第9章-湘潭大学-传感器原理-课件-传感器期末复习PPT.ppt

1 本章主旨 9.1 热电阻传感器 9.2 热电偶传感器 9.4 热电式传感器的应用 第九章 热电式传感器 9.3 晶体管和集成温度传感器 概述 温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度. 我国目前实行的是1990年国际温标(ITS—90） 定义国际开尔文温度（T90） 国际摄氏温度（t90）； T90 ：单位（K）开尔文 t90 ：单位（℃）摄氏 两者关系为： t90/℃ = T90/ K – 273.15 或 t/℃ = T/ K – 273.15 2 概述 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些家用电器中都少不了温度传感器。 3 概述 常见温度计： 煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差温度计、辐射温度计、光测温度计等等。 4 概述 温度传感器应满足的条件: 特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随温度呈线性变化； 除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低； 特性随时间变化要小； 重复性好，没有滞后和老化； 灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小； 机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好； 能大批量生产，价格便宜； 无危险性，无公害等。 5 8 热电式传感器是利用转换器的电磁参数(电阻、电势、磁导)随温度变化的特性来完成测量温度目的。其中将温度转换为电阻变化的称为热电阻和热敏电阻传感器；将温度转换成电势变化的称为热电偶传感器。这两种传感器目前已在工业和科研领域中得到广泛应用，并有与其相配套的显示和记录及控制仪表可选用。 第九章 热电式传感器 9 温度变化 第九章 热电式传感器 热电式传感器 电量变化 电阻 电势 热 电 阻 热 电 偶 晶 体 管 10 携带式表面热电偶NR-30 型号：Nr-81530分度号：K、E、J导线长度：1800㎜手柄材质：塑料使用温度范围：-50℃~+700℃应用：液体、熔体；铠装、SUS316 11 9.1 热电阻传感器 热阻效应：大部分材料的电阻或电阻率随温度变化而变化。 尺寸变量都是随温度变化的，但假定只有电阻率随温度的变化是最显著的。 纯金属电阻随温度的升高而升高，称“正温度系数” 半导体的电阻随温度的升高而减小，称“负温度系数”。测温范围为200～500℃；随着科学技术的进步，热电阻的测温范围已扩展到1—5K的超低温领域，同时，在1000—1200℃温度范围内也有足够好的特性。 12 热敏电阻的物理过程：吸收辐射，产生升温，从而引起材料电阻的变化，其机理很复杂。 半导体材料制成的热敏电阻可以定性的解释为，吸收辐射后，材料中电子的动能和晶格的振动能都有增加。因此，其中部分电子能够从价带跃迁到导带成为自由电子，从而使电阻减小。 金属材料制成的热电阻，因其内部有大量的自由电子，在能带结构上无禁带，吸收辐射产生升温后，自由电子浓度的增加是微不足道的，相反，因晶格振动的加剧，妨碍了电子的自由运动，从而电阻系数是正的，且其绝对值小于半导体。 13 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 应用于-200~600℃范围内的温度测量 14 一、金属热电阻： 2、热电阻的材料特点： A、温度系数高（Ω/C0），电阻率高； B、化学、物理性质稳定，以确保测量准确性； C、线性输出特性：△R与△T成正比； D、好加工，成本低。 1、原理： 电阻率的温度系数定义 对于线性区的金属，用二次展开式可以很好的描述电阻率 0℃时的标准电阻率 电阻率线性温度系数，典型值5×10-3/K 15 3、铂、铜热电阻的特性（应用最广）： ①铂电阻与温度关系： 0-630.755℃：Rt=R0(1+At+Bt2) -190℃-0：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] ②铂电阻的材料特性： R100，R0—100，0℃时的铂电阻值； W（100）越高表示铂电阻纯度越高。 ① W（100）=1.391时 ②A----常数（3.96847×10-3/℃ ） ③B----常数（-5.847×10-7/℃2 ） ④C----常数（-4.22×10-12/℃4 ） 国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391。 分度号: Pt10 表示0℃时电阻为10欧姆 Pt100表示0℃时电阻为100欧姆 16