第1 2 温度传感器.ppt

第七章 温度传感器（TS） 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，它象空气一样，普遍存在于人们的生活、生产实践当中，甚至它对于维持生命也是不可缺少的信息。因此我们单独讲 TS。 根据测量原理，我们将介绍热电偶、热电阻、热敏电阻、集成温度传感器和红外测温仪。 本章的重点内容是热电偶。这是由于它耐高温、精度高，在工业上应用广泛。当温度不是 内容提要 太高并对精度有要求时，使用铂金热电阻。热敏电阻的特点是体积小，灵敏度高，而且价格便宜。半导体集成 TS 的特点是具有高精度和线性度，测温范围在－55℃～150℃，主要用于温度监测、温度补偿和温度控制三个领域。它在温度传感器市场上将占有重要地位。 以上是接触式温度传感器，对于移动物体或恶劣环境下的温度测量，需要使用非接触式 TS，我们将介绍最近广泛使用的红外测温仪。 温度传感器的原理与分类 定义： 温度传感器是利用金属﹑半导体材料的热敏特性及 PN 结的正向压降随温度变化的缺陷而制成的。 分类： 接触型 非接触型 第一节 热 电 偶 热电偶被誉为温度测量的“常规武器”，标准热电偶的测量范围为-200℃~+1600 ℃ 。 工作原理： 两种不同材料的导体 A 与 B，按图 2-1 所示的组合在一起，如果两结点的温度不同，则在回路中就会有电势产生，其电势（电流）的大小与两导体的性质和结点的温度有关。这种现象称为热电势效应(赛贝克效应)。 热电偶是根据热电势效应的原理制成的。用两根不同材料的金属导线一端焊接在一起，焊接端称为工作端（热端），未焊接端称为自由端（冷端）。热电势由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。 两种导体的接触电势（珀尔贴电势） 接触电势公式： eAB(T)=(KT/q)ln(nA/nB) (2—1） 式中 eAB(T)——A,B两金属在温度 T 时的 接触电势； k——波尔兹曼常数； q——电子电荷 由 A，B 两导体构成的闭合回路，一端温度为 T，另一端温度为 T0 时，在闭合回路中，总的接触电势为： eAB(T， T0）=（K (T - T0) / q) ln( nA / nB) （2—3） 单一导体的温差电势（汤姆逊效应） 设导体 A 达到动态平衡时的温差电势为eA(T，T0），导体 B 的温差电势为 eB(T，T0）。由A，B两导体组成的闭合电路总温差电势为： eAB’(T， T0）=∫（ σB -σA) dT σA、 σB——导体A，B的汤姆逊系数 （2—4） 热电偶总的热电势为： EAB(T， T0）= eAB(T， T0）+ eAB’(T， T0） = （K (T - T0) / q) ln( nA / nB) + ∫（ σB -σA) dT （2—5） 结论: 1. 同种导体构成的热电偶,即便 T? T0。闭合回路中也不会产生热电势。因此，作为热电偶，必须采用两种不同的导体作热电极。 2. 热电偶所产生的热电势大小，只决定于热电极材料的成分和两结点温度，与热电极的长度，直径和接触面的形状、大小无关。当T=T0 时，热电势为零。 3. 热电偶两电极材料成分确定后，热电势大小只由两结点温度决定，与电极中间温度无关。若自由端温度 T0 保持一定，由式（2—5）可知，热电偶的热电势仅是测量端温度 T的单值函数。即： EAB(T， T0）= φ（T） （2—6） ㈡ 热电偶的种类 按材料： 廉