第八章 节 热电式传感器 《传感器（第5版）》课件.pptxVIP

普通高等教育“十一五”国家级规划教材; 第一节 热电偶传感器 第二节 热电阻传感器 第三节 热敏电阻传感器 第四节 集成温度传感器;第一节 热电偶传感器; 由热电效应制成的测温传感器就是热电偶。测温时： 结点2置于被测温度场中，称为测量端（工作端、热端）； 结点1处于某一恒定温度（或已知温度），称为参考端（自由端或冷端）。 ;接触电动势 由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势，其大小可表示为：;由此可得出有关热电偶回路的几点结论： 1）如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体即 ， ，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电动势为零。因此，热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极。 2）如果热电偶两结点温度相等，即 ，则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路内的总电动势亦为零。 3）热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间温度无关，只与结点温度有关。;2、热电偶的基本定律 （1）中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电动势。;（2）参考电极定律图 由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作参考电极。如果已求出各种热电极对铂极的热电特性，可大大简化热电偶的选配工作。;（3）中间温度定律 当热电偶的两个节点温度为T，T1时,热电势为EAB（T,T1）；当热电偶的两个节点温度为T1，T0时, 热电势为EAB（T1,T0）；当热电偶的两个节点温度为T，T0时, 热电势为 ;二、常用的热电偶;三、热电偶的温度???偿; 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度不在0℃时引起的热电势变化值，在热电偶与测温仪表之间串接一个直流不平衡电桥，电桥中的R1、 R2、 R3、由电阻温度系数很小的锰铜丝制作，另一桥臂的RT由温度系数较大的铜线绕制。 电桥的4个电阻均和热电偶冷端处在同一环境温度，但由于RT的阻值随环境温度变化而变化，使电桥产生的不平衡电压的大小和极性随着环境温度的变化而变化，从而达到自动补偿的目的。;;第二节 热电阻传感器;第二节 热电阻传感器;第二节 热电阻传感器;第二节 热电阻传感器;一、热敏电阻的工作原理 半导体热敏电阻（以下简称热敏电阻）是利用半导体的电阻值随温度变化这一特性制成的一种热敏元件。 优点： 灵敏度高，体积小，响应快，功耗低，价格低廉； 缺点： 电阻值随温度呈非线性变化，元件的稳定性及互换性差。;热敏电阻是由某些金属氧化物按不同的配方比例烧结制成的。不同的热敏电阻材料，具有不同的电阻－温度特性，按温度系数的正负，将其分为正温度系数热敏电阻，负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。各热电阻的温度特性曲线如图8-7所示。;（1）负温度系数热敏电阻（NTC） 其电阻随温度升高而降低，具有负的温度系数，通常将NTC称为热敏电阻，负温度系数热敏电阻器的电阻－温度特性，可用如下经验公式描述： 　　　　　　　　 式中，RT －绝对温度为T时热敏电阻的阻值； －绝对温度为T0时热敏电阻的阻值； BN－负温度系数热敏电阻器的热敏指数。;（2）正温度系数的热敏电阻器（PTC） 其电阻随温度增加而增加，它的电阻与温度的关系可近似表示为： 　　 　　 式中， RT －绝对温度为T时热敏电阻的阻值； －绝对温度为T0时热敏电阻的阻值； BN－负温度系数热敏电阻器的热敏指数。 （3）临界温度系数热敏电阻（CTR） 其特点是在某一温度时，电阻急剧降低，因此可作为温度开关。 ;二、热敏电阻的结构 通常，热敏电阻主要由热敏探头1、引线2、壳体3构成，如图8-8所示。热敏电阻一般做成二端器件，但也有构成三端或四端的。二端和三端器件为直热