第一章8.24(传感器原理与应用).ppt
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1、第一章 温度传感器 一种将温度变化转换为电学量的装置,用于检测温度和热量,也叫热电式传感器。温度传感种类温度-电阻:热电阻、热敏电阻等温度-电势:热电偶、PN结式传感器热辐射:热释电探测器、红外探测器其他:光纤温度传感,液晶温度传感等等电阻型温度传感器利用感温材料,把测量温度变化转为测量电阻变化。金属热电阻式(热电阻)半导体热电阻式(热敏电阻)金属热电阻1.电阻温度系数a要高。纯金属合金2.测温范围内,化学物理性能稳定3.良好的线性输出特性4.比较高的电阻率5.可加工性。如铂,铜,铁,镍几种正温度系数 金属热电阻温度 特性热敏电阻热敏电阻是用某种金属氧化物为基体原料,加入一些添加剂,采用陶瓷工
2、艺制成的具有半导体特性的电阻器。电阻温度系数比金属大很多。正温度系数 PTC 负温度系数 NTC 临界温度系数 CTR三类热敏电阻 温度特性曲线PTC 热敏电阻电阻温度特性曲线突变型RT=R0exp(AT)缓变型RT=A+BTPTC 热敏电阻静态伏安特性 曲线NTC 热敏电阻lnRT1/T 关系 曲线NTC 热敏电阻静态伏安特性 曲线CTR 热敏电阻负温临界热敏电阻 在某一温度附近电 阻值发生突变,在 狭小的温度范围,阻值随温度增加降 低3-4个数量级。半导体热电阻半导体材料的电阻率对温度变化非常敏感,利用其电阻率随温度变化的特性可以实现温度传感。半导体材料电阻率决定于载流子浓度和迁移率。迁移
3、率与温度关系:半导体载流子迁移率与载流子在电场作用下的散射机理有关。主要散射机构为:声波散射迁移率(晶格振动)电离杂质迁移率电阻率与温度关系:本征半导体:本征载流子浓度决定 杂质半导体:载流子浓度和迁移率决定硅热电阻硅热电阻电阻-温度特性 正向偏置 偏置电流1mA 室温25 度 1000硅热电阻电阻-电流关系 偏置电流应 小于1mA 热敏电阻专业术语零功率电阻 在某一温度下测量热敏电阻值时,加在热敏电阻上的功耗极低,低到因其功耗引起的热敏电阻的阻值变化可以忽略不计.额定零功率电阻R25 额定零功率电阻指环境温度25条件下测得的零功率电阻值 热敏电阻专业术语温度系数 热敏电阻的温度系数定义为温度
4、变化导致的电阻的相对变化.温度系数越大,反应越灵敏最大电流 Imax 最大电流是指热敏电阻最高的电流承受能力.超过最大电流时热敏电阻将会失效。热敏电阻专业术语居里温度 Tc 对于热敏电阻的应用来说,电阻值开始陡峭地增高时的温度是重要的,我们将其定义为居里温度.动作电流 Ik 流过热敏电阻的电流,足以使热敏电阻自热温升超过居里温度,这样的电流称为动作电流.热敏电阻专业术语最大工作电压 Vmax 最大工作电压是指在规定的环境温度下,允许持续地保持在热敏电阻上最高的电压.对同一类型而言,环境温度越高,最大工作电压值越低额定电压 VN 额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压.通常 Vmax=V
5、N+15%热敏电阻的应用医疗应用一般需在数字式温度计、培养(恒温)箱、皮肤传感器、导尿管、透析设备和呼吸器里使用来监测温度、血流或气流。家电应用一般使用以各种包装的玻璃封装薄片来监测和控制烘箱、微波炉、淋浴器、空调器、冰箱、制冷机的温度和监控可充电镍铬电池上的温度热敏电阻的应用电信应用一般进行温度补偿、温度监测与控制。典型应用包括开关设备,以及无绳电话、收音机、可充电电池的充电控制。汽车应用被用作进气传感器、电池、发动机和传动温度传感器、空调和内/外环境温度传感器电阻式温度传感器应用流量检测电阻式温度传感器应用过热保护 电阻式温度传感器应用自动延时 电阻式温度传感器应用恒温箱控制 热电偶利用两
6、种不同金属连接在一起,当结点处温度变化时,另两端产生电势变化的原理制成的传感器为热电偶热电效应1823年赛贝克发现,把两种不同的金属组合闭合回路,且使其两触点处温度不同,回路中就会产生电流,这个物理现象称为赛贝克效应,也称热电效应。帕尔帖效应 汤姆逊效应帕尔帖效应同温度的两种不同 金属相互接触,由于 金属内自由电子密度 不同,在接触面附近 产生一个稳定电势叫 帕尔帖电势。汤姆逊效应一均匀介质棒两端温度不同,导体的高、低温端有温度梯度,高温端自由电子有较高动能向低温端扩散,形成内建电场,内建电场的产生又使电子由低温端向高温端漂移,当扩散和漂移达到动态平衡时,两端的电势差叫汤姆逊电势。参考端T0=
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- 第一章 8.24 传感器 原理 应用
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