第12章-熱電式傳感器

第12章熱電式傳感器12.1熱電偶傳感器12.2金屬電阻測溫傳感器12.3半導(dǎo)體溫度傳感器1概述

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的特點：傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量。由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點是：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。溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。2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。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點外，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態(tài)溫度的測量。熱電偶溫度傳感器熱電偶的工作原理熱電偶基本定律熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)冷端處理及補償熱電偶測溫電路3

12.1熱電偶一、熱電偶測溫原理*熱電效應(yīng)（ThermoelectricEffect

）：兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端41.接觸電勢接觸電勢原理圖+ABNAT>NBTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點在溫度T

時形成的接觸電動勢；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B

自由的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低、導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。5AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0——高低端的絕對溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電動勢，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢溫差電勢原理圖6

熱電偶回路熱電偶回路中，所產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成：接觸電勢和溫差電勢。7接觸電勢(Peltier電勢)

：接觸電勢的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點的溫度。兩接點的接觸電勢eAB(T)和eAB(T0)可表示為含義：由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。8含義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。溫差電勢eA(T,T0)和eB(T,T0)可表示為溫差電勢(Thomson—湯姆遜電勢)

：9熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢：

eAB(T,T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0)

eAB(T,T0)=[eAB(T)－eAB(T0)]－[eA(T,T0)＋eB(T,T0)] T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢10*討論：熱電勢取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸無關(guān)；兩熱電極A、B相同時，總電動勢為0；兩接點溫度T、T0相同時，總電動勢為0；對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即可見：只要測出eAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理。eAB(T,T0)=F(T)－F(T0)

eAB(T,T0)=F(T)－c→

熱電偶測溫原理

eAB(T,T0)11在工程應(yīng)用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：eAB(T,T0)=F(T)-F(T0)=[F(T)-F(0)]-[F(T)-F(T0)]=eAB(T，0)-eAB(T0，0)熱電偶的熱電勢等于兩端溫度分別為T和零度以及T0和零度的熱電勢之差。3.回路總電勢eAB(T,T0)=F(T)－F(0)

→

熱電偶測溫原理

123.回路總電勢13熱電偶測溫系統(tǒng)簡圖14接觸電勢>>溫差電勢，熱電偶的熱電勢可表示為：

eAB(T,T0)=eAB(T)－eAB(T0)

eAB(T,T0)=eAB(T)－eAB(T0)＋eB(T,T0)－eA(T,T0) 回路總電勢15二、熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定律由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小只與兩種材料及兩接點溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。16在熱電偶測溫回路內(nèi)，接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體時，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。2、*中間導(dǎo)體定律（如何在熱電偶回路中接入導(dǎo)線和儀表？）應(yīng)用：利用熱電偶進行測溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，但是接入導(dǎo)線和儀表后不會影響回路中的熱電勢。eABC(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)由于，當

t=t0時，eBC(t0)+eCA(t0)=-eAB(t0)則

eABC(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t,t0)17具有第三種導(dǎo)體的熱電偶回路（中間導(dǎo)體定律）eABC(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t,t0)eABC(t,t0,t1)=?18兩點結(jié)論：

l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，則圖a中的A、C接點2與C、A的接點3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢不變。2)同理，圖b中C、A接點2與C、B的接點3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也不變。T2T1AaBC23EABaA(a)T0T023ABEABT1T2C(b)T0T0第三種材料接入熱電偶回路圖19ET0T0TET0T1T1T電位計接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。

203、*中間溫度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢eAB(t，tc)和eAB(tc，t0)的代數(shù)和，即eAB(t,0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,0)21中間溫度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)22

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEAB(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB4標準電極定律如果任意兩種導(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：23

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實驗室用可更細些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點：材料性能穩(wěn)定，測量準確度較高；可做成標準熱電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護套管。材料屬貴金屬，成本較高，熱電勢較弱。常用熱電偶24

2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實驗室用可細些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。

特點：價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有SO2，H2S等氣體中易被侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如

鉑銠鉑熱電偶。

253．鎳鉻—康銅熱電偶(E型)工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實驗室用可更細些。正極：鎳鉻合金負極：康銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點：價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用?？点~易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。

264．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達1800℃。

特點：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫熱電勢極小，冷端溫度在50℃以下可不加補償。成本高。27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2000℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫熱電偶，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）鈀—鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時的熱電勢為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。28

熱電偶的分度表

（如何根據(jù)測得的熱電勢求被測溫度？）不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實驗的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即熱電偶的分度表。供查閱使用，每10℃分檔。中間值按內(nèi)插法計算。*熱電偶分度表是以冷端溫度0℃作為基準進行分度的。29S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表30為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件，熱電偶的封裝形式有：普通型熱電偶鎧裝型熱電偶薄膜型熱電偶三、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式311、普通型熱電偶123432普通型熱電偶外形安裝螺紋33優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快；機械強度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。2、鎧裝型熱電偶(a)(b)(c)(d)

13234鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）353、薄膜熱電偶特點：熱接點可以做得很小（μm），具有熱容量小、反應(yīng)速度快（μs）等特點，理想的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。36五、熱電偶的補償導(dǎo)線及冷端溫度的補償方法（可以用測得熱電勢EAB(t,t0)直接查熱電偶分度表嗎？）當熱端溫度為t時，分度表所對應(yīng)的熱電勢EAB(t,0)與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢EAB(t,t0)之間關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0，0)

可見，EAB(t0,0)是冷端溫度t0的函數(shù)，測量時要保證冷端溫度不變，因此需要對熱電偶冷端溫度進行補償。37熱電偶一般做得較短，一般為350～2000mm。1、熱電偶補償導(dǎo)線法（如何將冷端引到溫度穩(wěn)定的控制室？）

解決辦法：工程中采用一種補償導(dǎo)線。在0～100℃溫度范圍內(nèi)，要求新的冷端溫度恒定。38補償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護層39在實驗室及精密測量中，通常把冷端放入0℃恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持0℃。這是一種理想的補償方法，但工業(yè)中使用極為不便。2、冷端0℃恒溫法（冰浴法）（如何利用測量得到的熱電勢直接查分度表，以得到被測溫度？）

mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液T040設(shè)冷端為0

C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度tx

。41K熱電偶的

分度表42當冷端溫度t0不等于0℃，需要對熱電偶回路的測量電勢值EAB（t,t0）加以修正。根據(jù)中間溫度定律得到：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)3、*冷端溫度修正法（如果冷端溫度不是0℃，如何利用測量的熱電勢得到被測溫度？）

43例：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：①查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得

EAB（30,0）=1.203mV。②EAB（t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV③查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.8℃。

44454、*冷端溫度自動補償法（補償電橋法）（如果冷端溫度發(fā)生變化，如何處理？）若冷端溫度t0上升(0—40℃)：t0－＋ABR1RcuR2R3tE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。46熱電偶典型測溫線路普通測溫線路；(b)帶有補償器的測溫線路；(c)具有溫度變送器的測溫線路；(d)具有一體化溫度變送器的測溫線路六、熱電偶測溫電路測量某一點的溫度47測量多點溫度48熱電偶串、并聯(lián)線路：特殊情況下，熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)使用，但只能是同一分度號的熱電偶，且冷端應(yīng)在同一溫度下。如熱電偶正向串聯(lián)，可獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度；在測量兩點溫差時，可采用熱電偶反向串聯(lián)；利用熱電偶并聯(lián)可以測量平均溫度。49測量兩點間溫度差（反向串聯(lián)）50測量平均溫度：（并聯(lián)或正向串聯(lián)）

特點：當有一只熱電偶燒斷時，難以覺察出來。當然，它也不會中斷整個測溫系統(tǒng)的工作。優(yōu)點：熱電動勢大（

E1+E2+E3）,儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點：只要有一支熱電偶斷路，整個測溫系統(tǒng)將停止工作。51

12.2熱電阻傳感器

熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻(金屬熱電阻)、熱敏電阻(半導(dǎo)體熱電阻)。熱電阻廣泛用來測量－200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃。標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國際溫標的標準儀器。

52熱電阻的結(jié)構(gòu)

53熱電阻傳感器熱電阻傳感器的組成：由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成。54一、常用熱電阻對用于制造熱電阻材料的要求：具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率；

R-t關(guān)系最好成線性；物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；提純、壓延、復(fù)制性等工藝性好。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。551、鉑熱電阻鉑熱電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標準，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200～630.755℃。

在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)

Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3］

在0～630.755℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0(1+At+Bt2)目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=46Ω,R0=100Ω和R0=300Ω種，它們的分度號分別為Pt50,Pt100，Pt300，其中以Pt100為常用。56鉑電阻分度表572、銅熱電阻在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，可采用銅熱電阻進行測溫，它的測量范圍為-50～150℃。銅熱電阻在測量范圍（-50～150℃

）內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為Rt=R0[1+α（t-t0）]α—熱電阻溫度系數(shù)銅熱電阻兩種分度號：Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。

58銅熱電阻的分度表分度號：Cu50

溫度/℃0102030405060708090電阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.1359一、基本參數(shù)：

1.標稱電阻值R25(Ω)熱敏電阻在25℃時的值，值的大小由熱敏電阻材料和幾何尺寸決定。2.電阻溫度系數(shù)指熱敏電阻的溫度變化1℃時，其阻值變化率與阻值之比。即：60用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋電路（？）。熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。熱電阻傳感器的測量電路61內(nèi)部引線方式62兩線制這種引線方式簡單、費用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會帶來附加誤差。兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。63電橋電路RTR5R6R3En+－+－U2(a)(b)EnAR1R2R4R3+

－64三線制用于工業(yè)測量，較高精度65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，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。了解熱敏電阻的特點、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。

半導(dǎo)體熱敏電阻溫度傳感器66（一）熱敏電阻的特點

1．電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬有正、負溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好

可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。

3．阻值在1～10M之間可供自由選擇

使用時，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補償，所以適合于遠距離測溫和控溫使用。

一、熱敏電阻的特點與分類67

4．穩(wěn)定性好近年在材料與工藝上不斷得到改進。據(jù)報道，在0.01℃的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達0.0002℃的精度。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。

燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝，故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點。

5．原料資源豐富，價格低廉68熱敏電阻材料的分類（1）大分類小分類代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體

、無缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體

、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧化物燒結(jié)體、還原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物濺射SiC薄膜玻璃Ge

、Fe、V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、（As2Se3）0.8、（Sb2SeI）0.2有機物芳香族化合物聚酰亞釉表面活性添加劑液體電解質(zhì)溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系69熱敏電阻材料的分類（2）PTC無機物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3燒結(jié)體有機物石墨系有機物石墨、塑料石臘、聚乙烯、石墨液體三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR

V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3單晶V、P、（Ba·Sr）氧化物Ag2S–CuS大分類小分類代表例子70熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為：

1．正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）

電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱PTC熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。

2．負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）

電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱NTC熱敏電阻器。它的材料主要是一些金屬氧化物（銅、鐵、鋁、錳等）半導(dǎo)體陶瓷。

3．臨界型溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR

該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個數(shù)量級，即具有很大溫度系數(shù)。其主要材料是VO2（二氧化釩），并添加一些金屬氧化物。

（二）熱敏電阻的分類

71（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

1234鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；

3-4PTC三、熱敏電阻器主要特性ρT—T與RT—T特性曲線一致。72

RT、RT0——溫度為T、T0時熱敏電阻器的電阻值；

B——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450℃），都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗公式。

1負電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性NTC的電阻—溫度關(guān)系的一般經(jīng)驗公式為：材料的不同或配方的比例和方法不同，則B也不同。732.正電阻溫度系數(shù)（PTC)熱敏電阻器的電阻—溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，典型特性曲線如圖10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩPTC熱敏電阻器的電阻—溫度曲線T/oC電阻/ΩTp1Tp2Tc=175oC74

PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻—溫度曲線上有兩個拐點：Tp1和Tp2。當溫度低于Tp1時，溫度靈敏度低；當溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當溫度升到Tp2時，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的溫度系數(shù)αtp

。實驗證實：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻—溫度特性可近似用下面的實驗公式表示：式中RT、RT0——溫度分別為T、T0時的電阻值；

BP——正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。75熱敏電阻一般做成二端器件，但也有構(gòu)成三端或四端的。二端和三端器件為直熱式，即直接由電路中獲得功率。四端器件則是旁熱式的。根據(jù)不同的要求，可以把熱電阻做成不同的形狀結(jié)構(gòu)。

測溫用的熱敏電阻器

1各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)76(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)65432112D0.2~0.5A型B型(j)溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭

1—熱敏電阻；2—鉑絲；3—銀焊；4—釷鎂絲；5—絕緣柱；6—玻璃

測溫用的熱敏電阻器各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)772、

測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法

圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)油測量物體表面溫度時熱敏電阻器的安裝方式78三半導(dǎo)體溫度傳感器１、二極管溫度傳感器２、三極管溫度傳感器３、集成溫度傳感器半導(dǎo)體ＰＮ結(jié)溫度傳感器是利用晶體二極管或三極管ＰＮ結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的原理工作的。具有較好的線性度、尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高，測溫范圍為－５０℃——+１５０℃。793.1二極管溫度傳感器基本原理：

利用PN結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系而制成的固態(tài)傳感器。即：803.2三極管溫度傳感器基本原理：

NPN晶體管在集電極電流恒定時，基極和發(fā)射極間的電壓隨著溫度變化而變化，其伏安特性與溫度之間，即：式中：

Eg——禁帶寬度；

k——與基極偏壓有關(guān)的常數(shù)；

γ——溫度特性常數(shù)；

Ic——集電極電流。

81集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個晶體管基極—發(fā)射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認為與溫度呈單值線性關(guān)系。3.3集成溫度傳感器82一、AD590集成溫度傳感器

AD590是一種電流輸出型的集成溫度傳感器，電源電壓的變化對其電流的影響很小，并且電流隨溫度線性變化；

二、分類：（按輸出信號分）

電壓型：它可以當作是一種輸出電流與溫度成正比的恒流源;

溫度系數(shù)約10mV/℃，與絕對溫度呈線性關(guān)系；電流型：若測量電路串接電阻，就可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓;

溫度系數(shù)約1uA/℃，與絕對溫度呈線性關(guān)系；83

集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器代表性器件：AD590的主要參數(shù)（二端器件）靜態(tài)輸出：+25°C(298.2K)298.2μA（+25°CandVS=+5V）測溫范圍：–55～+150°C

動態(tài)輸出：1μA/K（+25°CandVS=+5V）工作電壓：+4Vto+30V.

特點：特別適合遠距離測溫！AD590的封裝、符號及典型應(yīng)用但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R，使VT=273.2mV?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調(diào)整電位器,使VT=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整可保證在0℃或25℃附近有較高精度。K84三、特性：（以AD590為例）

①伏-安特性：如下圖所示，U是作用于AD590兩端的電壓，I是AD590中的電流。當U＝4～30V時，AD590是一個溫控恒流源，在電路中以理想的恒流源符號表示。電流I與溫度t成正比；即：4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲線-55℃+25℃+150℃21829842385②溫度特性：如下圖所示：在－55℃～＋150℃溫度范圍內(nèi)，有較好的線性度，非線性誤差因傳感器檔次而異；電流與溫度的關(guān)系式為：It(℃)0273.2uA－55℃＋150℃86③非線性曲線：如下圖所示：在－55℃～＋100℃溫度范圍內(nèi)，ΔT遞增；在100℃～150℃溫度范圍內(nèi)，ΔT遞減；不同檔次的AD590誤差ΔT不同：

I檔ΔT<±3℃；M檔ΔT<±0.3℃；其余介于二者之間；ΔTt(℃)0＋0.8℃－55℃＋150℃－0.8℃＋100℃在實際應(yīng)用中，ΔT通過硬件或軟件進行補償校正，使測溫精度達±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。當電源電壓由＋5V向＋10V變化時，其電流變化僅為0.2μA/V。長時間漂移最大為±0.1℃，反向基極漏電流小于10pA。AD590非線性誤差曲線87四、AD590特點：

①線性電流輸出，正比于絕對溫度②測溫范圍：－55℃～＋150℃③高精度；④電源范圍寬；⑤非線性誤差?。篈D590M的滿量程誤差<±0.3℃五、AD590應(yīng)用：

一個簡單的測溫電路如下：88串聯(lián)、并聯(lián)使用：串聯(lián)測最低溫度；并聯(lián)測平均溫度溫度控制：溫度檢測：AD590的應(yīng)用89（一）長傳輸線的溫度測量在實際中，可使用AD590進行深井長線傳輸側(cè)溫，并能對測溫曲線的非線性誤差進行校正。用AD590為測溫傳感器，傳輸電纜可達1000m以上，主要是因AD590本身具有恒流、高阻抗輸出特性，輸出阻抗達10MΩ。1000m的銅質(zhì)電纜。其直流阻值約為15