热电式传感器讲稿.ppt

关于热电式传感器第一页，讲稿共六十五页哦温度传感器的种类温度传感器的种类 应用的物理量应用的物理量气体温度计玻璃温度计 体积双金属 （热膨胀）压力温度计铂电阻热敏电阻 电阻铜电阻热电偶-热电动势第二页，讲稿共六十五页哦温度传感器的种类温度传感器的种类 应用的物理量应用的物理量热铁氧体-磁性陶瓷-电容量晶体管-晶体管特性石英振子超声温度计 弹性热敏材料 液晶 色 辐射温度传感器光传感器 热、光辐射 其他-各种物理量 第三页，讲稿共六十五页哦第四页，讲稿共六十五页哦 接触电势：接触电势：两种不同金属导体接触时，在接触面上因自由电子密两种不同金属导体接触时，在接触面上因自由电子密度不同而发上电子扩散，一个导体失去电子而带正电荷，度不同而发上电子扩散，一个导体失去电子而带正电荷，另一个导体因获得电子而带负电荷，在两金属导体接触面另一个导体因获得电子而带负电荷，在两金属导体接触面上便形成一个静电场，这个静电场阻碍了电子的继续扩散，上便形成一个静电场，这个静电场阻碍了电子的继续扩散，当达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电势差当达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电势差接接触电势。触电势。电子扩散速率与两导体的电子密度和接触区的温度成电子扩散速率与两导体的电子密度和接触区的温度成正比。正比。（接触电势一个副作用是电腐蚀问题，这在某些情况下必（接触电势一个副作用是电腐蚀问题，这在某些情况下必须抑制。）须抑制。）第五页，讲稿共六十五页哦 温差电势：温差电势：单一导体中，如果两端温度不同，在两端会产单一导体中，如果两端温度不同，在两端会产生电势。导体内自由电子在高温端具有较大的动能，生电势。导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，结果高温端已失去电子而带正因而向低温端扩散，结果高温端已失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，从而形成一电荷，低温端因得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场。该电场阻碍电子的继续扩散，当达到动个静电场。该电场阻碍电子的继续扩散，当达到动态平衡时，在导体的两端便产生一个相应的电位态平衡时，在导体的两端便产生一个相应的电位差差温差电势。温差电势。第六页，讲稿共六十五页哦第七页，讲稿共六十五页哦第八页，讲稿共六十五页哦意义：将第三种导体换成仪表或导线时，只要保持两点温意义：将第三种导体换成仪表或导线时，只要保持两点温度相同，就可以对热电势进行测量，而不影响原来热电势度相同，就可以对热电势进行测量，而不影响原来热电势的数值。的数值。第九页，讲稿共六十五页哦当三点温度相同时当三点温度相同时当当AB为为T时时0T第十页，讲稿共六十五页哦第十一页，讲稿共六十五页哦我国常用的热电偶型号、测温范围及允许偏差如下表我国常用的热电偶型号、测温范围及允许偏差如下表第十二页，讲稿共六十五页哦 分度表分度表 热电偶的计算公式：热电偶的计算公式：理论计算热电势理论计算热电势 E 繁杂。通常在实际使用中，编制繁杂。通常在实际使用中，编制出针对各种热电偶的热电势与温度对照表，称为出针对各种热电偶的热电势与温度对照表，称为“分度分度表表”，表中温度按，表中温度按1010分档，其中间值可按内插法计分档，其中间值可按内插法计算。各表均按参考温度为算。各表均按参考温度为0的条件取值。（热电的条件取值。（热电偶的分度法有若干种）偶的分度法有若干种）热电偶的输出电势范围热电偶的输出电势范围101060mV60mVBA00ABln)(),(NNTTeTTE2210EbEbbT2210TaTaaE第十三页，讲稿共六十五页哦铂铑10铂热电偶（S型）分度表 （冷端T0=0）第十四页，讲稿共六十五页哦镍铬镍硅热电偶（K型）分度表 （冷端T0=0）第十五页，讲稿共六十五页哦（普通型热电偶，铠装式热电偶）（普通型热电偶，铠装式热电偶）碰底型不碰底型露头型帽型第十六页，讲稿共六十五页哦3.3.热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 由热电偶测温原理知道，只有冷端温度保持不由热电偶测温原理知道，只有冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用中，由于热电偶工作端与冷端距离很近，冷端又用中，由于热电偶工作端与冷端距离很近，冷端又暴露于空间，容易受到环境温度波动的影响，也就暴露于空间，容易受到环境温度波动的影响，也就是说热电偶的冷端温度是变化不定的。而热电偶的是说热电偶的冷端温度是变化不定的。而热电偶的分度表又是按照冷端为分度表又是按照冷端为0 0给出的，所以必须对热电给出的，所以必须对热电偶的冷端进行温度补偿。偶的冷端进行温度补偿。BA00ABln)(),(NNTTeTTE00lnln,TNNekTNNekTTEBABAAB第十七页，讲稿共六十五页哦 加入一项加入一项 只要使得只要使得 则冷端温度得到补偿。则冷端温度得到补偿。几种冷端补偿方法几种冷端补偿方法baTEbEaT000lnln,TBABAABETNNekTNNekTTECETNNekTBA00ln第十八页，讲稿共六十五页哦（1 1）冰浴法）冰浴法 将热电偶的冷端置于冰水中，使冷端保持将热电偶的冷端置于冰水中，使冷端保持0 0，这种方法，这种方法最为妥善，但不够方便，仅限于科学实验和实验室使用。最为妥善，但不够方便，仅限于科学实验和实验室使用。（2）补偿电桥）补偿电桥 电桥四个臂与冷端处于同一温度，其中电桥四个臂与冷端处于同一温度，其中R R1 1=R=R2 2=R=R3 3为锰为锰铜线绕电阻，铜线绕电阻，R R4 4为铜导线绕制的补偿电阻，为铜导线绕制的补偿电阻，E E为电桥电源，为电桥电源，R R为限流电阻。为限流电阻。选择选择R R4 4的阻值使电桥保持平衡，的阻值使电桥保持平衡，U Uabab=0=0。当冷端温度升高。当冷端温度升高时，阻值随之增大，电桥失去平衡，时，阻值随之增大，电桥失去平衡，U Uabab相应增大。热电偶相应增大。热电偶的热电势随冷端温度升高而减小，若的热电势随冷端温度升高而减小，若U Uabab增量等于热电势增量等于热电势的减小量，则回路总的电势的减小量，则回路总的电势U UABAB的值就不会随着热电偶冷的值就不会随着热电偶冷端温度变化而变化。端温度变化而变化。第十九页，讲稿共六十五页哦 UAB=e+Uab_+at0t0etAB+_UabUABbRER1R2R3R4第二十页，讲稿共六十五页哦（3 3）冷端温度计算校正法）冷端温度计算校正法 由于热电偶的分度表是在冷端保持由于热电偶的分度表是在冷端保持0 0的情况下的情况下得到的，与它匹配使用的仪表又是根据分度表进得到的，与它匹配使用的仪表又是根据分度表进行刻度的，而冷端虽然可以保持恒定，但并不一行刻度的，而冷端虽然可以保持恒定，但并不一定等于定等于0 0，必须加以修正。，必须加以修正。例：例：K K型热电偶在工作时冷端温型热电偶在工作时冷端温t t0 0=30=30 度，测得热电度，测得热电势势E EK K(t,t(t,t0 0)=39.17mV)=39.17mV。求被测介质的实际温度。求被测介质的实际温度t？解：由分度表查出解：由分度表查出 E EK K(30,0)=1.20mV(30,0)=1.20mV则则 E EK K(t,0)=E(t,0)=EK K(t,30)+E(t,30)+EK K(30,0)(30,0)=39.17+1.20=40.37mV =39.17+1.20=40.37mV 查分度表求出真实温度查分度表求出真实温度t=977 t=977 0,0,00tEttEtE第二十一页，讲稿共六十五页哦（4 4）专用补偿模块）专用补偿模块（5 5）补偿系数修正法）补偿系数修正法设冷端温度为设冷端温度为 ，测得的温度为，测得的温度为 ，则实际温度，则实际温度 热电偶补偿系数，可以通过查表获得。热电偶补偿系数，可以通过查表获得。01kTTT0T1TTk第二十二页，讲稿共六十五页哦 几种常用热电偶的 值k第二十三页，讲稿共六十五页哦 根据热电偶中间导体定律，可以采用第三种材料根据热电偶中间导体定律，可以采用第三种材料延伸热电偶的引线（补偿导线）距离，但使用时必须注延伸热电偶的引线（补偿导线）距离，但使用时必须注意：意：（1）补偿导线只能在规定的温度范围内使用）补偿导线只能在规定的温度范围内使用 （2）不同型号的热电偶有不同的导线）不同型号的热电偶有不同的导线 （3）热电偶和补偿导线的两个接点要保持同温度）热电偶和补偿导线的两个接点要保持同温度第二十四页，讲稿共六十五页哦4.热电偶的传热误差和动态误差热电偶的传热误差和动态误差（1 1）传热误差）传热误差 热电偶测温是通过热电偶与被测介质之间进行热电偶测温是通过热电偶与被测介质之间进行热交换来进行的，热电偶吸收被测介质传送来的热热交换来进行的，热电偶吸收被测介质传送来的热量，提高自身温度，同时，又向周围散失热量。当量，提高自身温度，同时，又向周围散失热量。当热交换达到平衡状态时，热电偶的测量端就达到了热交换达到平衡状态时，热电偶的测量端就达到了一个稳定温度。一个稳定温度。由于热量散失，热电偶测量端温度低于被测介由于热量散失，热电偶测量端温度低于被测介质温度，因此产生传热误差。它是由导热、对流和质温度，因此产生传热误差。它是由导热、对流和辐射三种基本热交换形式造成的。辐射三种基本热交换形式造成的。第二十五页，讲稿共六十五页哦（2 2）动态误差）动态误差 热电偶测温时，热接点具有一定的热容量，因此热电偶测温时，热接点具有一定的热容量，因此达到热平衡需要一定的时间，热接点温度的变化总达到热平衡需要一定的时间，热接点温度的变化总是滞后被测介质的温度变化。这种由于热惯性引起是滞后被测介质的温度变化。这种由于热惯性引起的温度偏差，称为动态响应误差。对于以热对流为的温度偏差，称为动态响应误差。对于以热对流为主要散热的热电偶有：主要散热的热电偶有：接点温度接点温度 被测介质实际温度被测介质实际温度 时间常数时间常数TTdtdTjjjTT第二十六页，讲稿共六十五页哦 式中：式中：接点比热容接点比热容 接点材料的质量密度接点材料的质量密度 对流换热系数对流换热系数 热接点的体积热接点的体积 热接点表面积热接点表面积热电偶传递函数热电偶传递函数为一阶惯性环节为一阶惯性环节 减小，则动态误差减小减小，则动态误差减小SVccVS11)()()(1ssTsTsHj第二十七页，讲稿共六十五页哦减小动态误差方法：减小动态误差方法：采用尺寸较小和采用尺寸较小和 较小的测量端较小的测量端选用比热容和密度小的热电偶材料选用比热容和密度小的热电偶材料采用外电路补偿采用外电路补偿在系统中串联一个网络在系统中串联一个网络 使得测温系统的传递函数为：使得测温系统的传递函数为：用外电路补偿实现动态误差修正，需要知道热电用外电路补偿实现动态误差修正，需要知道热电偶的时间常数，常用时间常数测试方法主要有，偶的时间常数，常用时间常数测试方法主要有，沸水法、激波管法、激光法和风洞试验。沸水法、激波管法、激光法和风洞试验。SV1)(2 ssH1)()()(21sHsHsH第二十八页，讲稿共六十五页哦一阶惯性环节单位阶跃响应曲线一阶惯性环节单位阶跃响应曲线 给热电偶一个温度阶跃，记录下热电偶的响给热电偶一个温度阶跃，记录下热电偶的响应曲线，取其幅值的应曲线，取其幅值的0.632处对应的时间，即为热处对应的时间，即为热电偶的时间常数电偶的时间常数 。第二十九页，讲稿共六十五页哦第三十页，讲稿共六十五页哦第三十一页，讲稿共六十五页哦另外，还有其他热电阻（镍热电阻、铁热电阻等等）。另外，还有其他热电阻（镍热电阻、铁热电阻等等）。第三十二页，讲稿共六十五页哦9.2.3热电阻测量电路热电阻测量电路 一般采用直流电桥作为热电阻的测量电路一般采用直流电桥作为热电阻的测量电路R R1 1R R2 2R R3 3R Rt tU(I)U(I)W WW WR R3 3R R2 2R R1 1R Rt tU Uo oU Uo oU(I)U(I)URRRRRRUtto3231第三十三页，讲稿共六十五页哦 由上式可见电桥输出与铂电阻变化是非线性关系。由上式可见电桥输出与铂电阻变化是非线性关系。铂电阻与温度之间基本上是线性关系，由于测量电桥，铂电阻与温度之间基本上是线性关系，由于测量电桥，使得输出电压与铂电阻产生了非线性。使得输出电压与铂电阻产生了非线性。为了消除测量电路引起的非线性，是否可以采为了消除测量电路引起的非线性，是否可以采用差动电桥或者全臂电桥？答案是否定的，因为铂用差动电桥或者全臂电桥？答案是否定的，因为铂电阻需要安装在测温现场，而电桥其他桥臂在仪表电阻需要安装在测温现场，而电桥其他桥臂在仪表中，另外没有负温度系数的铂电阻。如果在电桥对中，另外没有负温度系数的铂电阻。如果在电桥对臂采用相同的铂电阻，则电桥没有平衡状态。臂采用相同的铂电阻，则电桥没有平衡状态。URRRRRRRRUtto323100第三十四页，讲稿共六十五页哦 一般工业现场这种非线性是允许的。如果要提高一般工业现场这种非线性是允许的。如果要提高测量精度，可以采用分段校正的方法或者采用抛物线测量精度，可以采用分段校正的方法或者采用抛物线校正方法。校正方法。在铂电阻实际应用中，电桥的电流通常在在铂电阻实际应用中，电桥的电流通常在26mA范围（主要是考虑到驱动功率和铂电阻本身发热范围（主要是考虑到驱动功率和铂电阻本身发热问题）。问题）。在工业现场铂电阻距离仪表可能数十米，引线在工业现场铂电阻距离仪表可能数十米，引线电阻就不能不加以考虑（更远的就离可采用变送器电阻就不能不加以考虑（更远的就离可采用变送器传输）。传输）。第三十五页，讲稿共六十五页哦三线制测量电路三线制测量电路考虑连线电阻考虑连线电阻当电桥平衡时，可写出下面关系式当电桥平衡时，可写出下面关系式R Rt tR R3 3R R2 2R R1 1w wR R2 2R R1 1R R3 3R Rt tr rr rr rUoUoUoUo)(3231gttoUURrRrRRrRrRU132RrRRrRtrRRRRRRt121213gU第三十六页，讲稿共六十五页哦 设计电桥时，满足设计电桥时，满足 ，则含有则含有 项完全消去，项完全消去，这种情况下连线电阻对桥路平衡没有影响，即可消除这种情况下连线电阻对桥路平衡没有影响，即可消除热电阻测量过程中连线电阻的影响。热电阻测量过程中连线电阻的影响。上面结论的前提是电桥处于平衡状态，如果上面结论的前提是电桥处于平衡状态，如果电桥处于非平衡状态，三线制并不能完全消除连电桥处于非平衡状态，三线制并不能完全消除连线电阻的影响，但大大降低了其影响。线电阻的影响，但大大降低了其影响。21RR r第三十七页，讲稿共六十五页哦热电阻与热电偶比较热电阻与热电偶比较1.1.同样温度下热电阻输出信号较大，易于测量。同样温度下热电阻输出信号较大，易于测量。2.2.测电阻必须借助外电源，热电偶是自发式传感器。测电阻必须借助外电源，热电偶是自发式传感器。3.3.热电阻感温部分尺寸较大，热电偶工作端是很小的焊点，热电阻感温部分尺寸较大，热电偶工作端是很小的焊点，因而热电阻测温反应速度比热电偶慢。因而热电阻测温反应速度比热电偶慢。4.4.同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。由于热电阻同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。由于热电阻必须用细导线绕在绝缘支架上，支架材料受到高温限制。必须用细导线绕在绝缘支架上，支架材料受到高温限制。第三十八页，讲稿共六十五页哦第三十九页，讲稿共六十五页哦第四十页，讲稿共六十五页哦一般而言，同一型号的热敏电阻阻值存在一般而言，同一型号的热敏电阻阻值存在3%5%误误差，热敏电阻常数也存在差，热敏电阻常数也存在3%误差。所以，热敏电阻误差。所以，热敏电阻的一致性比较差。的一致性比较差。第四十一页，讲稿共六十五页哦第四十二页，讲稿共六十五页哦9.3.3热敏电阻基本参数热敏电阻基本参数1.1.标称电阻值标称电阻值 标称电阻是热敏电阻在标称电阻是热敏电阻在2525时的阻值时的阻值2.2.材料常数材料常数B B（K K）B B值越大，则阻值越大，灵敏度越高。在工作值越大，则阻值越大，灵敏度越高。在工作温度范围内，温度范围内，B B值并不是一个严格的常数，它随值并不是一个严格的常数，它随温度升高略有增加。温度升高略有增加。3.3.电阻温度系数电阻温度系数 （%/%/）4.4.耗散系数耗散系数H H（mW/mW/）热敏电阻温度变化热敏电阻温度变化11所耗散的功率。其大小与所耗散的功率。其大小与热敏电阻的形状、结构以及所处介质的种类、状态有热敏电阻的形状、结构以及所处介质的种类、状态有关。关。25RT第四十三页，讲稿共六十五页哦5.5.时间常数时间常数 时间常数定义为热容量时间常数定义为热容量C C与耗散系数与耗散系数H H之比之比 其数值等于热敏电阻在零功率测量状态下，当环境温其数值等于热敏电阻在零功率测量状态下，当环境温度突变时热敏电阻随温度变化量从起始点到最终点变度突变时热敏电阻随温度变化量从起始点到最终点变化量的化量的63.2%63.2%所需时间。所需时间。6.6.测量功率测量功率Pc(W)Pc(W)在规定的环境温度下，电阻体由测量电流加热而在规定的环境温度下，电阻体由测量电流加热而引起的电阻值变化不超过引起的电阻值变化不超过0.1%0.1%时所消耗的功率。时所消耗的功率。7.7.最高工作温度最高工作温度T Tmaxmax 热敏电阻在规定的技术条件下，长期连续工作热敏电阻在规定的技术条件下，长期连续工作所允许的温度。所允许的温度。sHC第四十四页，讲稿共六十五页哦9.3.4热敏电阻的电流热敏电阻的电流-电压特性电压特性 伏安特性是热敏电阻的重要特性。它表示加在伏安特性是热敏电阻的重要特性。它表示加在热敏电阻上的端电压和通过电阻体的电流在电阻本热敏电阻上的端电压和通过电阻体的电流在电阻本身与周围介质平衡时的相互关系。身与周围介质平衡时的相互关系。负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻伏伏安特性安特性 伏伏安特性安特性第四十五页，讲稿共六十五页哦 当电流很小时（如小于当电流很小时（如小于I Ia a）时，元件的功耗小，电）时，元件的功耗小，电流不足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环流不足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环境温度境温度T T0 0。电压与电流符合欧姆定律。随着电流的增加，。电压与电流符合欧姆定律。随着电流的增加，热敏电阻的耗散功率增加，使工作电流引起的热敏电阻自热敏电阻的耗散功率增加，使工作电流引起的热敏电阻自身的温升超过介质温度，则热敏电阻的阻值下降。当电流身的温升超过介质温度，则热敏电阻的阻值下降。当电流为为I Im m时，其电压达到最大值时，其电压达到最大值U Um m。如电流继续增加，热敏。如电流继续增加，热敏电阻自身升温更剧烈，使其阻值继续减小，热敏电阻电阻自身升温更剧烈，使其阻值继续减小，热敏电阻的电压随电流的增加而降低。当电流超过某一允许值的电压随电流的增加而降低。当电流超过某一允许值时，热敏电阻将被烧坏。时，热敏电阻将被烧坏。第四十六页，讲稿共六十五页哦 依据热敏电阻的伏安特性可以正确的选择热敏依据热敏电阻的伏安特性可以正确的选择热敏电阻的正常工作范围。一般热敏电阻的适用范围在电阻的正常工作范围。一般热敏电阻的适用范围在-100100350350之间。如果要求特别稳定，最高温度不要超之间。如果要求特别稳定，最高温度不要超过过150150 根据热敏电阻的伏安特性，可以设计不同用途根据热敏电阻的伏安特性，可以设计不同用途的传感器。的传感器。第四十七页，讲稿共六十五页哦9.3.5热敏电阻的非线性热敏电阻的非线性 热敏电阻特性的严重非线性，是扩大测温范围和热敏电阻特性的严重非线性，是扩大测温范围和提高精度必须解决的关键问题。解决的办法是，利提高精度必须解决的关键问题。解决的办法是，利用温度系数小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，用温度系数小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻在一定范围内成线性关系。使热敏电阻在一定范围内成线性关系。ERxRtARtRtRxRxRyu第四十八页，讲稿共六十五页哦9.3.6热敏电阻的应用热敏电阻的应用 热敏电阻的用途主要分为两大类：一类是作为检测元件，热敏电阻的用途主要分为两大类：一类是作为检测元件，另一类是最为电路元件。另一类是最为电路元件。热敏电阻工作在伏热敏电阻工作在伏安特性曲线安特性曲线OaOa段时，流过热敏电阻段时，流过热敏电阻的电流很小，电阻体温度接近环境温度。属于这一类的应的电流很小，电阻体温度接近环境温度。属于这一类的应用有温度测量、电路元件的补偿、湿度测量等。用有温度测量、电路元件的补偿、湿度测量等。热敏电阻工作在伏热敏电阻工作在伏安特性曲线安特性曲线bcbc段时，热敏电阻受段时，热敏电阻受环境温度和自身耗散功率影响，利用这段特性热敏电阻环境温度和自身耗散功率影响，利用这段特性热敏电阻作为开关元件使用。作为开关元件使用。热敏电阻工作在伏热敏电阻工作在伏安特性曲线安特性曲线cdcd段时，热敏电阻的段时，热敏电阻的耗散功率使热敏电阻温度大大超过环境温度耗散功率使热敏电阻温度大大超过环境温度第四十九页，讲稿共六十五页哦 利用这一区域的特性，热敏电阻可用来作启动电阻、利用这一区域的特性，热敏电阻可用来作启动电阻、时间继电器以及流量测量等。时间继电器以及流量测量等。1.测温电路测温电路 简单测温电路简单测温电路仪表或控制器仪表或控制器现场现场热敏电热敏电阻阻采样电阻采样电阻射随器射随器第五十页，讲稿共六十五页哦2.2.管道流量测量管道流量测量 R Rt1t1和和 R Rt2t2为热敏电阻，为热敏电阻，R Rt1t1放入被测流量管道中；放入被测流量管道中；R Rt2t2放入不受流体流速影放入不受流体流速影 响的容器内，响的容器内，R R1 1和和R R2 2为为 一般电阻。一般电阻。4 4个电阻组个电阻组 成桥路。成桥路。测量管道流量示意图测量管道流量示意图 当流体静止时，电桥处于平衡状态，电流计上没有指当流体静止时，电桥处于平衡状态，电流计上没有指示。当流体流动时，示。当流体流动时，R Rt1t1上的热量被带走，上的热量被带走，R Rt1t1因温度变化因温度变化引起阻值变化，电桥失去平衡，电流计出现示数，其数值引起阻值变化，电桥失去平衡，电流计出现示数，其数值与流体流速成正比。与流体流速成正比。第五十一页，讲稿共六十五页哦3.3.热电式继电器热电式继电器 下图是一种应用热敏电阻组成的电机过热保护线路。下图是一种应用热敏电阻组成的电机过热保护线路。三只特性相同的负温度系数热敏电阻串联在一起，固定在三只特性相同的负温度系数热敏电阻串联在一起，固定在电机三相绕组附近。电机三相绕组附近。热电式继电器热电式继电器 电机正常工作时，绕组温度较低，热敏电阻阻值较大，电机正常工作时，绕组温度较低，热敏电阻阻值较大，三极管不导通，继电器不动作。当电机过载或某一相短路时，三极管不导通，继电器不动作。当电机过载或某一相短路时，电机绕组温度急剧上升，热敏电阻阻值下降，三极管导通，电机绕组温度急剧上升，热敏电阻阻值下降，三极管导通，继电器吸合，电机电路被断开，起到保护作用。继电器吸合，电机电路被断开，起到保护作用。第五十二页，讲稿共六十五页哦4.4.温度补偿温度补偿 温度补偿是利用热敏电阻的温度特性来补偿某些温度补偿是利用热敏电阻的温度特性来补偿某些具有相反电阻温度系数的元件，从而改善电路对环境具有相反电阻温度系数的元件，从而改善电路对环境温度变化的适应能力，例如下图。温度变化的适应能力，例如下图。当温度升高使晶体管当温度升高使晶体管 集电极电流集电极电流I Ic c增加，同时增加，同时 由于温度升高也使热敏电阻由于温度升高也使热敏电阻 阻值相应减小，则晶体管基极阻值相应减小，则晶体管基极 电位电位U Ub b下降，使基极电流下降，使基极电流I Ib b减小，减小，从而使集电极电流从而使集电极电流I Ic c减小，减小，晶体管静态点补偿晶体管静态点补偿 达到稳定静态工作点的目的。达到稳定静态工作点的目的。I Ib bIC第五十三页，讲稿共六十五页哦第五十四页，讲稿共六十五页哦第五十五页，讲稿共六十五页哦热释电型传感器一般采用下面的电极结构。热释电型传感器一般采用下面的电极结构。热释电体受到调制频率为热释电体受到调制频率为f的辐射照射并吸收能的辐射照射并吸收能量，使晶体温度上升，自发极化强度按量，使晶体温度上升，自发极化强度按f周期变化，则周期变化，则表面束缚电荷的密度也按表面束缚电荷的密度也按f变化，使晶体在垂直自发变化，使晶体在垂直自发极化强度方向的两个面上出现开路交流电压。极化强度方向的两个面上出现开路交流电压。PsPsPsPs面电极面电极边电极边电极第五十六页，讲稿共六十五页哦热释电传感器应用热释电传感器应用红外线测温、自动门、报警装置等红外线测温、自动门、报警装置等第五十七页，讲稿共六十五页哦集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器同一个芯片上的温度传感器第五十八页，讲稿共六十五页哦1.AD5901.AD590半导体集成温度传感器半导体集成温度传感器 AD590 AD590三种封装形式：三种封装形式：T T0 0-52-52封装、陶瓷封装封装、陶瓷封装 （测温范围（测温范围-50-50+150+150）和和T T0 0-92-92封装（测温范围封装（测温范围0 0 +70+70）。）。T T0 0-52-52封装的封装的 AD590 AD590系列产品的外形和符号系列产品的外形和符号 如图所示，如图所示，1 1脚为正极，脚为正极，2 2脚脚 为负极，为负极，3 3脚接管壳（使用时脚接管壳（使用时 将将3 3脚接地，可起到屏蔽作脚接地，可起到屏蔽作 用）。工作电压用）。工作电压4 430V,30V,对应于热力对应于热力学温度学温度T T每变化每变化1K1K，就输出的，就输出的1uA1uA电流。电流。1 13 32 2外形外形符号符号AD590AD590第五十九页，讲稿共六十五页哦AD590AD590测量电路测量电路uAuA-+-mVmV9V9V9V9V第六十页，讲稿共六十五页哦2.2.数字输出型温度传感器数字输出型温度传感器DS18B20DS18B20 DS18B20 DS18B20在管芯内集成了温敏元件、数据在管芯内集成了温敏元件、数据 转换芯片、存储芯片和计算机接转换芯片、存储芯片和计算机接 口电路等多功能模块。口电路等多功能模块。DS18B20DS18B20 直接输出二进制温度信号，并通直接输出二进制温度信号，并通 过串行方式与单片机通信。用其过串行方式与单片机通信。用其 组成的测温系统在稳定性、可靠组成的测温系统在稳定性、可靠 性、维护工作量和工程造价等一性、维护工作量和工程造价等一 系列指标都具有明显的优势。系列指标都具有明显的优势。DS18B20DS18B20的主要特性的主要特性1 2 31 2 3VddVddGndGndDQDQDS18B20DS18B20引脚排列引脚排列第六十一页，讲稿共六十五页哦（1 1）电压范围）电压范围3 35V5V，在寄生电源方式下可由数据线，在寄生电源方式下可由数据线 供电。供电。（2 2）独特的单线接口方式，）独特的单线接口方式，DS18B20 DS18B20与微处理器连与微处理器连 接时，仅要一条口线实现双向通信。接时，仅要一条口线实现双向通信。（3 3）DS18B20 DS18B20支持多点组网功能，多个支持多点组网功能，多个DS18B20DS18B20可以可以 并联在唯一的三条线上，实现多点测温。并联在唯一的三条线上，实现多点测温。（4 4）测温范围）测温范围-55-55+125+125，在，在-10-10+8585范围范围 内精度为内精度为0.50.5。（5 5）可传）可传CRCCRC送校验码，具有较强的抗干扰纠错能力。送校验码，具有较强的抗干扰纠错能力。（6 6）电源极性接反时芯片不损坏，但不能正常工作。）电源极性接反时芯片不损坏，但不能正常工作。第六十二页，讲稿共六十五页哦（7 7）具有上下限报警功能（主动报警）具有上下限报警功能（主动报警）（8 8）可编程的分辨率为）可编程的分辨率为9 91212位，对应的可分辨温度位，对应的可分辨温度 分别为分别为0.50.5、0.250.25、0.1250.125和和0.06250.0625，可实现高精度测量。可实现高精度测量。使用时注意事项：使用时注意事项：（1）对）对其读写操作时，必须严格地保证操作时序。其读写操作时，必须严格地保证操作时序。用高级语言编程时，读写程序段采用汇编语言。用高级语言编程时，读写程序段采用汇编语言。（2 2）普通通信电缆最长）普通通信电缆最长5050米，双绞线屏蔽电缆米，双绞线屏蔽电缆150150米米（3 3）多点组网时，但出现某一个连线断线情况，软）多点组网时，但出现某一个连线断线情况，软 件要采取一定措施，避免程序陷入死循环。件要采取一定措施，避免程序陷入死循环。第六十三页，讲稿共六十五页哦本章小结本章小结 热电式传感器是利用敏感元件的特征参数随温度热电式传感器是利用敏感元件的特征参数随温度变化的特性，对温度及与温度有关的参量进行测量变化的特性，对温度及与温度有关的参量进行测量的装置。的装置。利用热电效应的热电偶，冷端需要补偿。利用热电效应的热电偶，冷端需要补偿。热敏电阻分为正温度系数和负温度系数即临界温热敏电阻分为正温度系数和负温度系数即临界温度系数三种，常用的是负温度系数热敏电阻。利用度系数三种，常用的是负温度系数热敏电阻。利用热敏电阻伏安特性不同段，可以构成不同的检测传热敏电阻伏安特性不同段，可以构成不同的检测传感器和电子元件。感器和电子元件。热释电效应传感器不能实现静态测量。热释电效应传感器不能实现静态测量。半导体集成测温传感器线性好，灵敏度高，但半导体集成测温传感器线性好，灵敏度高，但测温范围窄。测温范围窄。第六十四页，讲稿共六十五页哦9/8/2022感谢大家观看感谢大家观看第六十五页，讲稿共六十五页哦