常用温度传感器

如果热电阻安装的位置与仪表相距较远， 当环境温度变化时，其连接导线电阻也要 变化。为消除连接导线电阻变化带来的测 量误差，测量时采用三线制连接法。除了 三线制接法，另外还有四线制接法，主要 用于精密测量。
(Rt 2r)R2R1R3 R2 R1
Rt 2rR3
(R tr)R 2R 1(R 3r)
R2 R1
铂电阻的特点是耐高温、性能稳定、抗氧化能力 强、电阻率高、材料易于提纯等优点，在国际实 用温标中以铂电阻作为标准。
铂电阻的测量范围为 -200～960℃。 铂电阻价格较贵。
我国工业用铂热电阻有：
R 0 1 0 、 R 0 5 0 、 R 0 1 0 0
它们的分度号分别为 Pt10、Pt50、Pt100， 其中Pt100最常用。
2、特点
用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有如 下特点： 电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大10倍 左右，因此它的灵敏度很高； 结构简单，体积小； 电阻率高，热惯性小，适宜动态测量； 阻值与温度变化呈非线性关系； 稳定性和互换性相对较差
3、结构
热敏电阻结构
MF12型 NTC热敏电阻
Rt R3
二、热电阻材料、结构及参数
1、热电阻材料 对电阻体材料的基本要求：
➢电阻温度系数大----提高灵敏度 ➢电阻率尽可能大----减小电阻尺寸 ➢材料的化学、物理性质稳定----减小误差 ➢材料易于加工----提高工艺性
较为广泛应用的电阻体材料有： 铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜 。
铂热电阻
注意事项：
1、 Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为 10K×298.2μA=2.982V
2、 测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准
图 AD590温度传感器测温原理图
差动放大器输出Vo为 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。
P82 6、7
作业
休息一下
模块2 常用温度传感器
➢导体A因失去电子而带正电，导体 B则因获得电子而带负电，在接触面
处形成电场，该电场的存在阻碍了 电子的继续扩散；
➢当电子扩散达到动态平衡时，就在 接触区形成一个稳定的电位差，即
铜热电阻
➢ 由于铂是贵金属，在测量精度要求不高、温度范围 在-50150℃时普遍采用铜电阻。
➢ 铜电阻的R0常取100Ω、50Ω两种，分度号为 Cu100、Cu50。
➢优点：
铜易于提纯，价格低廉，电阻_____温度特性线性较好； 价格低廉，互换性好，固有电阻小。
➢缺点：
电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长； 机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100℃时，易氧化，稳定性较差。 因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。
塑料封装 热敏电阻
玻璃封装NTC 热敏电阻
MF58型热敏电阻
4、热敏电阻的应用
热敏电阻用于温度补偿
仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度 误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于 温度变化产生的误差。
过热保护 NTC薄膜热敏电阻MF52A
抑制浪涌工作电流
温标是衡量温度的标准尺度，目前国际 上使用较多的是摄氏温标和热力学温标。
二、温度传感器的工作原理
定义：利用各种物质材料的不同物理性质随温 度变化的规律把温度转换为电量的装置。
水银温度计-----热胀冷缩
双金属温度计------两种不同金属在温度改 变时膨胀程度不同
三、温度传感器的分类
用来测量温度的传感器种类种类很多，常 用的有热敏电阻、热电阻、PN结、热电偶以 及为简化测量电路而开发的集成温度传感器。
学习要点
热电偶温度传感器测温原理 热电偶三大定律
模块2 温度传感器的应用
学习要点
热电偶温度传感器测温原理 热电偶三大定律
一、 热电偶传感器的工作原理
➢ 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 ➢ 其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度
快、便于维修、复现性好； ➢ 测温范围广，一般为-270℃～+2800℃； ➢ 直接输出电信号，无测量转换电路。 ➢ 适于远距离测量、自动记录、集中控制。 ➢ 缺点是存在冷端温度补偿问题。
➢当介质流动时，由于介质流动要带走热 量， Rt1所耗散的热量与被测介质的平均 流速成正比。因而Rt1温度下降，引起电阻 下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示， 可用流量或流速标定。
突断型温度传感器
➢ 电热水壶接通电源加热 后，水温逐步上升到100度， 水开始沸腾，蒸汽冲击蒸 汽开关上面的双金属片， 由于热胀冷缩的作用，双 金属片膨胀变形，顶开开 关触点断开电源。 ➢ 如果蒸汽开关失效，壶 内的水会一直烧下去，直 到水被烧干，发热元件温 度急剧上升，位于发热盘 底部的有两个双金属片， 会因为热传导作用温度急 剧上升，膨胀变形，断开 电源。
温度传感器按不同的分类依据分类如下：
（1） 按传感器于被测介质的接触方式：接触式 和非接触式
（2）按物理现象分类 P44 表2-1
（3）按测温范围分类 P44 表2-2
（4）按测温特性分类 P44 表2-3
四.温度传感器的主要发展方向
超高温与超低温传感器 提高温度传感器的精度和可靠性 研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的
温度传感器 发展新型产品 发展适应特殊测温要求的温度传感器 发展数字化、集成化和自动化的温度传感器
2.2 热电阻温度传感器
作用：测量温度及与温度有关的参量。
把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为
热
金属热电阻，可构成热电阻传感器。
电
阻
分 类
把由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻，可构
成热敏电阻传感器，它的灵敏度比前者高十倍以上 。
一、 热电阻的测温原理
热电阻效应：
物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象。
热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特 性来进行温度测量的。
金属的电阻温度系数为正值，如图。
因为：在金属中，载流子为自由电子， 当温度升高时，每个自由电子的动能 将增加，因而在一定的电场作用下， 要使这些杂乱无章的电子作定向运动 就会遇到更大的阻力，导致金属电阻 值随温度的升高而增加 。
五、实验结果记录
室温 40 45
……
80
t(℃)
Vo(V)
……
Rt(Ω)
……
附表：Pt100 铂电阻分度表(t—Rt对应值) Cu50铜电阻分度表(t—Rt对应值)
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模块2 常用温度传感器
学习要点
热敏电阻温度传感器 集成温度传感器
一、热敏电阻传感器
1、定义
半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件，
热电阻的温度特性主要是指热电阻的阻值Rt与温度t 之间的关系，热电阻的电阻值与温度之间呈非线性关 系。
金属的电阻——温度特性曲线
热电阻测量电路作用：将由温度引起的阻值的变化转换成电压信号。
热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻 值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放 大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度， 或经A/D转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集 温度。
2、热电阻的结构 电阻体的结构
➢电阻体由电阻丝和支架组 成。通常铂丝直径在0.03～ 0.07mm之间，可单层绕制， 电阻体可做得很小。
➢铜丝的直径较大，一般为
0.1mm的漆包铜线分层绕 在骨架上，并涂上绝缘漆而 成。
➢铜的机械强度较差，一般用双绕法： 先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两 个端头处于支架的同一端。
冰箱压缩机启动
过电流保护
热敏电阻测温
高低温度范围自动控制电路
家用空调温度检测 智能电饭煲温度检测 其他家用电气产品的温度检测
二、 集成温度传感器
➢ 集成温度传感器则是将晶体管的b-e结作为温度敏感元件， 加上信号放大、调理电路、甚至A/D转换或U/f转换等电 路集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为：
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等
组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属
护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。
热电阻两线测量桥路:热电阻的两 端各引出一根导线与指示仪表连接， 称为二线制接法，二线制接法仅适 用于热电阻与指示仪表距离较近、 连接导线较短或精度不高的场合。
AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电 流型集成温度传感器。
这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。 该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电 源波动的特性。即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在 1μA以下作微小变化，一般用于高精度温度测量电路， 其封装形式有三种：
它是用电阻值随温度而显著变化的半导体电阻制成的。通常
采用重金属氧化物锰、钛、钴等材料，在高温下烧结混合而
成。
107
1
4
热 正温度系数热敏电阻（PTC）
敏
电 阻
负温度系数热敏电阻（NTC）
分
类 突变型(又称临界温度型，
3
2
0
100 200
英文缩写CTR) 表2-4
各种热敏电阻的特性曲线 1—突变型NTC 2—负温度NTC 3—线形型PTC 4—突变型PTC
热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零
冷热端温度相等时，回路中不产生热电势
热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零
2、接触电动势
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生 自由电子的扩散形成的电动势 。
接触电动势的形成过程:
➢由于两导体自由电子密度不同而发 生电子扩散现象；