温度传感器PPT课件
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的变化而变化。工程上就利用这一原理，用热电偶去测试 温度及其变化。
（二）热电阻式热电传感器
❖ 热电阻效应；
❖ 电阻随温度的变化而变化的现象称为热电阻效应；
❖ 热电阻测量温度是依着导体电阻随温度变化的原理 而工作的。
❖ 目前广泛应用的热电阻测温材料是铂、铜、镍等合 金。在低温和超低温条件下，则采用碳、锰、铟等 作为电阻元件的材料。
e U U At、t0 e U U Bt、t0
At
Bt
At0
Bt0
（2）
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
总热电势是接触电势和温差电势之和。即：
ee e e E A ( t、 B t0 ) A tBB t、 t0 A t0 B A t、 t0 （3）
由于温差电势比接触电势小得多，故可略去。则：
（5）
当热电偶材料一定时，热电偶总电势eAB(t、t0) 是温度t和t0的函数差。式（5）是热电偶测温的
基本公式。
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
如果使冷断温度t0固定（通过一点的补偿措施），则 总电动势成为t的单值函数。
E A (t、 B t0 ) ft c (t)
这就是说，热பைடு நூலகம்偶回路的总电动势只随一个端点温度（t）
两点是热敏电阻最突出的特点。但目前采用的热敏元件线 性和互换性都较差，允许测量范围也较小，急需进一步改进。
（三）热敏电阻传感器
用半导体材料制成的驯结型温度传感器称为半导体温度传感器。
❖ 一采用负电阻温度系数较大的固体多晶半导体氧化物的混般 合物制成热敏电阻元件，如氧化铝、氧化铜、氧化锰等。热 敏半导体阻值与温度呈指数规律变化，其变化规律为：
（一）热电偶式传感器
❖ 1）接触电势
接触电动势的大小取决于两种不同导体的性质 和接触点的温度，与材料几何形状和接触点的位 置无关。
e U U At、t0 e U U Bt、t0
At
Bt
At0
Bt0
（1）
（一）热电偶式传感器
❖ 2）温差电势
图2 温差电势
•温差电势：在同一导体的两端 因其温度不同而产生的一种热 电势。
温度检测方法
热电偶式传感器 热电阻式热电传感器 热敏电阻传感器 红外火源探测仪
❖ 1．热电偶测温原理
❖ 将两种不同材料的金届A和B相连接，组成 一个闭合回路，构成感温元件。当金属A和B 的两个接点(冷端和热端)之间存在温差时，就 在两者之间产牛电动势，在回路中形成电流， 此种现象称为热电效应。热电偶原理就是利 用这—效应进行丁作的
（一）热电偶式传感器
❖ 热电动势（或称热电势）是由接触电势和 温差电势两部分组成。
（一）热电偶式传感器
❖ 1）接触电势
图1 接触电势
•两种不同的导体A、B互相接触 时，由于不同材料的自由电子 密度不同，在接合处会发生电 子扩散。由于两个方向的电子 扩散速率不同，使A、B形成静 电场Es。扩散过程结束，当A、 B间电子数达到动态平衡时，在 A、B之间形成一电位差，称为 接触电动势。
e e E A(B t、 t0)
AB t AB t0
（4）
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
又因t>t0，故t端电势eAB(t)在总电势中占较大比重， 所以，总电势eAB(t、t0)的方向取决于eAB(t)的方向。
将式（1-4）用函数关系式表示则有：
ee E A ( t 、 t B 0 ) A t BA t 0 B ft ft 0
❖ 1、铜电阻
铜电阻与温度几乎成线性关系，如果测温范围较小而 精度要求不高时，采用铜热电阻比较经济。铜电阻与温 度的关系式为：
R t R 01t
式中，Rt-铜的温度为t时的电阻值；R0-铜的温度为0℃时的电 阻值；α-铜电阻在0℃时的温度系数，一般α=4.25×10-3/℃
缺点：铜电阻易于氧化，只能用于低温和无侵蚀的工 作环境中。另外，铜的电阻率较小，故一般元件体积偏 大。目前工业用的铜电阻R0＝53Ω。
•由于两端温差的存在、高温端 电子能量比低温端电子能量大。 因而，高温端失去电子带正电 荷，低温端获得电子带负电， 这样，在导体内从高温端到低 温端形成一个静电场。
（一）热电偶式传感器
❖ 2）温差电势
当静电场形成并两端电子数达到动态平衡时，
在导体两端便产生一个相应的电位差，即（UtUt0），该电位差称温差电动势。
❖ 温度传感器在日本等国已应用于煤矿井下。
（一）热电偶式传感器
❖ 1、热电效应
•两种不同的导体（或半导体）如A/B，组成闭合回路，当A、B 相接的两个节点温度不同时（t≠t0），则在回路中产生一个 热电动势，这种现象通常称作热电效应。 •A、B组件称热电偶，每个单件称热电极。两个接点中，一端 称工作端（测量端或热端）如t端；另一端称自由端（参比端 或冷端）如t0端。
第五节 温度传感器
❖温度传感器工作原理
❖ 连续监测井下各类热源的温度变化，也是矿 井火灾监测的一种有效方式。目前普遍应用 的是热电传感器。
❖ 热电传感器是一种将温度变化变换为电量变 化的敏感元件，当敏感元件温度发生变化时， 元件的电阻、电动势以及磁导都可能相应发 生变化。这种变化一般呈单值关系，测试仪 器结构都较简单。目前以温度－电阻和温度 －电动势型式应用的较为普遍。近年来由热 敏半导体材料制成的热敏电阻传感器获得了 广泛的应用。
（三）热敏电阻传感器
热敏电阻是用半导体材料制成的，与金属电阻比较有若干 优点： （1）阻值程度变化大、对温度变化反应灵敏、耐腐蚀、体 积小、自身阻值大、以及因热惰性小，使反应速度快等。比 如，大多数金属电阻在温度变化1℃时，阻值变化一般为0.4 ％～0.6％，而热敏电阻每摄氏度阻值变化可达3％～6％， 这就大大提高了元件测试的灵敏度。 （2）由于自身阻值大、连接引线电阻对测量精确度的影响 就较小，这就为远距离监测提供了充分的条件。
（二）热电阻式热电传感器
❖ 1、铂电阻
铂电阻的化学稳定性好，耐高温、易提纯， 因而，通常采用铂电阻作为一般温度计量仪器的 温标基准。1968年“国际实用温标”规定：在 259.34～630.74℃的范围内，以铂电阻作为基 准器。目前国内统一使用的标准铂电阻有R0＝ 100Ω和R0＝50Ω两种。
（二）热电阻式热电传感器
（二）热电阻式热电传感器
❖ 热电阻效应；
❖ 电阻随温度的变化而变化的现象称为热电阻效应；
❖ 热电阻测量温度是依着导体电阻随温度变化的原理 而工作的。
❖ 目前广泛应用的热电阻测温材料是铂、铜、镍等合 金。在低温和超低温条件下，则采用碳、锰、铟等 作为电阻元件的材料。
e U U At、t0 e U U Bt、t0
At
Bt
At0
Bt0
（2）
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
总热电势是接触电势和温差电势之和。即：
ee e e E A ( t、 B t0 ) A tBB t、 t0 A t0 B A t、 t0 （3）
由于温差电势比接触电势小得多，故可略去。则：
（5）
当热电偶材料一定时，热电偶总电势eAB(t、t0) 是温度t和t0的函数差。式（5）是热电偶测温的
基本公式。
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
如果使冷断温度t0固定（通过一点的补偿措施），则 总电动势成为t的单值函数。
E A (t、 B t0 ) ft c (t)
这就是说，热பைடு நூலகம்偶回路的总电动势只随一个端点温度（t）
两点是热敏电阻最突出的特点。但目前采用的热敏元件线 性和互换性都较差，允许测量范围也较小，急需进一步改进。
（三）热敏电阻传感器
用半导体材料制成的驯结型温度传感器称为半导体温度传感器。
❖ 一采用负电阻温度系数较大的固体多晶半导体氧化物的混般 合物制成热敏电阻元件，如氧化铝、氧化铜、氧化锰等。热 敏半导体阻值与温度呈指数规律变化，其变化规律为：
（一）热电偶式传感器
❖ 1）接触电势
接触电动势的大小取决于两种不同导体的性质 和接触点的温度，与材料几何形状和接触点的位 置无关。
e U U At、t0 e U U Bt、t0
At
Bt
At0
Bt0
（1）
（一）热电偶式传感器
❖ 2）温差电势
图2 温差电势
•温差电势：在同一导体的两端 因其温度不同而产生的一种热 电势。
温度检测方法
热电偶式传感器 热电阻式热电传感器 热敏电阻传感器 红外火源探测仪
❖ 1．热电偶测温原理
❖ 将两种不同材料的金届A和B相连接，组成 一个闭合回路，构成感温元件。当金属A和B 的两个接点(冷端和热端)之间存在温差时，就 在两者之间产牛电动势，在回路中形成电流， 此种现象称为热电效应。热电偶原理就是利 用这—效应进行丁作的
（一）热电偶式传感器
❖ 热电动势（或称热电势）是由接触电势和 温差电势两部分组成。
（一）热电偶式传感器
❖ 1）接触电势
图1 接触电势
•两种不同的导体A、B互相接触 时，由于不同材料的自由电子 密度不同，在接合处会发生电 子扩散。由于两个方向的电子 扩散速率不同，使A、B形成静 电场Es。扩散过程结束，当A、 B间电子数达到动态平衡时，在 A、B之间形成一电位差，称为 接触电动势。
e e E A(B t、 t0)
AB t AB t0
（4）
（一）热电偶式传感器
❖ 3）热电偶回路总热电动势
又因t>t0，故t端电势eAB(t)在总电势中占较大比重， 所以，总电势eAB(t、t0)的方向取决于eAB(t)的方向。
将式（1-4）用函数关系式表示则有：
ee E A ( t 、 t B 0 ) A t BA t 0 B ft ft 0
❖ 1、铜电阻
铜电阻与温度几乎成线性关系，如果测温范围较小而 精度要求不高时，采用铜热电阻比较经济。铜电阻与温 度的关系式为：
R t R 01t
式中，Rt-铜的温度为t时的电阻值；R0-铜的温度为0℃时的电 阻值；α-铜电阻在0℃时的温度系数，一般α=4.25×10-3/℃
缺点：铜电阻易于氧化，只能用于低温和无侵蚀的工 作环境中。另外，铜的电阻率较小，故一般元件体积偏 大。目前工业用的铜电阻R0＝53Ω。
•由于两端温差的存在、高温端 电子能量比低温端电子能量大。 因而，高温端失去电子带正电 荷，低温端获得电子带负电， 这样，在导体内从高温端到低 温端形成一个静电场。
（一）热电偶式传感器
❖ 2）温差电势
当静电场形成并两端电子数达到动态平衡时，
在导体两端便产生一个相应的电位差，即（UtUt0），该电位差称温差电动势。
❖ 温度传感器在日本等国已应用于煤矿井下。
（一）热电偶式传感器
❖ 1、热电效应
•两种不同的导体（或半导体）如A/B，组成闭合回路，当A、B 相接的两个节点温度不同时（t≠t0），则在回路中产生一个 热电动势，这种现象通常称作热电效应。 •A、B组件称热电偶，每个单件称热电极。两个接点中，一端 称工作端（测量端或热端）如t端；另一端称自由端（参比端 或冷端）如t0端。
第五节 温度传感器
❖温度传感器工作原理
❖ 连续监测井下各类热源的温度变化，也是矿 井火灾监测的一种有效方式。目前普遍应用 的是热电传感器。
❖ 热电传感器是一种将温度变化变换为电量变 化的敏感元件，当敏感元件温度发生变化时， 元件的电阻、电动势以及磁导都可能相应发 生变化。这种变化一般呈单值关系，测试仪 器结构都较简单。目前以温度－电阻和温度 －电动势型式应用的较为普遍。近年来由热 敏半导体材料制成的热敏电阻传感器获得了 广泛的应用。
（三）热敏电阻传感器
热敏电阻是用半导体材料制成的，与金属电阻比较有若干 优点： （1）阻值程度变化大、对温度变化反应灵敏、耐腐蚀、体 积小、自身阻值大、以及因热惰性小，使反应速度快等。比 如，大多数金属电阻在温度变化1℃时，阻值变化一般为0.4 ％～0.6％，而热敏电阻每摄氏度阻值变化可达3％～6％， 这就大大提高了元件测试的灵敏度。 （2）由于自身阻值大、连接引线电阻对测量精确度的影响 就较小，这就为远距离监测提供了充分的条件。
（二）热电阻式热电传感器
❖ 1、铂电阻
铂电阻的化学稳定性好，耐高温、易提纯， 因而，通常采用铂电阻作为一般温度计量仪器的 温标基准。1968年“国际实用温标”规定：在 259.34～630.74℃的范围内，以铂电阻作为基 准器。目前国内统一使用的标准铂电阻有R0＝ 100Ω和R0＝50Ω两种。
（二）热电阻式热电传感器