第4章热电传感技术.pptVIP

本章目的和要求 了解热电式传感技术的基本原理 掌握各种热电式传感器： 结构 特性 使用注意事项及应用 热电式传感器类型：热敏电阻、热电开关、热电阻、热电偶、温敏晶体管等。 概述 热电式传感技术是将温度变化转换为电量变化的一种技术，它所利用的传感器件就是热电式传感器。 在各种传感器中，热电式传感器是应用最为广泛的一种。如家电、医疗、国防、科研、航天航空技术、工业生产等领域，凡是需要调温、控温、测温的地方都用到它。 贴片式NTC热敏电阻 4.2 热电开关 采用两种不同特性的材料（如金属片热膨胀或陶铁磁体热磁性）构成的热敏传感器，该传感器具有温度开关特性，因此又称热电开关或温控开关。 双金属片的弯曲程度，可参考下列公式计算： 4.2.2 陶铁磁体式热电开关 4.5 热电偶 热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。 特点：结构简单，使用方便、精度高、热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送，并可集中检测、自动记录。用来测量-180~28000C范围内的温度。 例 已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1?084.5,0）=13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的EBC（1?084.5,0）=8.354（mV）。求铂铑30-铂铑6在相同温度条件下的热电动势。 解： 由标准电极定律可知， EAB（1?084.5,0）=EAC（1?084.5,0）?EBC（1?084.5,0）=13.937?8.354=5.583（mV） 普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒 4.8 温敏晶闸管（可控硅） 温敏晶闸管（ 可控硅）是温敏闸流晶体管的简称。主要用作大电流、大功率的开关闸。它是一个四层 ＰＮＰＮ结构的三端半导体器件，如图4.26（ａ）所示。 当晶闸管处于正向工作过程时，阳极Ａ和阴极Ｋ之间加正向电压，则J1和J3均为正偏，J２处于反向偏置，它流过很小的电流 IＡ，晶闸管处于高阻态，此状态被称为晶闸管的正向阻断状态— 断态。 实验发现，晶闸管的电流-电压特性随温度的变化而改变，如图4.28所示。 1. 增大反向漏电流和直流增益----降低开关温度 降低开关温度的方法： 采用氩离子注入技术----增大反向漏电流 减小P型和N型基区的宽度----增大直流增益 2. 利用栅极分路电阻 升高或降低开关温度 1. 温度开关 温控晶闸管最简单的应用电路如图 4.30所示。 2. 火灾报警电路 图4.31所示为火灾报警电路。 4.9 集成温度传感器 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。 最大的优点：输出结果与绝对温度成正比，即是理想的线性输出。同时，集成温度传感器体积小、成本低、使用方便，因此广泛用于温度检测、控制和许多温度补偿电路中。 集成温度传感器按照其输出信号的不同分： 电压型 电流型 频率型 1. 基本原理 电压型集成温度传感器是指输出电压与温度成正比的温度传感器。其核心电路如图 4.33所示。 2. 电压型集成温度传感器的电路结构及性能 常用的电压型集成温度传感器为四端输出型，代表性的型号有 SL616、LX5600/5700、LM3911、UP515/610A-C和UP3911等。 其线路由基准电压、温度传感器（PTAT核心电路）和运算放大器３部分组成。温度传感是核心电路，原理是输出电压与温度成正比。 1. AD590的基本原理 2. AD590的结构及性能 AD590是美国哈里斯 （Harris）公司生产的采用激光修正的精密集成温度传感器。AD590有３种封装形式：T0-52封装、陶瓷封装 （ 测量范围均为 －50 ℃ ～＋150℃）和 T0-92封装 （ 测温范围是 0～70℃） 。 4.11 热电传感技术工程应用举例 由于不同种类的电阻温度传感器的温度系数有很大差异，在一定的检测温度范围内精度要求不高的场合，可直接把电阻温度传感器与简单的指示器（ 指示灯、磁电式电流表等）连接，进行温度的测量与指示。 应用：汽车水温测量、自动热水器、冰箱的温度控制等。 利用热敏电阻的温度特性对各种晶体管、集成电路以及其他电子电路和电子元器件进行温度补偿。 作为防灾和过热保护的连接方式有直接保护和间接保护两种形式。 图4.53为PTC电阻对马达、变压器的过热保护电路 由于 PTC热敏电阻从两端加上电压开始，到电阻增加到确定值需要一定的时间，所以可用作延迟。图4.54给出一种延迟开关原理图. 图4.55为空调机、电冰箱和电风扇微风档等设备的马达启动原理电路。 图4.56为NTC热敏电阻与继电器组成