温度传感器的应用课件.ppt
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1、关于温度关于温度传感器的感器的应用用第1页,此课件共35页哦Page 2温度传感器的类型温度传感器的类型Template for Microsoft PowerPoint第2页,此课件共35页哦Page 3温度传感器的测温范围温度传感器的测温范围第3页,此课件共35页哦Page 4用比用比较法法测量各种量(如量各种量(如电阻、阻、电容、容、电感等)的感等)的仪器。最器。最简单的是由四个支路的是由四个支路组成的成的电路。各支路称路。各支路称为电桥的的“臂臂”。如。如图电路中有一路中有一电阻阻为未知(未知(2),),一一对角角线中接入直流中接入直流电源,另一源,另一对角角线接入接入检流流计。可以通
2、。可以通过调节各已知各已知电阻的阻的值使中无使中无电流通流通过,则电桥平衡,未知平衡,未知电阻阻21/3。图2中,非平衡中,非平衡电桥的的BD两端接两端接负载电阻阻为Ro的的电压表。表。该电桥不需要不需要调平衡,只要平衡,只要测量量输出出电压Uo或或电流流Io,就可得到,就可得到Rx值。当当负载电阻阻Ro(即(即电桥输出出处于开路状于开路状态)时,Io=0,电桥输出端接数字出端接数字电压表或高表或高输入阻抗放大器入阻抗放大器时属属这种情况。种情况。电桥电桥第4页,此课件共35页哦Page 5电桥电桥R0较大时,较大时,I0趋向于零趋向于零因因Io=0,故,故I1=I4,I2=I3,根据分,根据
3、分压原理,原理,输出出电压Uo为:即即设室温室温t=t0时,Rx=Rx0,当温度,当温度t=t0+D t时,Rx=Rx0+DRx,由(,由(4-22-3)式求得)式求得电压Uo为:第5页,此课件共35页哦Page 6测温原理测温原理由于温度变化而引起的温度传感器的阻值变化较小,通常采由于温度变化而引起的温度传感器的阻值变化较小,通常采用电桥构成放大器。当温度传感器的阻值发生变化时,电用电桥构成放大器。当温度传感器的阻值发生变化时,电桥的两臂出现不平衡。这使得电桥输出一桥的两臂出现不平衡。这使得电桥输出一 个毫幅级的电压个毫幅级的电压而供中间级放大器放大,再经后续电路测量。而供中间级放大器放大,
4、再经后续电路测量。电桥输出电压的值可以通过下式求得:电桥输出电压的值可以通过下式求得:第6页,此课件共35页哦Page 7热电阻传感器热电阻传感器热电阻:电阻值随温度变化的温度检测元件。热电阻:电阻值随温度变化的温度检测元件。金属热电阻的阻值与温度的关系:金属热电阻的阻值与温度的关系:RT=R01+a(T-T0)+b(T-T0)2.式中,式中,Rt为温度为温度t时的阻值;时的阻值;Rt0为温度为温度t0(通常(通常t0=0)时对应电)时对应电阻值;阻值;为温度系数。为温度系数。半导体热电阻的阻值与温度的关系:半导体热电阻的阻值与温度的关系:RT=AeB/t 式中式中Rt为温度为为温度为t时的阻
5、值;时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。取决于半导体材料的结构的常数。第7页,此课件共35页哦Page 8采用热电阻构成的测温仪器有电桥、直流电位差计、电子式采用热电阻构成的测温仪器有电桥、直流电位差计、电子式 自动平衡计量仪器、动圈比率式计量仪器、动圈式计量仪器、自动平衡计量仪器、动圈比率式计量仪器、动圈式计量仪器、数字温度计等数字温度计等用热电阻进行温度测量时的接法有四线式接法、三线式接法、用热电阻进行温度测量时的接法有四线式接法、三线式接法、二线式接法二线式接法第8页,此课件共35页哦Page 9热电阻传感器的四线式接法热电阻传感器的四线式接法为了消除了消除热电阻阻测量量电路中
6、路中电阻体内阻体内 导线以及以及连线引起的引起的误差,在差,在右右图所所 示的示的电桥及直及直 流流电位差位差计或数字或数字电压 表中,表中,热电阻体采用阻体采用线连接方式,接方式,这样,可用于,可用于对标准准电阻温度阻温度计进行行 校正,并能校正,并能对温度温度进行高精度的行高精度的测 量。量。如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。如图所示为热电阻传感器构成的电桥测温计。图中,中,为热电阻体构成的阻体构成的电阻元阻元 件,件,为检流流计或微或微电流流检测器,器,为固定固定电阻,阻,R为平衡平衡调节电阻阻,S为切换开关为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。为热电阻体内导线。检流计上部的电压
7、检流计上部的电压:VGU=RX/(RX+R)U 下部的电压:下部的电压:VGD=R4/(R3+R4)U 检流计的电压:检流计的电压:VG=VGU-VGD=(RXR3-R4R)/(R3+R4)(R+RX).U 由上式可见只要由上式可见只要RX的值发生变化,则的值发生变化,则VG发生变化发生变化 第9页,此课件共35页哦Page 10另一种四线式接法另一种四线式接法 右图中右图中R为固定电阻,为固定电阻,R为平衡平衡调节电 阻阻,S为切换开关为切换开关,L1、L2为热电阻体内导线。为热电阻体内导线。设设R1的左半部分电阻为的左半部分电阻为R10,右半部分电阻为右半部分电阻为R11.R2的左半部分电
8、阻为的左半部分电阻为R20,右半部分电阻为右半部分电阻为R21.R3 的左半部分为的左半部分为R30,右半部分为右半部分为R31.当当S接到接到A时:时:检流计的左半部分电压为:检流计的左半部分电压为:VGL=(R30+R10)/(R+R10+R30)U 右半部分电压为:右半部分电压为:VGR=(RX+R21)/(RX+R21+R)U 则检流计和则检流计和R11、R20两边的电压为:两边的电压为:VG=VGL-VGR=(R21R30+RR30-RXR1-RRX)/(R+R1+R30)(RX+R21+R)U 当当S接到接到B时:时:检流计的左半部分电压为:检流计的左半部分电压为:VGL=(R30
9、+R10+RX)/(R+R10+R30+RX)U 右半部分电压为:右半部分电压为:VGR=R21/(R21+R)U 则检流计和则检流计和R11、R20两边的电压为:两边的电压为:VG=VGL-VGR=(R21R-RR30-R10R-RRX)/(R+R10+R30+RX)(R21+R)第10页,此课件共35页哦Page 11热电阻构成电位差计或数字电压表热电阻构成电位差计或数字电压表为热电阻体构成的阻体构成的电阻元件阻元件,为标准准电阻,阻,为电流流调节电阻,阻,为切切换开关。开关。VRs=RS/(Rh+RS+RX)U VRx=Rx/(Rh+RS+RX)U 通过电位差计或数字电压表测出通过电位差
10、计或数字电压表测出 VRs与与VRx的差值从而确定出温度的差值从而确定出温度第11页,此课件共35页哦Page 12温度传感器的三线式接法温度传感器的三线式接法 采用线式连接方式时使用的导线必须是材质、采用线式连接方式时使用的导线必须是材质、线径、长度及电阻值相等,而且在全长导线内线径、长度及电阻值相等,而且在全长导线内温度分布相同。这种方式可以消除热温度分布相同。这种方式可以消除热 温度传感温度传感器电阻内导线及连线引起的大部分误差,一般器电阻内导线及连线引起的大部分误差,一般的温度测量大都采用这种接线方式。的温度测量大都采用这种接线方式。不难算出检流计两边的电压为:不难算出检流计两边的电压
11、为:VG=(RRx-RR3)/(Rx+R)(R+R1)U图图a)为电桥或动圈式计量仪器图)为电桥或动圈式计量仪器图)为带)为带放大器的动圈式计量仪器放大器的动圈式计量仪器 放大器两输入端的电压为:放大器两输入端的电压为:V=(RRx-RR3)/(Rx+R)(R+R1)U第12页,此课件共35页哦Page 13图图)为为电子自子自动平衡式平衡式计量量仪器器,图,图)为为数字式温度数字式温度计 设设RP上端的电压为上端的电压为RPU,下端电压为下端电压为RPD,图图C)中放大器两边的电压为:中放大器两边的电压为:UA=(2RPD+Rx-R-RP)/(2RP+2R+Rx)U第13页,此课件共35页哦
12、Page 14三线式接法能消除误差的三线式接法能消除误差的原理原理PT100引出的三根引出的三根导线截面截面积和和长度均度均 相同相同(即即r1=r2=r3),测量量铂电阻的阻的电路路 一般是不平衡一般是不平衡电桥,铂电阻阻(Rpt100)作作 为电桥的一个的一个桥臂臂电阻,将阻,将导线一根一根(r1)接到接到电桥的的电源端,其余两根源端,其余两根(r2、r3)分分别接到接到铂电阻所在的阻所在的桥臂及与其相臂及与其相邻 的的桥臂上,臂上,这样两两桥臂都引入了相同阻臂都引入了相同阻 值的引的引线电阻,阻,电桥处于平衡状于平衡状态,引,引 线线电阻的阻的变化化对测量量结果没有任何影果没有任何影 响
13、。响。第14页,此课件共35页哦Page 15热电阻传感器的二线式接法热电阻传感器的二线式接法右右图所示所示电路路为采用采用线式式连接方式,接方式,这种接种接线方式不能消除方式不能消除连线电阻随温度阻随温度 变化引起的化引起的误差,差,为此,此,应确保确保连线电 阻阻值远低于低于测温的温的热电阻阻值。一定要将。一定要将 外部的外部的电阻阻值调整到整到计量量仪器器说明明书中中 提供的提供的标称称值。外部。外部电阻是指接在阻是指接在计量量 仪器的器的测量端子外量端子外侧的的导线及及测温温热电 阻体内阻体内导线所所组成的成的电路的路的电阻,不包阻,不包 括由括由热电阻体构成的阻体构成的电阻元件的阻元
14、件的电阻。阻。采用采用热电阻阻进行高精度的温度行高精度的温度测量量时,不希望采用不希望采用线式式连接方式接方式,即使采用,即使采用也要使用电阻补偿导线也要使用电阻补偿导线 检流计两边的电压为:检流计两边的电压为:UG=(RxR-RRP)/(R+Rx)(R+RP)U 第15页,此课件共35页哦Page 16 采用电阻补偿导线的线式连接方式采用电阻补偿导线的线式连接方式采用这种采用这种2线式接法和三线式接法有同线式接法和三线式接法有同样的效果样的效果图图a)为电桥或动圈式测温计,图)为电桥或动圈式测温计,图b)为)为电子自动平衡式计量仪器电子自动平衡式计量仪器第16页,此课件共35页哦Page 1
15、73线式铂热电阻实用电路线式铂热电阻实用电路第17页,此课件共35页哦Page 18相关计算相关计算(起始值起始值)由于由于A1放大器的虚短和虚段特性放大器的虚短和虚段特性,V+=V-,I+=I-=0,则则RA和和RB两端的电压为两端的电压为稳压管两端的电压,即是稳压管两端的电压,即是5V,所以所以VT1集电极的电流为:集电极的电流为:i=5/(RA|RB)=1mA RT的初始阻值为:的初始阻值为:RT=100 B点电压为:点电压为:VB=1(mA)X(2r+100)b点电压为:点电压为:VA=1(mA)X(r+100)先讨论先讨论r对电路的影响对电路的影响(此时此时R0=R1=0):从从B点
16、看,则点看,则b点电压为点电压为0,此时,此时,V+=V-=0,流过流过R2和和R3电流相同,则增益为:电流相同,则增益为:A1=-(R3/R2)(1+R5/R4)=-(1+R5/R4)从从b点看,则点看,则B点电压为点电压为0,由虚短和虚断特性,且,由虚短和虚断特性,且R2=R3增益为:增益为:A2=(1+R3/R2)(1+R5/R4)=2(1+R5/R4)则输出为:则输出为:U0=VBA1+VAA2=100(1+R5/R4)当温度无变化时电路输出电压为当温度无变化时电路输出电压为0:B点的电压为点的电压为(此时此时此时此时R0=R10):VB=1(mA)X(2r+200),从,从B点看到的
17、点看到的增益和从增益和从B看到的增益相同,而且看到的增益相同,而且b点增益也不变。点增益也不变。则输出电压为:则输出电压为:U0=VBA1+VAA2=0第18页,此课件共35页哦Page 19相关计算(动态值)相关计算(动态值)当温度变化时,设电阻值变化为当温度变化时,设电阻值变化为R.由前面知道由前面知道:VB=1(mA)X(2r+200+R)VA=1(mA)X(r+100+R)电路的增益不变,则电路的输出值电路的增益不变,则电路的输出值:U0=VBA1+VAA2 =-(1+R5/R4)X1(mA)X(2r+200+R)+2(1+R5/R4)X1(mA)X(r+100+R)=-(1+R5/R
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- 温度传感器 应用 课件
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