第三章温度传感器
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温度传感器原理
一、温度传感器热电阻的应用原理温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
它的主要特点是测量精度高，性能稳定。
其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1．温度传感器热电阻测温原理及材料温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。
2．温度传感器热电阻的结构（1）精通型温度传感器热电阻工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11。
从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节.（2）铠装温度传感器热电阻铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。
与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面温度传感器热电阻端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。
它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
（4）隔爆型温度传感器热电阻隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。
隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
高中物理第三章传感器2温度传感器和光传感器课件教科版选修3
(2)烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射 到光电三极管上,其电阻变小。与传感器连接的电路检 测出这种变化,就会发出警报。
【特别提醒】 (1)热敏电阻随温度的升高,电阻有可能减小,也有可能 增大。 (2)并非所有半导体材料都可以当成光敏电阻或热敏电 阻使用。
【过关训练】 1.如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行 人监控装置,R1为光敏电阻、R2为定值电阻,A、B接监 控装置。则 ( )
【素养解读】
核心 素养 素养 角度
素养任务
科学 问题 利用图像探究热敏电阻与温度的关 探究 解释 系
科学 科学 根据闭合电路欧姆定律分析求出温 思维 推理 度的数值
【核心归纳】 1.探究热敏电阻: (1)实验器材:热敏电阻、多用电表、 铁架台、烧杯、冷水、热水、导线等。 (2)实验步骤: ①按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。
答案:见正确解答
【核心归纳】 1.探究光敏电阻的特性: (1)实验器材:电压直流电源、滑动变阻器、小灯泡、 多用电表、光敏电阻、导线、黑纸。
(2)实验步骤: ①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如 图所示电路连接好,并将多用电表置于“×100”挡。
②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记 录数据。 ③打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐 渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。 ④用黑纸遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并 记录。
二、光传感器 1.作用:光传感器是转换_光__信__号__的传感器。 2.原理:有些金属或半导体材料,在电路中受到光照时, 产生_电__流__或_电__压__,实现光信号向电信号的转化。 3.应用:_自__动__门__、光电式烟尘浓度计、光电式转速 表。
《温度传感器》课件
04
温度传感器的选型与使用注意事项
温度传感器的选型原则
根据测量范围选择
根据所需测量的温度范围选择合 适的温度传感器，如热电偶适用 于高温测量，而热敏电阻则适用
于中低温测量。
根据精度要求选择
根据测量精度要求选择合适的温度 传感器，如高精度测量需要使用热 电偶或热电阻等高精度温度传感器 。
根据环境因素选择
温度传感器的分类
总结词：种类介绍
详细描述：温度传感器有多种类型，常见的有热电阻、热电偶、集成温度传感器等。不同类型的温度传感器有不同的特点和 适用范围。
温度传感器的工作原理
总结词：工作机制
详细描述：温度传感器的工作原理基于热电效应、热电阻效应等物理效应，通过感知物体温度变化产 生的物理量变化，转换为电信号输出。
02
常见温度传感器介绍
热电阻型温度传感器
总结词
基于热电阻原理，通过测量电阻值变化来感知温度变化。
详细描述
热电阻型温度传感器利用金属导体随温度变化的电阻值来测 量温度。常见的热电阻材料有铜、镍、铂等，其中铂电阻精 度高，稳定性好，广泛应用于工业和科研领域。
热电偶型温度传感器
总结词
基于热电效应原理，通过测量热电势来反映温度变化。
农业与园艺领域
总结词
农业与园艺领域中，温度传感器对于作物生长、动物 养殖和农业设施的运行具有重要意义。
详细描述
在农业领域，温度传感器可以监测温室、畜禽舍、渔塘 等场所的温度变化，帮助养殖户和农民及时调整环境温 度，保证动植物的正常生长和生产效益。在园艺领域， 温度传感器可以用于监测植物生长环境的温度变化，如 花房、植物培养室等场所的温度控制，促进植物健康生 长和提高园艺产品的品质。此外，温度传感器还可以用 于农业设施的温度监测和控制，如农业机械、灌溉系统 等设备的运行状态和温度管理。
第三章 传感器
第三章常用的传感器§3.1传感器的分类一、传感器的定义通俗的讲，传感器就是将被测信息转换成某种信号的器件。
也就是将被测物理量转换成于之相对应的、容易检测、传输或处理的信号的装置，称之为传感器。
传感器通常直接作用于被测量。
传感器是对信号进行感受与传送的装置，它是测试装置的输入环节，因此传感器的性能直接影响着整个测试装置的工作可靠性。
近来，随着测量、控制及信息技术的发展，传感器作为这个领域内的一个重要构成因素，被视为90年代的重要技术之一受到了普遍的重视。
深入研究传感器的原理和应用，研制新型传感器，对于社会生产、科学技术和日常生活中的自动测量和自动控制的发展，以及在科学技术领域里实现现代化都有重要意义。
二、传感器的组成传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路三个主要部分组成，有时还加上辅助电源。
通常可用图表示如下：图4-1 传感器的组成由于其用途的不同或是结构原理的不同，其繁简程度相差很大。
因此，传感器的组成将依不同情况而有差异。
敏感元件——传感器的核心，它直接感受被测量（一般为非电量）并转换成信号形成，即输出与被测量成确定关系的其它量的元件，如膜片、热电偶，波纹管等。
传感元件——又称变换器，是传感器的重要组成部分。
传感元件可以直接感受被测量（一般为非电量）而输出与被测量成确定关系的电量。
如热电偶和热敏电阻等。
传感元件也可以不只感受被测量，而只是感受与被测两或确定关系的其它非电量；如应变式压力传感器的电阻片，并不直接感受压力，只是感受与被测压力成确定关系的应变，然后输出电量，在多数情况下，使用的就是这种传感元件。
测量电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路。
测量电路视传感元件的类型而定。
三、传感器的分类在生产和科研中应用的传感器种类很多，一种被测量有时可以用集中传感器来测量，用一种传感器往往可以测量多种物理量。
为了对传感器有一个概括的认识，对传感器进行研究是很必要的。
温度传感器原理课件
温度传感器原理课件
• 温度传感器概述 • 电阻式温度传感器 • 热电偶温度传感器 • 红外温度传感器 • 比较与选择策略 • 实验与案例分析 • 总结与展望
01
温度传感器概述
定义与分类
定义
温度传感器是一种将温度变量转 换为可输出信号的传感器，用于 测量物体或环境的温度。
分类
按照测量方式可分为接触式和非 接触式；按照工作原理可分为热 电偶、热电阻、半导体温度传感 器等。
讨论多功能传感器融合技术的发展趋势， 如温度、湿度、光照等传感器融合技术在 环境监测等领域的应用。
THANKS
感谢观看
05
比较与选择策略
不同类型传感器之间比较
热电偶传感器 利用热电效应测量温度，具有测量范围广、精度高的特点， 但响应速度较慢，且易受电磁干扰影响。
热电阻传感器 利用材料电阻随温度变化的特性测量温度，具有较高的精 度和稳定性，但线性度较差，需进行非线性补偿。
红外温度传感器 通过测量目标物体发射的红外辐射来测量温度，具有非接 触式测量、响应速度快、抗干扰能力强的优点，但受环境 因素影响较大，精度相对较低。
优缺点分析
优点
热电偶温度传感器具有测量范围宽（-270~+2000℃）、精度高、稳定性好、响应时间快等优点。此 外，热电偶结构简单，制造方便，成本较低。
缺点
热电偶的冷端补偿问题会影响测量精度。同时，热电偶对连接线的材质和长度有一定要求，否则会产 生附加误差。此外，热电偶的长期稳定性和复现性较差。
04
02
电阻式温度传感器
Байду номын сангаас
原理与结构
原理
利用物质电阻随温度变化的特性进行 测量。温度升高时，电阻值增加；温 度降低时，电阻值减小。
• 温度传感器概述 • 电阻式温度传感器 • 热电偶温度传感器 • 红外温度传感器 • 比较与选择策略 • 实验与案例分析 • 总结与展望
01
温度传感器概述
定义与分类
定义
温度传感器是一种将温度变量转 换为可输出信号的传感器，用于 测量物体或环境的温度。
分类
按照测量方式可分为接触式和非 接触式；按照工作原理可分为热 电偶、热电阻、半导体温度传感 器等。
讨论多功能传感器融合技术的发展趋势， 如温度、湿度、光照等传感器融合技术在 环境监测等领域的应用。
THANKS
感谢观看
05
比较与选择策略
不同类型传感器之间比较
热电偶传感器 利用热电效应测量温度，具有测量范围广、精度高的特点， 但响应速度较慢，且易受电磁干扰影响。
热电阻传感器 利用材料电阻随温度变化的特性测量温度，具有较高的精 度和稳定性，但线性度较差，需进行非线性补偿。
红外温度传感器 通过测量目标物体发射的红外辐射来测量温度，具有非接 触式测量、响应速度快、抗干扰能力强的优点，但受环境 因素影响较大，精度相对较低。
优缺点分析
优点
热电偶温度传感器具有测量范围宽（-270~+2000℃）、精度高、稳定性好、响应时间快等优点。此 外，热电偶结构简单，制造方便，成本较低。
缺点
热电偶的冷端补偿问题会影响测量精度。同时，热电偶对连接线的材质和长度有一定要求，否则会产 生附加误差。此外，热电偶的长期稳定性和复现性较差。
04
02
电阻式温度传感器
Байду номын сангаас
原理与结构
原理
利用物质电阻随温度变化的特性进行 测量。温度升高时，电阻值增加；温 度降低时，电阻值减小。
传感器原理温度传感器资料课件
IC温度传感器
总结词
集成度高，精度高，稳定性好。
详细描述
IC温度传感器是一种集成化的温度传感器，利用半导体材料的热敏特性实现温度测量。具有集成度高、精度高、 稳定性好、体积小等优点，广泛应用于各种电子设备和系统中。
04 温度传感器应用
温度传感器在家用电器中的应用
01
02
03
冰箱
温度传感器用于检测和控 制冰箱内的温度，确保食 物的保鲜效果。
车辆安全系统
温度传感器用于检测车辆 周围的环境温度，为车辆 的安全系统提供参考数据 。
温度传感器在环境监测中的应用
大气环境监测
温度传感器用于监测大气温度，帮助 气象部门预测天气变化。
水质监测
土壤温度监测
温度传感器用于监测土壤温度，帮助 农业部门了解土壤状况，指导农业生 产。
温度传感器可以检测水体的温度，为 环境保护部门提供水质监测数据。
详细描述
热电阻温度传感器利用导体电阻随温度变化的原理，将温度 变化转换为电阻值的变化，具有测量精度高、稳定性好、输 出信号大等优点，常用于工业和医疗领域的温度测量。
热敏电阻温度传感器
总结词
基于半导体的热敏特性，响应速度快，测量精度高。
详细描述
热敏电阻温度传感器利用半导体的热敏特性，将温度变化转换为电阻值的变化， 具有响应速度快、测量精度高、体积小等优点，常用于电子设备和家用电器中的 温度检测。
03 常见温度传感器介绍
热电偶温度传感器
总结词
基于热电效应原理，测量温度范围广，稳定性好。
详细描述
热电偶温度传感器利用热电效应原理，将温度变化转换为电信号，具有测量范 围广、稳定性好、输出信号强等优点，常用于工业和科研领域的高温测量。
小学信息技术第三册传感器1选修教案苏科版
教学反思
在上完这节课后，我对教学过程进行了深入的反思。首先，我发现学生们对传感器这一新技术表现出浓厚的兴趣。在导入新课环节，通过让学生分享生活中见到的传感器应用，成功激发了他们的好奇心。这一点让我深感欣慰，也说明贴近生活的教学方式能更好地吸引学生的注意力。
然而，在讲解光敏传感器和温度传感器的原理时，我发现部分学生对这些抽象概念的理解存在困难。为此，我及时调整了教学方法，通过展示实物和具体实例，让学生更直观地理解传感器的工作原理。在今后的教学中，我还需要继续探索更多有效的教学策略，帮助学生克服学习难点。
1.采用更多贴近生活的实例，帮助学生理解抽象概念。
2.加强对学生团队合作能力的培养，提高实践操作环节的教学效果。
3.注重课后作业的布置与检查，提高学生的自主学习能力。
4.优化板书设计，使之更加简洁明了，同时注重艺术性和趣味性。
重点题型整理
1.题目：简述光敏传感器的工作原理。
答案：光敏传感器的工作原理是利用光敏元件（如光敏电阻、光敏二极管等）的电阻或电流随光照强度变化而变化的特性。当光照强度增加时，光敏元件的电阻减小，电流增大；反之，光照强度减小时，光敏元件的电阻增大，电流减小。
4.结合生活实例，探讨传感器在现实生活中的应用。
依据苏科版教材，我们将重点学习以下章节：
1.第三章第二节：光敏传感器。
2.第三章第三节：温度传感器。
核心素养目标分析
本节课的核心素养目标主要包括以下方面：
1.信息素养：培养学生理解传感器信息采集的基本原理，学会运用传感器技术获取、处理和分析信息，提高解决问题的能力。
-在板书旁边绘制简单的传感器示意图，增强直观性。
-设计有趣的互动环节，如让学生在黑板上画出自己设计的传感器应用，并标注关键部件。
在上完这节课后，我对教学过程进行了深入的反思。首先，我发现学生们对传感器这一新技术表现出浓厚的兴趣。在导入新课环节，通过让学生分享生活中见到的传感器应用，成功激发了他们的好奇心。这一点让我深感欣慰，也说明贴近生活的教学方式能更好地吸引学生的注意力。
然而，在讲解光敏传感器和温度传感器的原理时，我发现部分学生对这些抽象概念的理解存在困难。为此，我及时调整了教学方法，通过展示实物和具体实例，让学生更直观地理解传感器的工作原理。在今后的教学中，我还需要继续探索更多有效的教学策略，帮助学生克服学习难点。
1.采用更多贴近生活的实例，帮助学生理解抽象概念。
2.加强对学生团队合作能力的培养，提高实践操作环节的教学效果。
3.注重课后作业的布置与检查，提高学生的自主学习能力。
4.优化板书设计，使之更加简洁明了，同时注重艺术性和趣味性。
重点题型整理
1.题目：简述光敏传感器的工作原理。
答案：光敏传感器的工作原理是利用光敏元件（如光敏电阻、光敏二极管等）的电阻或电流随光照强度变化而变化的特性。当光照强度增加时，光敏元件的电阻减小，电流增大；反之，光照强度减小时，光敏元件的电阻增大，电流减小。
4.结合生活实例，探讨传感器在现实生活中的应用。
依据苏科版教材，我们将重点学习以下章节：
1.第三章第二节：光敏传感器。
2.第三章第三节：温度传感器。
核心素养目标分析
本节课的核心素养目标主要包括以下方面：
1.信息素养：培养学生理解传感器信息采集的基本原理，学会运用传感器技术获取、处理和分析信息，提高解决问题的能力。
-在板书旁边绘制简单的传感器示意图，增强直观性。
-设计有趣的互动环节，如让学生在黑板上画出自己设计的传感器应用，并标注关键部件。
温度传感器 ppt课件
无危险性，无公害等。
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3.5.1 温度传感器概述
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3. 温度传感器的种类及特点
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度 测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度， 特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方 式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够 大。
非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线， 从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度 却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象 的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。
n= 5/9 (m-32) ℃
几种温标的对比
正常体温 为37 C ， 相当于华 氏温度多 少度？
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3.5.1 温度传感器概述
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二、温度传感器的特Байду номын сангаас与分类 1 温度传感器的物理原理
随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； 蒸气压的温度变化； 电极的温度变化 热电偶产生的电动势； 光电效应 热电效应 介电常数、导磁率的温度变化； 物质的变色、融解； 强性振动温度变化； 热放射； 热噪声。
完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点为
273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全
确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。
3.5.1 温度传感器概述
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2．国际实用温标
为解决国际上温度标准的统一及实用，经协商决定，建立一种既 能体现热力学温度又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温 标International Practical Temperature Scale of 1968(简称 IPTS-68)，又称国际温标。
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11
体积热膨胀
物 理 现 象
1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计 3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计 5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
电阻变化 温差电现象
导磁率变化 电容变化 压电效应
铂测温电阻、热敏电阻 热电偶
1． 热铁氧体 2． Fe-Ni-Cu合金
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器 超声波温度计 示温涂料 液晶 半导体二极管 晶体管半导体集成电路温度传感器 可控硅 辐射温度传感器 光学高温计
接触式温度传感器特点：传感器直接与被测物体接触进 行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低 了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量 精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的 前提条件是被测物体的热容量要足够大。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出 红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成 本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸 收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等。
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（－）接触式温度传感器
1．常用热电阻 范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连 续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。 2．管缆热电阻 测温范围为-20～＋500℃，最高上限 为1000℃，精度为0.5级。
3．陶瓷热电阻 测量范围为–200～+500℃，精度为0.3、 0.15级。 4．超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量–268.8～ 253℃-272.9～272.99℃的温度。 5．热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合 使用。经济性好、价格便宜。
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（三）温度传感器的主要发展方向
1. 超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和–250℃以 下的温度传感器。 2. 提高温度传感器的精度和可靠性。 3. 研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传 感器。 4. 发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻； 发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜 铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵 敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。 5. 发展适应特殊测温要求的温度传感器。 6. 发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。
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（二）非接触式温度传感器
l．辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四种： 光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。 2．光谱高温计 前苏联研制的YCI—I型自动测温通用 光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,是采用电子化自 动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。 3．超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右) ，方向性强。目前国外有可测到5000℉的产品。 4．激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度 测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测 很高的温度，精度为1％。美国麻省理工学院正在研制 一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚 变研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器 可测几千开(K)的高温。
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第二节 热电偶温度传感器
温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最 普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围 宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远 传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、 测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于 快速及动态温度的测量。
★热电偶的工作原理 ★热电偶回路的性质 ★热电偶的常用材料与结构 ★冷端处理及补偿 ★热电偶的选择、安装使用和校验
7
3．摄氏温标Celsius temperature scale
是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气 压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等 份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，℃)，一般用小写 字母t表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系： t=T-273.15 ℃
温度传感器分类()
分类 特 征 传 感 器 名 称
测 温
线性型
测温电阻器、晶体管、热电偶 测温范围宽 半导体集成电路传感器、 可控硅、石英晶体振动器、 输出小 压力式温度计、玻璃制温度计 测温范围窄 输出大 特定温度 输出大
特 指数型 性 函数
开关型 特性
热敏电阻
感温铁氧体、双金属温度计
14
温度传感器分类(3)
15
绝对值 测定用
此外，还有微波测温温度传感器、噪声 测温温度传感器、温度图测温温度传感器、 热流计、射流测温计、核磁共振测温计、 穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温 计、低温超导转换测温计、光纤温度传感 器等。这些温度传感器有的已获得应用， 有的尚在研制中。
16
三、温度传感器的发展概况
公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年 后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现 代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电 阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。 1950年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最 近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆 续研制出各种类型的温度传感器。 接触式温度传感器 非接触式温度传感器
■理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算， 热电偶冷端补偿原因及补偿方法
■掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合 ■掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特 点、工作原理和使用方法
■了解其他温度传感器工作原理
2
第一节 概 论
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度是与人类生活息息相关的物理量。 温度检测始于2000多年前。 工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门 都与温度有着密切的关系。
第三章 温度传感器
CH3 Temperature Sensor
概 论conspectus/summarize 热电偶温度传感器thermocouple 热敏电阻温度传感器thermistor IC温度传感器integrate circuit 其他温度传感器
1
学习要点
■了解温度传感器的作用、地位、分类和发展趋势
T1 Q1 T2 Q2
Q1——热源给予热机的传热量
Q2——热机传给冷源的传热量
如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的 传热量来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选 定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一度， 这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。
5
2．国际实用温标
International Practical Temperature Scale
为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上 协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一 定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，即国际 实用温标 (简称IPTS-68)，又称国际温标。 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度， 用t表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三 相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固 态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三 相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。 注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温 度间隔1K=1℃。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出0.01 K。
热力学温标thermodynamic temperature scale 国际实用温标International practical temperature scale 摄氏温标 Celsius temperature scale 华氏温标Fahrenheit temperature scale
12
超声波传播速度变化 物质 颜色 P–N结电动势 晶体管特性变化 可控硅动作特性变化 热、光辐射
种 类
温度传感器分类(1)
分 类 超高温用 传感器 高温用 传感器 中高温用 传感器 中温用 传感器 低温用 传感器 极低温用 传感器 特 征 传 感 器 名 称 光学高温计、辐射传感器 1500℃以上
分 类
温度 标准用 特 征 测定精度 ±0.1～ ±0.5℃ 测定精度 ±0.5～ ±5℃ 传 感 器 名 称 铂测温电阻、石英晶体振动 器、玻璃制温度计、气体温 度计、光学高温计
测 定 精
热电偶、测温电阻器、热敏电 阻、双金属温度计、压力式温 度 度计、玻璃制温度计、辐射传 管理温度 相对值±1～ 感器、晶体管、二极管、半导 体集成电路传感器、可控硅 测定用 ±5℃
工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的 一半左右。
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类 繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快 的传感器之一。
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一、温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物 理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则 运动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配 状况的物理量。 温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。
测和
处理，且随温度呈线性变化 ▲除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低 ▲特性随时间变化要小 ▲重复性好，没有滞后和老化 ▲灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的 影响要小 ▲机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好 ▲能大批量生产，价格便宜 ▲无危险性，无公害等
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3. 温度传感器的种类及特点 接触式温度传感器 非接触式温度传感器
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一、工作原理
两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路， 若导体A和B的连接处温度不同（设 T ＞ T0 ）， 则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回 路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。 这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back） 发现,所以又称西拜克效应。 回路中所产生的电动 势，叫热电势。热电 势 thermo-electric force 由两部分组成，即温 热端 冷端 差电势和接触电势。
体积热膨胀
物 理 现 象
1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计 3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计 5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
电阻变化 温差电现象
导磁率变化 电容变化 压电效应
铂测温电阻、热敏电阻 热电偶
1． 热铁氧体 2． Fe-Ni-Cu合金
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器 超声波温度计 示温涂料 液晶 半导体二极管 晶体管半导体集成电路温度传感器 可控硅 辐射温度传感器 光学高温计
接触式温度传感器特点：传感器直接与被测物体接触进 行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低 了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量 精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的 前提条件是被测物体的热容量要足够大。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出 红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成 本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸 收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等。
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（－）接触式温度传感器
1．常用热电阻 范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连 续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。 2．管缆热电阻 测温范围为-20～＋500℃，最高上限 为1000℃，精度为0.5级。
3．陶瓷热电阻 测量范围为–200～+500℃，精度为0.3、 0.15级。 4．超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量–268.8～ 253℃-272.9～272.99℃的温度。 5．热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合 使用。经济性好、价格便宜。
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（三）温度传感器的主要发展方向
1. 超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和–250℃以 下的温度传感器。 2. 提高温度传感器的精度和可靠性。 3. 研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传 感器。 4. 发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻； 发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜 铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵 敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。 5. 发展适应特殊测温要求的温度传感器。 6. 发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。
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（二）非接触式温度传感器
l．辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四种： 光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。 2．光谱高温计 前苏联研制的YCI—I型自动测温通用 光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,是采用电子化自 动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。 3．超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右) ，方向性强。目前国外有可测到5000℉的产品。 4．激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度 测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测 很高的温度，精度为1％。美国麻省理工学院正在研制 一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚 变研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器 可测几千开(K)的高温。
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第二节 热电偶温度传感器
温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最 普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围 宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远 传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、 测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于 快速及动态温度的测量。
★热电偶的工作原理 ★热电偶回路的性质 ★热电偶的常用材料与结构 ★冷端处理及补偿 ★热电偶的选择、安装使用和校验
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3．摄氏温标Celsius temperature scale
是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气 压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等 份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，℃)，一般用小写 字母t表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系： t=T-273.15 ℃
温度传感器分类()
分类 特 征 传 感 器 名 称
测 温
线性型
测温电阻器、晶体管、热电偶 测温范围宽 半导体集成电路传感器、 可控硅、石英晶体振动器、 输出小 压力式温度计、玻璃制温度计 测温范围窄 输出大 特定温度 输出大
特 指数型 性 函数
开关型 特性
热敏电阻
感温铁氧体、双金属温度计
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温度传感器分类(3)
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绝对值 测定用
此外，还有微波测温温度传感器、噪声 测温温度传感器、温度图测温温度传感器、 热流计、射流测温计、核磁共振测温计、 穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温 计、低温超导转换测温计、光纤温度传感 器等。这些温度传感器有的已获得应用， 有的尚在研制中。
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三、温度传感器的发展概况
公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年 后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现 代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电 阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。 1950年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最 近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆 续研制出各种类型的温度传感器。 接触式温度传感器 非接触式温度传感器
■理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算， 热电偶冷端补偿原因及补偿方法
■掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合 ■掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特 点、工作原理和使用方法
■了解其他温度传感器工作原理
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第一节 概 论
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度是与人类生活息息相关的物理量。 温度检测始于2000多年前。 工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门 都与温度有着密切的关系。
第三章 温度传感器
CH3 Temperature Sensor
概 论conspectus/summarize 热电偶温度传感器thermocouple 热敏电阻温度传感器thermistor IC温度传感器integrate circuit 其他温度传感器
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学习要点
■了解温度传感器的作用、地位、分类和发展趋势
T1 Q1 T2 Q2
Q1——热源给予热机的传热量
Q2——热机传给冷源的传热量
如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的 传热量来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选 定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一度， 这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。
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2．国际实用温标
International Practical Temperature Scale
为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上 协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一 定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，即国际 实用温标 (简称IPTS-68)，又称国际温标。 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度， 用t表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三 相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固 态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三 相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。 注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温 度间隔1K=1℃。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出0.01 K。
热力学温标thermodynamic temperature scale 国际实用温标International practical temperature scale 摄氏温标 Celsius temperature scale 华氏温标Fahrenheit temperature scale
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超声波传播速度变化 物质 颜色 P–N结电动势 晶体管特性变化 可控硅动作特性变化 热、光辐射
种 类
温度传感器分类(1)
分 类 超高温用 传感器 高温用 传感器 中高温用 传感器 中温用 传感器 低温用 传感器 极低温用 传感器 特 征 传 感 器 名 称 光学高温计、辐射传感器 1500℃以上
分 类
温度 标准用 特 征 测定精度 ±0.1～ ±0.5℃ 测定精度 ±0.5～ ±5℃ 传 感 器 名 称 铂测温电阻、石英晶体振动 器、玻璃制温度计、气体温 度计、光学高温计
测 定 精
热电偶、测温电阻器、热敏电 阻、双金属温度计、压力式温 度 度计、玻璃制温度计、辐射传 管理温度 相对值±1～ 感器、晶体管、二极管、半导 体集成电路传感器、可控硅 测定用 ±5℃
工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的 一半左右。
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类 繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快 的传感器之一。
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一、温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物 理量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则 运动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配 状况的物理量。 温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。
测和
处理，且随温度呈线性变化 ▲除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低 ▲特性随时间变化要小 ▲重复性好，没有滞后和老化 ▲灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的 影响要小 ▲机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好 ▲能大批量生产，价格便宜 ▲无危险性，无公害等
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3. 温度传感器的种类及特点 接触式温度传感器 非接触式温度传感器
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一、工作原理
两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路， 若导体A和B的连接处温度不同（设 T ＞ T0 ）， 则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回 路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。 这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back） 发现,所以又称西拜克效应。 回路中所产生的电动 势，叫热电势。热电 势 thermo-electric force 由两部分组成，即温 热端 冷端 差电势和接触电势。