用1.熱電阻的連接法由于熱電阻的阻值較小，所以導(dǎo)線電阻值不可忽視（尤其是導(dǎo)線較長時），故在實際使用時，金屬熱電阻的連接方法不同，其測量精度也不同，最常用的測量電路是電橋電路，可采用三線或四線電橋連接法。三線法如圖8-12所示。圖中Rt為熱電阻；r為引線電阻；R1，R2為固定電阻；R3為調(diào)零精密可變電阻。調(diào)使Rt0=R3，（Rt0：熱電阻在0℃時的電阻值），在0℃時，（R3+r）*R1=（Rt0+r）*R2電橋平衡。測量時，Rt阻值變化時，從電流表中即可有電流流過。橋臂橋臂圖8.3.3熱電阻的三線制接法原理圖8.3.4應(yīng)用1.熱電阻的連接法由于熱電阻的阻值較小，所352.線性測量電路

穩(wěn)壓電源測量橋差動放大電路2.線性測量電路穩(wěn)壓電源測量橋差動放大電路36

3.Pt100三線法性測量電路

圖8.3.6熱電阻的三線測溫原理圖儀用放大器3.Pt100三線法性測量電路圖8.3.6熱電阻37

4.Pt100四線法性測量電路

圖8.3.7熱電阻的四線測溫原理圖其他應(yīng)用請讀者參考教材。4.Pt100四線法性測量電路圖8.3.7熱電阻385.工業(yè)流量計34不流動環(huán)境當(dāng)液體流動時，鉑電阻4溫度隨流速變化，鉑電阻3溫度不隨流速變化，流體速度將引起電橋的不平衡輸出。鉑電阻流動環(huán)境鉑電阻當(dāng)液體不流動時，兩個鉑電阻等溫，電橋平衡5.工業(yè)流量計34不流動環(huán)境當(dāng)液體流動時，鉑電阻4溫度396.熱敏電阻熱保護(hù)電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增大，達(dá)到保護(hù)程度，保護(hù)電路動作，驅(qū)動繼電器動作切斷電源。保護(hù)電路繼電器熱敏電阻電動機(jī)6.熱敏電阻熱保護(hù)電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增407.熱敏電阻液位傳感器常溫電阻冷電阻總電流液面高低影響輸出電流7.常溫電阻冷總電流液面高低41

2.分度表熱電偶冷端溫度為0℃時，熱電偶熱端溫度與輸出熱電勢之間的對應(yīng)關(guān)系的表格，因為多數(shù)熱電偶的輸出都是非線性的，國際計量委員會已對這些熱電偶的每一度的熱電勢做了非常精密的測試，并向全世界公布了他們的分度表。可以通過測量熱電偶輸出的熱電動勢值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。每10℃分檔，中間值按內(nèi)插法計算。如分度號為S的分度表。2.分度表42

例1：用一支分度號為Ｋ(鎳鉻-鎳硅)熱電偶測量溫度源的溫度，工作時的參考端溫度(室溫)t0＇=20℃，而測得熱電偶輸出的熱電勢(經(jīng)過放大器放大的信號，假設(shè)放大器的增益ｋ=10)32.7mv，則E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV，那么熱電偶測得溫度源的溫度是多少呢?解：由附錄Ｋ熱電偶分度表查得：E(t0＇,t0)=E(20,0)=0.798mV已測得E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV故E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)=3.27mV+0.798mV=4.068mV熱電偶測量溫度源的溫度可以從分度表中查出，與4.068mV所對應(yīng)的溫度是100℃。例2：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30℃，測得熱電勢eAB（t，t0）為33.29mV,求加熱爐溫度。解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得eAB（30，0）1.203mV。可得eAB（t，0）=eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.8℃

2.冷端溫度修正法

對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變（恒溫器）或能用普通方法測出（如室溫）的情況，可采用修正法。常采用熱電勢修正法。計算公式：E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)式中：E(t,t0)—熱電偶測量端溫度為ｔ，參考端溫度為t0=０℃時的熱電勢值；E(t,t0＇)—熱電偶實際測量溫度ｔ，參考端溫度為t0＇不等于０℃時的熱電勢值；E(t0＇,t0)—熱電偶測量端溫度為t0＇，參考端溫度為t0=０℃時的熱電勢值。例1：用一支分度號為Ｋ(鎳鉻-鎳硅)熱電偶測量溫度源的溫度43

3.冷端溫度電橋補(bǔ)償法用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補(bǔ)償電壓）去消除冷端溫度變化對熱電偶熱電勢的影響，這種裝置稱為冷端溫度補(bǔ)償器。如圖8.4.1所示，R1、R2、R3和RW為錳銅電阻，阻值幾乎不隨溫度變化，Rcu為銅電阻（熱電阻），其電阻值隨溫度升高而增大，與冷端靠近。設(shè)使電橋在冷端溫度為T0時處于平衡，Uab=0，電橋?qū)x表的讀數(shù)無影響。當(dāng)溫度不等于T0時，電橋不平衡，產(chǎn)生一個不平衡電壓Uab加入熱電勢回路。當(dāng)冷端溫度升高時，Rcu也隨之增大，Uab也增大，但是熱電偶的熱電勢卻隨冷端溫度的升高而減小，若Uab的增加量等于EAB的減小量時，則輸出U保持不變。改變R的值可改變橋臂電流，可以適合不同類型的熱電偶配合使用。不同型號的冷端溫度補(bǔ)償器應(yīng)與所用的熱電偶配套。使用時注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。圖8.4.1熱電偶橋式冷端溫度補(bǔ)償器原理圖

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++abUUabR1R2R3R--RCuB3.冷端溫度電橋補(bǔ)償法用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補(bǔ)償44

8.4.9應(yīng)用1.AD594集成式單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器AD594、AD595、AD597等是美國ADI公司生產(chǎn)的單片熱電偶冷端補(bǔ)償器，內(nèi)部還集成了儀用放大器，所以能實現(xiàn)對不同的熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償之外，還可作為線性放大器。其引腳功能是：U+、U-為電源正負(fù)端，IN+、IN-為信號輸入端，ALM+、ALM-為熱電偶開路故障報警信號輸出端，T+、T-為冷端補(bǔ)償正負(fù)電壓輸出端，F(xiàn)B為反饋端，做溫度補(bǔ)償時UO端與FB端短接，詳細(xì)資料見其使用說明。圖8.4.3為AK594的應(yīng)用電路圖。熱電偶的信號經(jīng)過AD594的冷端補(bǔ)償和放大后，再用OP07放大后輸出。2.用AD592做冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕紤?yīng)用電路圖8.4.4AD592做冷端補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用原理圖8.4.9應(yīng)用1.AD594集成式單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)458.5PN結(jié)溫度傳感器8.5.1外形PN結(jié)溫度傳感器的外形繁雜，圖8.5.1是國產(chǎn)S700系列PN結(jié)溫度傳感器的外形尺寸圖，其中（a）為耐溫玻璃封裝，（b）為金屬外殼封裝。圖8.5.1S700傳感器外形尺寸圖S700B-++S700A-8.5.2工作原理PN結(jié)溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理工作的，例如，晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1℃時，下降約2mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關(guān)二極管1N4148）或采用硅三極管（一般將NPN晶體管的bc結(jié)短接，利用be結(jié)作為感溫器件）接成二極管來做PN結(jié)溫度傳感器如圖8.5.2所示。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時間常數(shù)為0.2—2秒，靈敏度高。測溫范圍為-50～+150℃。典型的溫度曲線如圖8.5.3所示。同型號的二極管或三極管特性不完全相同，因此它們的互換性差。8.5PN結(jié)溫度傳感器8.5.1外形PN結(jié)溫度傳感器的46圖8.5.3PN結(jié)溫度電壓曲線圖8.5.2PN結(jié)溫度傳感器+5V5.1K(Vbe)..9013.U8.5.3應(yīng)用1.火災(zāi)報警專用S700二極度管溫度傳感器火災(zāi)報警用的溫度傳感器，主要以熱敏電阻器為主，然而由于熱敏電阻器的電阻——溫度特性呈非線性，長期穩(wěn)定性差，互換性不好，價格高，給使用帶來了許多問題。國產(chǎn)S700系列火災(zāi)報警專用二極度管溫度傳感器。良好的線性關(guān)系，互換性好，性能長期穩(wěn)定，體積小，響應(yīng)快。技術(shù)規(guī)范如表1所示。圖8.5.4給出了S700的工作電路，它通常采用恒壓電源工作電路，這種電路非常簡單，將S700串聯(lián)一個限流電阻后接入恒壓源即可。在這種電路中，通過傳感器的工作電流是一個隨溫度升高呈近似線性增加的電流，而這種工作電流，使得S700的正向電壓------溫度特性幾乎呈完全的線性關(guān)系。圖8.5.5給出了S700在不同工作電路下的VF---t特性，由此可見VF與t之間是一個線性關(guān)系。圖8.5.3PN結(jié)溫度電壓曲線圖8.5.2PN結(jié)溫度47圖8.5.4S700工作電路圖8.5.5不同工作電壓下的VF---t特性V=5VR=43KV=3.6VR=300K1000--50050100150800600400200VF(mv)t(℃)VFS700R圖8.5.6溫敏二極管恒溫器測量電路2.溫敏二極管恒溫器圖8.5.4S700工作電路圖8.5.5不同工作電48

3.PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計差放測量橋電壓跟隨器W2通過電壓跟隨器A2可調(diào)節(jié)放大器A1的增益。放大后的靈敏度10mV/℃。通過PN結(jié)溫度傳感器的工作電流不能過大，以免二極管自身的溫升影響測量精度。一般工作電流為100—300mA。采用恒流源作為傳感器的工作電流較為復(fù)雜，一般采用恒壓源供電，但必須有較好的穩(wěn)壓精度。3位半數(shù)字電壓表模塊MC14433將PN結(jié)傳感器插入冰水混合液中，等溫度平衡，調(diào)整W1，使DVM顯示為0V，將PN結(jié)傳感器插入沸水中（設(shè)沸水為100℃），調(diào)整W2，使DVM實現(xiàn)為100.0V，再將傳感器插入0℃環(huán)境中，等平衡后看顯示是否仍為0V，必要時再調(diào)整W1使之為0V，然后再插入沸水，經(jīng)過幾次反復(fù)調(diào)整即可。圖8.5.7PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計3.PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計差放測量橋電壓跟隨器W249

4.溫敏三極管的溫差檢測電路電壓跟隨器差動放大器該電路的輸出反映了兩個待測點(diǎn)的溫差，常常用于工業(yè)過程監(jiān)視和控制場合。電路中使用了兩只性能相同的溫敏三極管MTS102作測溫探頭，分別置于待測溫場中，兩個不同溫度所對應(yīng)的Ube分別經(jīng)過運(yùn)算放大器A1、A2緩沖后，加到運(yùn)算放大器A3的輸入端進(jìn)行差分放大。具體調(diào)整時，將兩只溫敏三