《温敏传感器特性》课件.pptVIP

温敏传感器特性探索温度感知的核心技术

课程概述基本概念温敏传感器的定义与分类应用领域工业、医疗、家电等关键应用性能特征

什么是温敏传感器？定义将温度变化转换为可测量电信号的装置工作原理利用材料物理特性随温度变化信号转换温度→电阻/电压/电流/数字信号

温敏传感器的发展历史11837年发现硫化银(Ag2S)的电阻随温度变化21940年代半导体材料研究突破31960年代集成电路温度传感器出现4现代智能化、微型化、网络化发展

温敏传感器的主要类型热电阻基于金属电阻温度特性热电偶基于热电效应热敏电阻基于半导体电阻特性半导体温度传感器集成化数字输出

热电阻（RTD）概述工作原理金属导体电阻随温度升高而增大常用材料铂(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)电阻-温度关系近似线性，便于测量和计算

热电阻的特性线性度高输出与温度关系接近线性稳定性好长期使用漂移小精度高可达±0.1°C成本较高材料和精密制造要求

铂热电阻（Pt100）100Ω标准阻值0°C时的标准电阻值0.385Ω/°C电阻温度系数每度温度变化的电阻增量800°C最高测量温度较宽的测量范围

热电偶概述1工作原理塞贝克效应2结构两种不同金属形成闭合回路3测量方法测量两端电势差4应用范围广泛用于工业和科学研究

热电偶的特点宽测温范围-270°C至2300°C响应速度快毫秒级温度变化检测结构简单坚固耐用，成本低需冷端补偿提高测量精度的必要步骤

热敏电阻概述负温度系数(NTC)温度升高，电阻降低高灵敏度，非线性正温度系数(PTC)温度升高，电阻增大温度开关和自限制加热

NTC热敏电阻材料金属氧化物半导体特性温度升高，电阻下降结构烧结陶瓷体，多种形状应用温度测量、补偿和控制

NTC热敏电阻的特性高灵敏度温度微小变化产生显著电阻变化非线性响应指数型温度-电阻关系宽阻值范围从几欧姆到数兆欧姆

PTC热敏电阻工作原理特定温度下电阻急剧增加过流保护电路保护和电流限制自限制加热无需额外控制的恒温系统汽车电子启动电路和电池保护

半导体温度传感器集成化单芯片集成测量和处理功能数字输出直接提供经过处理的数字温度值小型化适用于空间受限的应用场景

温敏传感器的基本参数参数定义重要性灵敏度单位温度变化产生的输出变化决定分辨能力测量范围可靠工作的温度上下限适用场景选择精度测量值与真实值的偏差应用质量保证

温度系数

线性度定义输出信号与温度关系的线性程度理想传感器应为直线关系评估方法最大线性偏差相对于理想直线的偏离度影响线性好：简化处理电路线性差：需复杂校准

响应时间定义达到最终状态63.2%所需时间测量方法阶跃温度变化下的时间记录影响因素质量、热容、热传导率

热敏电阻的材料常数BB值定义描述NTC电阻温度特性的材料常数典型范围2000K至5000K之间影响因素材料成分与工艺B值应用温度计算与传感器选择

自热效应原理测量电流产生焦耳热影响测量误差增加解决方案低测量电流权衡信噪比与自热平衡

温敏传感器的静态特性

温敏传感器的动态特性阶跃响应温度突变条件下的输出变化评估传感器的响应速度频率响应不同频率温度变化下的响应确定传感器带宽影响因素质量与结构材料热特性

温度-电阻特性曲线温度(°C)NTC(kΩ)PTC(Ω)Pt100(Ω)

斯坦哈特-哈特方程1方程形式1/T=A+B(lnR)+C(lnR)32参数确定三点校准法获得A、B、C3精度温度误差可降至±0.01°C4计算复杂度需微控制器或查表法

温敏传感器的测量电路惠斯通桥平衡桥电路高精度差分测量恒流源法稳定电流激励减小自热效应电压分压法简单实用非线性输出

信号调理技术放大提高微弱信号幅度滤波去除噪声干扰线性化校正非线性响应隔离防止电气干扰

模数转换（ADC）技术1高性能ADC24位分辨率，低噪声2中等性能ADC16位分辨率，平衡选择3基础ADC12位分辨率，成本效益4通用单片机ADC10位分辨率，集成便捷

温度补偿技术问题识别热电偶冷端温度变化冷端测量辅助传感器监测参考点数据处理软件算法应用补偿值精度验证校准确认补偿效果

多点测温系统多路复用器单ADC处理多传感器总线技术1-Wire、I2C等协议数据采集同步采样与时间标记分析处理温度梯度与分布可视化

温敏传感器在工业控制中的应用过程控制精确控制生产工艺温度设备保护防止电机等设备过热质量控制监测产品生产全过程温度

医疗领域的温度监测体温测量电子体温计与连续监测治疗设备冷冻治疗与热疗控制实验室仪器培养箱与分析设备温控药品储存疫苗与药物温度监控

家电产品中的温度控制冰箱温控多区域精确控温空调系统室内环境舒适度控制厨房电器烤箱、电饭煲精确烹饪洗衣干衣水温与干衣温度控制

汽车行业的温度监测

环境监测中的温度传感气象站大气温度连续监测气象预报数据采集室内环境舒适度控制能源效率优化水温监测湖泊、河流生态监测饮用水安全保障