《温敏传感器》课件.pptVIP

温敏传感器温度监测和控制的关键元件

课程目标理解温敏传感器基本原理掌握各类温敏传感器的工作机制学习应用技术能够选择合适传感器并进行系统设计了解发展趋势

温度测量的重要性提高工艺控制效率精确控温确保产品质量保障安全生产避免过热引发事故节约能源消耗优化温度管理降低能耗

温敏传感器的定义基本概念能将温度变化转换为电信号的器件工作原理利用材料热效应产生电学参数变化主要功能实现温度精确测量与控制

温敏传感器的发展历史118世纪塞贝克发现热电效应219世纪铂电阻温度计的发明320世纪中期半导体热敏电阻出现421世纪智能化集成温度传感器兴起

温敏传感器的分类热电偶类利用塞贝克效应1热电阻类利用金属电阻温度系数2热敏电阻类利用半导体材料特性3集成温度传感器基于半导体工艺制造4光纤温度传感器利用光学特性变化5

热电偶传感器两种不同金属两种金属导体焊接形成闭合回路温差产生电势工作端与参比端产生热电动势工业常用高温应用首选传感器

热电偶工作原理形成热结两种不同金属连接形成结点温差形成工作端与参比端产生温差产生热电势塞贝克效应产生电动势电压测量测量电动势确定温度值

热电偶的结构测量端两种金属丝焊接形成的热结补偿导线连接热电偶与测量仪表保护套管金属或陶瓷材料保护内部元件接线盒连接补偿导线与外部电路

常见热电偶类型类型组成材料测量范围特点K型镍铬-镍硅-200~1300℃通用型J型铁-康铜-40~750℃低温应用E型镍铬-康铜-200~900℃灵敏度高S型铂铑-铂0~1600℃高温高精度

热电偶的优缺点优点测量范围广(-270~1800℃)结构简单坚固响应速度快成本较低缺点精度较低(±0.5~±2℃)需要冷端补偿输出信号小存在合金老化问题

热电偶应用领域

热电阻传感器电阻温度效应利用金属电阻随温度变化的特性高精度测量精度可达±0.1℃中温范围适用于-200~850℃温度测量

热电阻工作原理温度变化环境温度发生改变原子振动温度影响金属原子振动幅度电阻变化原子振动影响电子流动产生电阻变化电阻测量通过测量电阻值确定温度

热电阻的材料选择

铂电阻温度传感器材料优势铂具有化学稳定性和线性度标准规格Pt100表示0℃时电阻为100Ω精度等级分为A级(±0.15℃)和B级(±0.3℃)测量范围标准型-200~650℃，薄膜型-50~500℃

铂电阻的特性曲线温度(℃)电阻值(Ω)

热电阻的优缺点优点精度高，稳定性好线性度好互换性好无需冷端补偿缺点测量范围小于热电偶响应速度较慢需激励电流自热效应影响测量

热电阻应用实例1工业过程控制精确控制反应釜温度实验室设备恒温水浴、培养箱温控食品加工巴氏灭菌等精确温度监控暖通空调楼宇温度控制系统

热敏电阻传感器半导体材料金属氧化物半导体材料制成非线性特性温度-电阻呈指数关系高灵敏度温度系数远大于金属热电阻广泛应用用于温度测量、补偿与控制

热敏电阻的类型：NTC和PTCNTC(负温度系数)温度升高，电阻减小氧化物半导体材料测温灵敏度高温度测量应用广泛PTC(正温度系数)温度升高，电阻增大掺杂半导体材料存在突跃温度点常用于保护电路

NTC热敏电阻工作原理温度升高环境温度上升载流子增加热激发产生更多自由电子电导率提高载流子增多导致电导率增加电阻降低电导率提高使电阻值降低

PTC热敏电阻工作原理1常温区域类似NTC，温度升高电阻略微减小2临界温度达到居里温度点(约120℃)3转变区域晶格变形引起能带结构改变4高阻状态电阻急剧增大数千倍

热敏电阻的特性曲线温度(℃)NTC电阻(kΩ)PTC电阻(kΩ)

热敏电阻的应用领域温度测量医用体温计、家用温度计过流保护PTC作为可复位保险丝启动控制电动机启动电路限流

集成温度传感器±0.5℃高精度典型精度优于热电偶-55℃最低测量温度覆盖大多数应用场景150℃最高测量温度满足电子设备测温需求

集成温度传感器的结构信号处理电路放大、滤波和转换电路敏感元件硅基半导体温度敏感元件封装外壳保护内部元件并便于安装

常见集成温度传感器型号型号输出方式测量范围精度LM35模拟电压-55~150℃±0.5℃DS18B20数字(1-Wire)-55~125℃±0.5℃TMP102数字(I2C)-40~125℃±0.5℃MAX6675数字(SPI)0~1024℃±2℃

集成温度传感器的优势集成化程度高单芯片包含所有功能电路校准简便出厂前已进行精确校准接口丰富支持多种数字通信接口体积小巧适合空间受限场合应用

数字输出温度传感器通信接口类型1-Wire(单总线)I2C(双线制)SPI(四线制)UART串口主要优势抗干扰能力强传输距离远可多点级联直接与微控制器连接

模拟输出温度传感器输出形式电压或电流信号比例输出经典型号LM35(10mV/℃)，AD590(1μA/K)特点简单易用，接线少，成本低应用限制抗干扰性差，传输距离短