第二章 温度传感器(中职）传感器电路制作与调试项目教程第3版().pptx

电子课件（工信版）第二章 温度传感器(中职）传感器电路制作与调试项目教程第3版传感器电路制作与调试项目教程 第3版第二章 温度传感器温标 热电阻 热电偶 热敏电阻集成式温度传感器 热膨胀式温度传感器 应用电路分析温标什么是温标什么是温标一、什么是温标温标为了保证温度量值的统一，人们建立一个衡量温度高低的标准尺度称为温标。它规定了温度读数的起点（零点）以及温度的单位。常用的温标有三个：摄氏温标、华氏温标、热力学温标。温标3种温标摄氏温标华氏温标灵活运用摄氏温标是把在标准大气压下冰的熔点定位零摄氏度，把水的沸点定位100摄氏度，在这两个温度点间划分100等份，每一等份为1摄氏度。符号为t，单位为华氏温标是人们规定在标准大气压下冰的熔点定位32华氏度，把水的沸点定位212华氏度，在这两个温度点间划分180等份，每一等份为1华氏度。符号为，单位为。国际单位制中，以热力学温标作为基本温标。它做定义的温度称为热力学温度，符号为T，单位为开尔文（K）。开氏温标和摄氏温标的换算：T/K=t/+273.15 二、温标的种类思考题观察下图所示三种温度计，试找出36.6所对应的华氏温度及热力学温度值。思考题第第1章章热电阻热电阻铂热电阻铜热电阻热电阻一、铂热电阻用铂制作的测温电阻叫做铂热电阻。铂电阻具有稳定性好、抗氧化能力用铂制作的测温电阻叫做铂热电阻。铂电阻具有稳定性好、抗氧化能力强、测温精度高等特点，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻强、测温精度高等特点，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的应用范围为（的应用范围为（-200-850-200-850）。在在-200-20000范围内，铂电阻的电阻范围内，铂电阻的电阻温度特性方程是温度特性方程是在在0 0850850范围内，铂电阻的电阻范围内，铂电阻的电阻温度特性方程是温度特性方程是热电阻我国规定工业用铂电阻有我国规定工业用铂电阻有R R0 0=10=10和和R R0 0=100=100两种，两种，它们的分度号分别为它们的分度号分别为Pt10Pt10和和Pt100Pt100，其中，其中R0=10R0=10的的铂电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温铂电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能明显优于性能明显优于R0=100R0=100的铂电阻，主要用于的铂电阻，主要用于650650以以上的测温区，而上的测温区，而R R0 0=100=100的铂电阻主要用于的铂电阻主要用于650650以以下的测温区，相对来说下的测温区，相对来说P Pt100t100为常用。为常用。一、铂热电阻热电阻二、铜热电阻用铜制作的测温电阻叫做铜热电阻（铜电阻）。相对于铂来说铜价格低用铜制作的测温电阻叫做铜热电阻（铜电阻）。相对于铂来说铜价格低廉，因此在精度要求不高的场合和测温范围较小时，普遍使用铜电阻。廉，因此在精度要求不高的场合和测温范围较小时，普遍使用铜电阻。铜电阻的应用范围为铜电阻的应用范围为-50-50150150。铜电阻的电阻铜电阻的电阻温度特性是近似的线性关系温度特性是近似的线性关系由于由于22、33比比11小得多，所以可以简化为小得多，所以可以简化为热电阻铜电阻的铜电阻的R0R0分度号为分度号为Cu50Cu50表示表示R0=50R0=50，Cu100Cu100表示表示R0=100R0=100。由于。由于铜的电阻率比铂小，而且在空气中容易被氧化，故不适宜在高温和铜的电阻率比铂小，而且在空气中容易被氧化，故不适宜在高温和腐蚀性介质下工作。腐蚀性介质下工作。二、铜热电阻热敏电阻热敏电阻3种NTC(负温度系数热敏电阻)PTC(正温度系数热敏电阻)CTR(临界温度系数热敏电阻)通常所说的热敏电阻器指的就是这种负温度系数的热敏电阻器。其特性是，温度越高，其阻值越小；温度越低，其阻值越高，呈现负温度系数的特性。正温度系数热敏电阻通常是在钛酸钡陶瓷中加入施主杂质烧结而成的。其特性是，温度越高，其阻值越大；温度越低，其阻值越小，呈现正温度系数的特性。正突变：温度上升时，电阻缓慢变化，当温度升高到某一温度时，电阻突然增大，相当于开关的“开”状态。负突变：温度上升时，电阻缓慢变化，当温度升高到某一温度时，电阻突然减小，相当于开关的“关”状态。一、热敏电阻种类热敏电阻一、热敏电阻种类热敏电阻二、热敏电阻的应用温度补偿温度控制温度测量热敏电阻一般结构简单，价格较低廉。密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以应用在较恶劣的环境下。热敏电阻可以在长达几千米的远距离测温中应用，测量电路多采用电桥电路。热敏电阻可在一定范围内对某些元件进行温度补偿。例如，动圈式表头中动圈由钢线绕制而成。温度升高，电阻增大，引起测量误差。可在动圈回路中串入由负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度变化所产生的误差。将CTR热敏电阻埋设在被测物中，并与继电器串联，给电路加上恒定电压。当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流可由十分之几毫安变为几十毫安，因此继电器动作从而实现温度控制或过热保护。热电偶热电偶一、工作原理工作原理是基于工作原理是基于热电效应热电效应。两种不同的导。两种不同的导体（或半导体）体（或半导体）A A和和B B组成一个闭合电路，组成一个闭合电路，如果它们两个接点的温度不同，则在回路如果它们两个接点的温度不同，则在回路中产生电动势，并有电流通过，这种把热中产生电动势，并有电流通过，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。能转换成电能的现象称为热电效应。产生的电动势称为产生的电动势称为热电动势热电动势，A A、B B两导体两导体称为称为热电极热电极，T T端称为端称为测量端或工作端或测量端或工作端或热端热端，T T0 0端称为端称为参考端或参比考端或冷端参考端或参比考端或冷端，温差越大，产生的热电动势也越大。温差越大，产生的热电动势也越大。热电偶二、基本定律（1 1）均质导体定律）均质导体定律由一种导体（或半导体）组成的闭合回路，不论其截面、长度如何以及各由一种导体（或半导体）组成的闭合回路，不论其截面、长度如何以及各处的温度如何分布，都不会产生热电动势。处的温度如何分布，都不会产生热电动势。（2 2）中间导体定律（第三导体定律）中间导体定律（第三导体定律）在热电偶回路中，接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相在热电偶回路中，接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电动势保持不变。同，则热电偶所产生的热电动势保持不变。中间导体定律，是热电偶实际测温应用中，采用热端焊接，冷端经连接导中间导体定律，是热电偶实际测温应用中，采用热端焊接，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统的依据。线与显示仪表连接构成测温系统的依据。（3 3）中间温度定律）中间温度定律热电偶回路中，两接点温度为热电偶回路中，两接点温度为T T和和T T0 0的热电动势，等于热电偶在温度为的热电动势，等于热电偶在温度为T T、TnTn时的热电势与在温度为时的热电势与在温度为TnTn、T T0 0时的热电势的代数和。时的热电势的代数和。热电偶三、常用热电偶热电偶三、常用热电偶热电偶3种结构装配式热电偶这种热电偶由热电极1、绝缘套管2、保护套管3、接线盒4及接线盒盖5组成。绝缘体一般使用陶瓷套管，其保护套有金属和陶瓷两种。装配式热电偶主要用于测量液体和气体的温度。四、热电偶的结构1 1热电极热电极 2 2绝缘套管绝缘套管 3 3保护套管保护套管 4 4接线盒接线盒 5 5接线盒盖接线盒盖热电偶3种结构铠装热电偶铠铠装装热热电电偶偶是是由由热热电电偶偶丝丝、绝绝缘缘材材料料，金金属属套套管管三三者者拉拉细细组组合合而而成成一一体体，又又由由于于它它的的热热端端形形状状不不同同，可可分分为为四四种种形形式式。它它的的突突出出优优点点是是小小型型化化(直直径径从从1mm1mm到到0.25mm)0.25mm)、寿寿命命长长、热热惯惯性性小小，使使用用方方便便，主主要要用用于于测测量量狭狭缝缝的的场合。场合。四、热电偶的结构(a)(a)碰底型碰底型 (b)(b)露头型露头型 (c)(c)帽型帽型1 1金属套管金属套管 2 2绝缘材料绝缘材料 3 3热电极热电极 热电偶3种结构薄膜热电偶薄膜型热电偶是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料薄膜型热电偶是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜状热电偶，其热接点极薄蒸镀到绝缘板上而形成薄膜状热电偶，其热接点极薄（0.01-0.1m0.01-0.1m），因此特别适用于对壁面温度的快速测），因此特别适用于对壁面温度的快速测量，安装时，用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。量，安装时，用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。四、热电偶的结构1.1.热电极热电极 2 2电接点电接点 3 3绝缘基板绝缘基板 4 4引出引出线线热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿1.1.补偿导线补偿导线（1 1）使用补偿导线的目的）使用补偿导线的目的工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区。工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区。11测量端；测量端；22热电极；热电极；33接线盒接线盒1 1（中间温度）；（中间温度）；44补偿导线；补偿导线；55接线盒接线盒2 2（新的冷端）；（新的冷端）；66铜引线（中间导线）；铜引线（中间导线）；77毫伏表毫伏表热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿1.1.补偿导线补偿导线（2 2）在使用补偿导线时必须注意以下问题）在使用补偿导线时必须注意以下问题 补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为补偿导线只能在规定的温度范围内（一般为0 0100100）与热电偶的热）与热电偶的热电动势相等或相近。电动势相等或相近。不同型号的热电偶有不同的补偿导线。不同型号的热电偶有不同的补偿导线。热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度。热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度。补偿导线有正、负极，需分别与热电偶的正、负极相连。补偿导线有正、负极，需分别与热电偶的正、负极相连。补偿导线的作用只有延伸热电偶的自由端，当自由端补偿导线的作用只有延伸热电偶的自由端，当自由端T00T00时，还需进时，还需进行其他补偿与修正。行其他补偿与修正。热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿2.2.计算法计算法若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为零摄氏度若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为零摄氏度,而在使用中冷端而在使用中冷端温度不为零摄氏度时温度不为零摄氏度时,根据热电偶的中间温度定律就可以求得。修正时，根据热电偶的中间温度定律就可以求得。修正时，先测出冷端温度先测出冷端温度T0T0，然后从该热电偶分度表中查出，然后从该热电偶分度表中查出EAB(TEAB(T，0)(0)(此值相当此值相当于损失掉的热动势于损失掉的热动势)，并把它加到所测得的，并把它加到所测得的EAB(TEAB(T，T0)T0)上，根据热电偶的中上，根据热电偶的中间温度定律求出间温度定律求出EAB(TEAB(T，0),0),此值是已得到补偿的热电势，根据此值再在此值是已得到补偿的热电势，根据此值再在分度表中查出相应的温度值。计算修正法共需要查分度表两次，如果冷端分度表中查出相应的温度值。计算修正法共需要查分度表两次，如果冷端温度低于温度低于00，仍可用上式计算修正，但查出的，仍可用上式计算修正，但查出的EAB(TEAB(T，0)0)为负值。为负值。热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿3.3.仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的自由端温度当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的自由端温度T T0 0基本恒定，基本恒定，对测量精度要求又不高时，可将仪表的机械零点调至热电偶自由端温度对测量精度要求又不高时，可将仪表的机械零点调至热电偶自由端温度T T0 0。的位置上，这相当于在输入热电偶的热电动势的位置上，这相当于在输入热电偶的热电动势E EABAB（T T，T T0 0）前先给仪表输入）前先给仪表输入一个热电动势一个热电动势E EABAB（T T0 0，00）。这样，仪表在使用时所指示的值即为）。这样，仪表在使用时所指示的值即为E EABAB（T T，T T0 0）+E+EABAB（T T0 0，OO）。进行仪表机械零点调整时，首先应将仪表的电源）。进行仪表机械零点调整时，首先应将仪表的电源和输人信号切断，然后用螺丝刀调节仪表面板上的螺丝使指针指向和输人信号切断，然后用螺丝刀调节仪表面板上的螺丝使指针指向T T0 0的刻度的刻度上。此法虽有一些误差，但非常简便，在工业上经常采用。上。此法虽有一些误差，但非常简便，在工业上经常采用。热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿4.4.冷端恒温法（冰浴法）冷端恒温法（冰浴法）将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在00不变。此方法也称为冰浴法，它消除了不变。此方法也称为冰浴法，它消除了t t0 0不等于不等于00而引入的误差，由于而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。1 1被测液体管道被测液体管道 2 2热电偶热电偶 3 3接线盒接线盒 4 4补偿导线补偿导线5 5铜制质导线铜制质导线 6 6毫伏表毫伏表 7 7冰瓶冰瓶 8 8冰水混合物冰水混合物 9 9试管试管 1010一新的冷端一新的冷端热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿5.5.电桥补偿法电桥补偿法电电桥桥补补偿偿法法是是最最常常用用的的自自由由端端温温度度自自动动补补偿偿的的方方法法。它它是是利利用用直直流流电电桥桥的的不不平平衡衡电电压压来来补补偿偿热热电电偶偶因因自自由由端端温温度度变变化化而而引引起起的的热热电电动动势势变变化化值值。R RCuCu用用铜铜丝丝统统制制，R R1 1、R R2 2、R R3 3用用锰锰铜铜丝丝绕绕制制。当当自自由由端端温温度度增增大大时时，由由于于R RCuCu增增加加，使电桥输出的不平衡电压增加，以补偿热电偶热电动势的减小。使电桥输出的不平衡电压增加，以补偿热电偶热电动势的减小。热电偶五、热电偶的冷端处理及温度补偿6.6.软件补偿法软件补偿法在在计计算算机机监监控控系系统统中中，有有专专门门设设计计的的热热电电偶偶信信号号采采集集卡卡或或采采集集器器，通通常常有有单单路路、8 8路路、或或1616路路信信号号通通道道，带带有有隔隔离离、放放大大、滤滤波波等等处处理理电电路路，在在每每一一块块卡卡上上都都在在接接线线端端子子附附近近安安有有热热敏敏电电阻阻或或半半导导体体温温度度传传感感器器，在在采采集集卡卡驱驱动动程程序序的的支支持持下下，计计算算机机每每次次都都采采集集各各路路热热电电动动势势信信号号和和冷冷端端温温度度信信号号，按计算修正法计算出每一路的热电动势值，就可以得到准确的被测值。按计算修正法计算出每一路的热电动势值，就可以得到准确的被测值。热电偶热电偶按照其连接方式可分为以下热电偶按照其连接方式可分为以下2 2种：种：六、热电偶的连接方式串联热电偶串联热电偶 并联热电偶并联热电偶热膨胀式温度传感器热膨胀式温度传感器一、固体热膨胀式双金属片式典型的固体热膨胀式温度传感器。双金属片式典型的固体热膨胀式温度传感器。通常用来作开关使用的，常称为温控开关。该通常用来作开关使用的，常称为温控开关。该传感器的构成，主要是将两种不同的金属片熔传感器的构成，主要是将两种不同的金属片熔接在一起。由于金属的热膨胀系数不同，所以接在一起。由于金属的热膨胀系数不同，所以温度的变化就会引起双金属片向不同的方向弯温度的变化就会引起双金属片向不同的方向弯曲。若温度升高，双金属片就会向热膨胀系数曲。若温度升高，双金属片就会向热膨胀系数小的方向弯曲；若温度降低，双金属片就会向小的方向弯曲；若温度降低，双金属片就会向热膨胀系数大的方向弯曲，从而形成开关的热膨胀系数大的方向弯曲，从而形成开关的“开开”与与“关关”的状态。的状态。热膨胀式温度传感器一、固体热膨胀式家用电熨斗家用电熨斗 电熨斗的结构图电熨斗的结构图热膨胀式温度传感器二、气体热膨胀式气体气体热热膨胀式温度传感器是利用封闭容器中膨胀式温度传感器是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的一种温度传感器，该温度计又称为压力式温度一种温度传感器，该温度计又称为压力式温度计。计。如图所示为气体膨胀式温度计，当温包受热如图所示为气体膨胀式温度计，当温包受热后，其内部的工作介质温度升高体积膨胀压力后，其内部的工作介质温度升高体积膨胀压力增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧管产生变形，并由传动机构带动指针偏转，指管产生变形，并由传动机构带动指针偏转，指示相应的温度值。示相应的温度值。热膨胀式温度传感器三、液体热膨胀式玻璃液体温度计：将酒精、水银、煤油等液体充入到透明有刻度的玻璃吸管中，两端玻璃液体温度计：将酒精、水银、煤油等液体充入到透明有刻度的玻璃吸管中，两端封闭就制成了玻璃液体温度计，它是利用玻璃感温泡内的液体受热体积膨胀与玻璃体膨封闭就制成了玻璃液体温度计，它是利用玻璃感温泡内的液体受热体积膨胀与玻璃体膨胀之差来测量温度的。胀之差来测量温度的。集成式温度传感器集成式温度传感器一、集成式温度传感器集成温度传感器是半导体技术的产物。从20世纪80年代进入市场后，由于它的线性度好，精度适中，灵敏度高，故其应用越来越广泛。集成温度传感器是将温敏晶体管、放大电路、温度补偿电路等辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器。它的最大优点是线性度好，而且体积小、成本低、使用方便。集成式温度传感器一、集成式温度传感器LM35DS18B20AD590电流输出，1uA/K，-55150，430V电压输出，10mV/，-50150，430V数字输出，-55125，通过数据结构读出温度值。集成式温度传感器一、集成式温度传感器DS18B20应用电路分析应用电路分析一、温度报警电路应用电路分析二、火灾报警电路应用电路分析三、多点温度报警电路思考题观察下图，分析这两种温度计工作原理有何区别，分别应用了那种类型的温度传感器？思考题第第1章章感谢聆听传感器与自动检测课程组