1、第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 1714年荷蘭人年荷蘭人華倫海特華倫海特 (Fahrenheit)以水銀為測以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計。它規(guī)定溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計。它規(guī)定在標準大氣壓在標準大氣壓下把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零下把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，以度，以0F表示，冰的融點為表示，冰的融點為32華氏度，水的沸點為華氏度，水的沸點為212華氏度，中間等分為華氏度，中間等分為180份，份，每一每一等份稱為等份稱為華氏

2、一度華氏一度，符號用，符號用 。華氏溫度華氏溫度=（1.8*攝氏溫度攝氏溫度+32） 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 1740年瑞典人年瑞典人攝耳修斯攝耳修斯 (Celsius)提出，提出，在標準大氣壓下將把水的冰點在標準大氣壓下將把水的冰點規(guī)定為規(guī)定為0度，水的沸點規(guī)定為度，水的沸點規(guī)定為100度。度。均分均分100等份，等份，每一等份稱為每一等份稱為攝氏一攝氏一度度()，與華氏溫度計使用的是同一，與華氏溫度計使用的是同一種測溫介質(zhì)，利用相同的測溫特性，種測溫介質(zhì)，利用相同的測溫特性，但由于規(guī)定的標準點和分度單位不同，但由于規(guī)定的標準點和分度單位不同，就造成了兩種不同的溫標，產(chǎn)生了

3、兩就造成了兩種不同的溫標，產(chǎn)生了兩個不同的溫度的數(shù)值，是工程上最通個不同的溫度的數(shù)值，是工程上最通用的溫度標尺。用的溫度標尺。 攝氏溫度攝氏溫度=5/9 *（華氏溫度（華氏溫度-32） 攝氏溫標攝氏溫標第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 1848年英國物理學(xué)家年英國物理學(xué)家威廉威廉湯姆遜湯姆遜開爾文開爾文Ketvin根根據(jù)熱力學(xué)第二定理和卡諾熱循環(huán)理論提出的。據(jù)熱力學(xué)第二定理和卡諾熱循環(huán)理論提出的。絕對零絕對零度是指度是指-273.15度，度，在這個溫度下的物體不包含熱量，在這個溫度下的物體不包含熱量，氣體的體積將減小到零。氣體的體積將減小到零。這種溫標的最大特點是與選這種溫標的最大特點

4、是與選用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗溫標隨測溫介質(zhì)用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗溫標隨測溫介質(zhì)而變的缺陷，而變的缺陷，故稱它為科學(xué)的溫標或絕對熱力學(xué)溫標故稱它為科學(xué)的溫標或絕對熱力學(xué)溫標,由此而得的溫度稱為由此而得的溫度稱為熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度。 開氏溫度開氏溫度=（273.15+攝氏溫度）攝氏溫度）K注意：注意：攝氏溫度的分度值與攝氏溫度攝氏溫度的分度值與攝氏溫度分度值相同，即溫度間隔分度值相同，即溫度間隔1K=1。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶傳感器熱電偶傳感器第二節(jié)第二節(jié) 熱電阻傳感器熱電阻傳感器第三節(jié)第三節(jié) PNPN結(jié)及集成溫度傳感器結(jié)及集成溫度傳感器

5、內(nèi)容提要內(nèi)容提要學(xué)習目標學(xué)習目標 掌握熱電效應(yīng)定義、熱電偶基本定律及各掌握熱電效應(yīng)定義、熱電偶基本定律及各種測量電路、熱電偶補償方式；熟悉金屬熱電種測量電路、熱電偶補償方式；熟悉金屬熱電阻的結(jié)構(gòu)及測量線路；掌握熱敏電阻的種類及阻的結(jié)構(gòu)及測量線路；掌握熱敏電阻的種類及特性；理解溫敏二極管、三極管、集成溫度傳特性；理解溫敏二極管、三極管、集成溫度傳感器原理；了解各種熱電傳感器的應(yīng)用。感器原理；了解各種熱電傳感器的應(yīng)用。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng)二、熱電偶基本定律二、熱電偶基本定律三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)三、熱電偶的常用

6、材料與結(jié)構(gòu)四、常用測量電路四、常用測量電路五、熱電偶冷端補償方式五、熱電偶冷端補償方式六、熱電偶傳感器應(yīng)用六、熱電偶傳感器應(yīng)用第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考端、（參考端、冷端冷端） 左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作端、（工作端、熱端熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 定義：定義：兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A A和和B B

7、組合成閉合回組合成閉合回路，連接路，連接點處于點處于不同不同的溫度場中的溫度場中（設(shè)（設(shè)T TT T0 0），則在此），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。18211821年首先由西拜克年首先由西拜克（SeebSeebe eckck）發(fā)現(xiàn)）發(fā)現(xiàn), ,所以又稱所以又稱西拜克效應(yīng)。西拜克效應(yīng)。 一、工作原理一、工作原理 回路中所產(chǎn)生的電動回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即勢由兩部分組成，即接觸電勢接觸電勢和和溫差電勢溫差電勢。熱電偶原理圖熱電偶

8、原理圖TT0AB工作端（熱端）工作端（熱端）自由端（冷端）自由端（冷端）1 1、 熱熱電電效應(yīng)效應(yīng)返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器BNNA自由電子密度、BANNCeKJk1923106 . 1/1038. 1 BAABNNekTTelnT0TeAB(T)eAB(T0)ABBAABNNekTTeln00AB2 2、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因（1 1）接觸電勢）接觸電勢接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。 兩種導(dǎo)體在溫度兩種導(dǎo)體在溫度T T中接觸，中接觸，由于自由電子濃度不同在接觸由于自由電子濃度不同在接觸點產(chǎn)生的電動勢稱接觸電勢。點

9、產(chǎn)生的電動勢稱接觸電勢。 接觸電勢接觸電勢返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器AToTdTTTeTTAA0),(0（2 2）溫差電勢）溫差電勢A0TT、T0TeB(T,T0)eA(T,T0)ABdTTTeTTBB0),(0溫差電勢的大小與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。溫差電勢的大小與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。由同一金屬導(dǎo)體兩端處于不同由同一金屬導(dǎo)體兩端處于不同的溫度場中，由于自由電子密的溫度場中，由于自由電子密度不同產(chǎn)生的電勢。度不同產(chǎn)生的電勢。溫差電勢溫差電勢返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3 3、 回路總電勢回

10、路總電勢TT0、 NA NB回路總電勢回路總電勢 dTNNekTNNekTTTeTTeTeTeTTETTBTATBTATABABABAB 00000000lnln,返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 BAABABABNNTTekTeTeTTEln,000接觸電動勢起主要作用接觸電動勢起主要作用在標定熱電偶時，一般使在標定熱電偶時，一般使T0為常數(shù)，則為常數(shù)，則 CTfTeTeT ,TEABABAB00第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器dTNNTTekTTETTABBAAB 000ln)(,討論討論(熱電效應(yīng)熱電效應(yīng))第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第5 5章章 熱電式

11、傳感器熱電式傳感器 熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體( (或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體) )才能組合成才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當A A、B B兩種兩種導(dǎo)體是同一種材料時，導(dǎo)體是同一種材料時，ln(Nln(NA A/N/NB B)=0)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。4 4、熱電偶基本性質(zhì)、熱電偶基本性質(zhì) 只有當熱電偶只有當熱電偶兩端溫度不同兩端溫度不同, ,熱電偶的熱電偶的兩

12、導(dǎo)體兩導(dǎo)體材料不同材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。時才能有熱電勢產(chǎn)生。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使端的溫度有關(guān)。如果使E EABAB(T(T0 0)=)=常數(shù)，則回路熱電勢常數(shù)，則回路熱電勢E EABAB(T(T，T T0 0) )就只與溫度就只與溫度T T有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是T T的單值函數(shù)，的單值函數(shù)，這就是利用這就是利用熱電偶測溫的原理熱電偶測溫的原理。 對于由幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，對于由幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，若各接點溫度分別為若各接點溫度分別為T T1

13、1、T T2 2TTN N ，閉合回路總的熱，閉合回路總的熱電動勢為：電動勢為： NNABC1ABNABTeTeTeE 2返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 二、熱電偶基本定律二、熱電偶基本定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流是否存在溫度梯度，回路中沒有電流( (即不產(chǎn)生電動即不產(chǎn)生電動勢勢) )； 反之，反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。1. 1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律該

14、定律可作為檢驗材質(zhì)均勻性的原則：該定律可作為檢驗材質(zhì)均勻性的原則：。AATT00),(0TTEA第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器2 2、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律ABCT0T0T 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體C C，只要第三種，只要第三種導(dǎo)體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。導(dǎo)體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。 0CA0BCAB0ABCTeTeTeTT，E0ABTT，E第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器ET0T0TT1CT0T1TBA1CA1TeTACe 00ABAB0BA0ABCTeTeTeTTTTTEeEABAB，()( )(

15、 )( )( )1CA1AC0BAAB0ABCTeTeTeTeTTE+=，第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器),()()(),(),(0000TTETeTeTTETTEABABABBCAC 3 3、標準電極定律、標準電極定律 如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器()( )( )0ACAC0ACTeTeTTE，=()( )( )0BCBC0BCTeTeTTE，=

16、兩式相減得：兩式相減得： TeTeTeTeTeTeTeTeTTETTEBC0ACBCACBCBC0ACACBC0AC000，第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 若一個熱電偶由若一個熱電偶由A A、B B、C C三種導(dǎo)體組成，且三種導(dǎo)體組成，且回路中三個接點的溫度都相同，則回路總電動勢回路中三個接點的溫度都相同，則回路總電動勢必為零，即：必為零，即： ( )( )( )( )( )( )0 TeTeTeTeTeTe0BACB0ACBACBAC=+0=+0或或( )( )( )( )( )( ) TeTeTeTeTeTe0ABBC0ACABBCAC=0第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器

17、即導(dǎo)體即導(dǎo)體A A與與B B組成的熱電偶的熱電動勢也可知。組成的熱電偶的熱電動勢也可知。整理得：整理得： 0000TTETeTe TeTeTeTeTTETTEABABABBC0ACBCACBC0AC，第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器4. 4. 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律ABAB T Tn T0 Tn BA T Tn BA Tn T0 +)()()()(),(00TeTeTeTeTTTEABnBAnBAABnABAB),(),(0TTETTEnBAnAB由此可知，回路總熱電勢等于熱電偶電勢由此可知，回路總熱電勢等于熱電偶電勢E EABAB(T,T(T,Tn n) )與連與連接導(dǎo)線熱電勢接導(dǎo)

18、線熱電勢E EABAB(T(Tn n,T,T0 0) )的代數(shù)和，的代數(shù)和，連接導(dǎo)體定律是工連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上應(yīng)用補償導(dǎo)線進行溫度測量理論的基礎(chǔ)業(yè)上應(yīng)用補償導(dǎo)線進行溫度測量理論的基礎(chǔ)。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 5 5、中間溫度定律、中間溫度定律 熱電偶在兩接點溫度分別為熱電偶在兩接點溫度分別為T T、T T0 0時的熱電動勢等時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度分別為于該熱電偶在接點溫度分別為T T、T Tn n和接點溫度分別和接點溫度分別為為T Tn n、T T0 0時的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。時的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器證明：證明： 00

19、00TTETeTeTeTeTeTeTTETTEABABABABnABnABABnABnAB，即：即：()()()00+=TTETTETTEnABnABAB， 為冷端溫度不是零度時熱電偶如何查分度表的問題提為冷端溫度不是零度時熱電偶如何查分度表的問題提供了依據(jù)。供了依據(jù)。返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器當當Tn=0時，則：時，則：()()()()()00=0+0=000，TETETETETTEABABABABAB上式說明：上式說明：只要只要A、B組成的熱電偶在冷端溫度為零時組成的熱電偶在冷端溫度為零時的的“熱電動勢熱電動勢 溫度溫度”關(guān)系已知，則它在冷端溫度關(guān)系已知，則它在冷端溫度不

20、為零時的熱電動勢即可知。不為零時的熱電動勢即可知。定律定律4 4中導(dǎo)體中導(dǎo)體A A與與AA，B B與與BB材料相同時材料相同時),(),(),(00TTETTETTTEnABnABnAB第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 中間溫度定律表明：中間溫度定律表明： 當在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料當在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B相同熱電特性的材料相同熱電特性的材料C、D即引入所謂補償導(dǎo)線時，即引入所謂補償導(dǎo)線時，只要它們之間連接的兩點溫度相同，則總回路的熱電只要它們之間連接的兩點溫度相同，則總回路的熱電動勢與兩連接點溫度無關(guān)，只與熱電偶兩端的溫度有動勢與兩連接點溫度無關(guān)，只與

21、熱電偶兩端的溫度有關(guān)。關(guān)。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器由于由于A與與C、B與與D的熱電特性相同，由熱電偶的基本性的熱電特性相同，由熱電偶的基本性質(zhì)可知：質(zhì)可知：eAC（Tn）= eBD（Tn）=0，則回路總電動勢為，則回路總電動勢為: 0000TTETeTeTeTeTeTeTeTeEABBAABDCABnCADCnBDAB，第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶的常用材料熱電偶的常用材料P81表表5-11. 普通工業(yè)用裝配式熱電偶普通工業(yè)用裝配式熱電偶第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器v熱電偶絲（熱電極）：熱電偶絲（

22、熱電極）：直徑一般在直徑一般在0.5-3.2mm，長，長度由使用情況、安裝條件、特別是工作端插入被度由使用情況、安裝條件、特別是工作端插入被測介質(zhì)深度決定，一般為測介質(zhì)深度決定，一般為300-2000mm。v絕緣管：絕緣管：防止兩熱電極短路防止兩熱電極短路的絕緣保護零件，形的絕緣保護零件，形狀一般為圓形或橢圓型，偶絲穿孔而過，一般為狀一般為圓形或橢圓型，偶絲穿孔而過，一般為氧化鋁或耐火陶瓷。氧化鋁或耐火陶瓷。v保護套管：保護套管：保護感溫元件免受介質(zhì)化學(xué)腐蝕和機保護感溫元件免受介質(zhì)化學(xué)腐蝕和機械損傷的裝置，具有械損傷的裝置，具有耐耐高溫高溫、耐腐蝕性能、耐腐蝕性能，材料，材料有金屬、非金屬等。

23、有金屬、非金屬等。v接線盒：接線盒：用來用來固定接線座和連接補償導(dǎo)線的裝置固定接線座和連接補償導(dǎo)線的裝置。多用鋁合金制成。多用鋁合金制成。熱電耦結(jié)構(gòu)熱電耦結(jié)構(gòu)第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器2 2鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點：小型化、優(yōu)點：小型化、測溫端熱容量小、測溫端熱容量小、熱慣性小，熱慣性小，動態(tài)響應(yīng)快；動態(tài)響應(yīng)快；彎彎曲曲性好性好、機械強度高、耐震動、耐沖擊、可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機械強度高、耐震動、耐沖擊、可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝

24、置上；裝置上；壽命長、使用方便。壽命長、使用方便。 測溫范圍在測溫范圍在11001100以下的有：以下的有：鎳鉻鎳鉻鎳硅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻考銅鎧裝式熱電偶?？笺~鎧裝式熱電偶。 由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。熱端形狀不同，可分為兩種形式。合而成一體。熱端形狀不同，可分為兩種形式。1 1金屬套管金屬套管; 2; 2絕緣材料絕緣材料; 3; 3熱電極熱電極 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器鎧裝式熱電偶的結(jié)構(gòu)鎧裝式熱電偶的結(jié)構(gòu)第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達上百米長達上百米薄壁

25、金屬薄壁金屬 保護套管保護套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料法蘭法蘭第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 3 3薄膜熱電偶薄膜熱電偶 用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而成。熱接點極薄上而成。熱接點極薄(0.01(0.010.lm)0.lm) 適用于對壁面溫度的快速測適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時量。安裝時, ,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵制的有鐵鎳、鐵鎳、鐵康銅和銅康銅和銅康銅三種康銅三種, ,尺寸為尺寸為 60606 60.2mm;0.2mm;絕緣基

26、板用云母、陶瓷片、玻璃絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300300以下；反應(yīng)時間僅為幾以下；反應(yīng)時間僅為幾msms。 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器其他熱電偶外形小型小型K K型熱電偶型熱電偶第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器分度分度號號 名稱名稱 測量溫度范圍測量溫度范圍 10001000 C C熱電勢熱電勢/ / mVmVS鉑銠10鉑-501768 C9.587K鎳鉻鎳硅-2701370 C41.276E鎳鉻銅鎳 (康 銅)270800 C?B鉑銠30鉑銠6501820 C4.834R鉑銠13鉑-501768 C10.506幾

27、種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器四、實用測量電路四、實用測量電路1. 1.測量單點溫度電路測量單點溫度電路LMCZBALMCZABRRRRNNeTTkRRRRTTEIln00，MczRRR、T0TnTnTABCD0TMLR第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器2. 2.測量溫差的基本電路測量溫差的基本電路回路內(nèi)的總電動勢為回路內(nèi)的總電動勢為: : 002001TeTeTeTeTeTeECAACBADBBDABT00000000TeTeTeTeCAACDBBD因為因為 2121TeTeTeTeEABABBAABT故故TE第

28、第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器AABB1T2TTE0T0TAB0T 3T1E2E3E儀表儀表3R2R1R3 3、熱電偶并聯(lián)線路、熱電偶并聯(lián)線路 （測量平均溫度）（測量平均溫度）),(),(),(313030201321TTETTETTEEEEEABABABT 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器4. 4. 熱電偶串聯(lián)線路熱電偶串聯(lián)線路( )( )( )( )( )( )030201+=TeTeTeTeTeTeEDCABDCABDCABT000-TeTeTeABBADC因為因為 030201030201TTE TTETTETeTeTe TeTeTeEABABABABABABABABA

29、BT，所以所以TE返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器五、熱電偶冷端補償方式五、熱電偶冷端補償方式1 1、冰點槽法、冰點槽法2 2、計算修正法、計算修正法3 3、補正系數(shù)法、補正系數(shù)法4 4、零點遷移法、零點遷移法5 5、冷端補償器法、冷端補償器法返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電偶的分度表熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國從我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標年國際溫標”（簡稱（簡稱ITS-90）的新標準。按此）的新標準。按此標準，制定了相應(yīng)的分度表

30、，并且有相應(yīng)的線性化集標準，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對應(yīng)。成電路與之對應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是：的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為自由端（冷端）溫度必須為0 0 C C。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器S型型(鉑銠鉑銠10-鉑鉑)熱電偶分度表熱電偶分度表 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 1 1、冰點槽法、冰點槽法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使使T T0 0=0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實驗中使用。為了避免。這種辦法僅限于科

31、學(xué)實驗中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于冰水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 2 2、計算修正法、計算修正法 室溫下計算出參比端實際溫度室溫下計算出參比端實際溫度T TH H: :例例 用銅用銅-康銅熱電偶測某一溫度康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫，又用室溫計測出計測出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，查此種熱電偶的分

32、度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度對應(yīng)的熱端溫度T=68。注意注意: :既不能只按既不能只按1.999mV1.999mV查表，認為查表，認為T T=49=49，也，也不能把不能把4949加上加上2121，認為，認為T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 3 3、補正系數(shù)法、補正系數(shù)法 參比端實際溫度參比端實際溫度TH H乘上系數(shù)乘上系

33、數(shù)k，加到由，加到由EABAB(T，TH H)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。 T：被測溫度；被測溫度； T：參比端在室溫下熱電偶電勢與分度參比端在室溫下熱電偶電勢與分度 表上對應(yīng)的某個溫度；表上對應(yīng)的某個溫度； TH：室溫（參比端實際溫度）；室溫（參比端實際溫度）； k：補正系數(shù)。補正系數(shù)。T T k TH第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器例題例題 用鉑銠用鉑銠1010鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度T TH H=35=35，這時熱電動勢為，這時熱電動勢為11.348mV11.348mV查查S S型熱電偶型熱電偶的分度表，得出

34、與此相應(yīng)的溫度的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T T=1150=1150。再從。再從下表中查出，對應(yīng)于下表中查出，對應(yīng)于11501150的補正系數(shù)的補正系數(shù)k k=0.53=0.53。被測溫度：被測溫度： T T=1150+0.53=1150+0.5335=1168.335=1168.3（） 特點：特點： 計算簡單；計算簡單； 誤差大一點，但誤差不大于誤差大一點，但誤差不大于0.140.14。 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器溫度溫度T /補正系數(shù)補正系數(shù)k鉑銠鉑銠10-鉑鉑(S)鎳鉻鎳鉻-鎳硅（鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.

35、985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53熱熱電電偶偶補補正正系系數(shù)數(shù) 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器4 4、零點遷移法、零點遷移法 當熱電偶通過補償導(dǎo)線連接當熱電偶通過補償導(dǎo)線連接顯示儀表時，如果熱電偶冷端溫顯示儀表時，如果熱電偶冷端溫度不是度不是00，但十分穩(wěn)定（如恒，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所），可預(yù)溫車間或有空調(diào)的場所），可預(yù)先將有零位調(diào)整器的顯示儀表的先將有零位調(diào)整器

36、的顯示儀表的指針從刻度的初始值調(diào)至已知的指針從刻度的初始值調(diào)至已知的冷端溫度值上，這時顯示儀表的冷端溫度值上，這時顯示儀表的示值即為被測量的實際溫度值。示值即為被測量的實際溫度值。數(shù)字式溫度表數(shù)字式溫度表溫度溫度設(shè)定值設(shè)定值溫度值溫度值設(shè)定鍵設(shè)定鍵第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 例例 用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調(diào)到室溫械零點調(diào)到室溫TH的刻度上的刻度上,在熱電動勢為零時，指在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是針指示的溫度值并不是0而是而是TH。而熱電偶的冷端而熱電偶的冷端溫度已是溫度已是TH,則只有當熱端溫度則只有當

37、熱端溫度T=TH時，才能使時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。不變，指示值就永遠正確。 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 5 5、冷端補償器法（電橋補償）、冷端補償器法（電橋補償） 不平衡電橋由不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制錳銅絲繞制)、RCu(銅絲銅絲繞制繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設(shè)計時，在四個橋臂和橋路電源組成。設(shè)計時，在0下使電下使電橋平衡橋平衡(R1=R2=R3

38、=RCu)，此時，此時Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。無影響。 注意：橋臂注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+- -abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)供電供電4V直流，在直流，在040或或- -2020范圍起補償作用。范圍起補償作用。返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器金屬熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻等）金屬熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻等）半導(dǎo)體熱敏電阻（半導(dǎo)體熱敏電阻（PTCPTC、NTCNTC、CTRCTR）第二節(jié)第二節(jié) 熱

39、電阻傳感器熱電阻傳感器 主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻鉑熱電阻的的測量精確度最高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成測量精確度最高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。標準的基準儀。應(yīng)用于應(yīng)用于-200600-200600范圍內(nèi)的溫度測量。范圍內(nèi)的溫度測量。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第二節(jié)第二節(jié) 熱電阻傳感器熱電阻傳感器一、金屬熱電阻一、金屬熱電阻 1 1、熱電阻的材料要求、熱電阻的材料要求 2 2、常用熱電阻、常用熱電阻 3 3、熱電阻結(jié)構(gòu)、熱電阻結(jié)構(gòu) 4 4、熱電阻測量線路、熱電阻測量線路二、熱敏電阻器二、熱敏電阻器 1

40、1、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、熱敏電阻的結(jié)構(gòu) 2 2、熱敏電阻的種類、熱敏電阻的種類 3 3、熱敏電阻的基本特性、熱敏電阻的基本特性 4 4、熱敏電阻實物圖片、熱敏電阻實物圖片 5 5、熱敏電阻應(yīng)用、熱敏電阻應(yīng)用第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器電阻電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)大且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間具大且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間具有良好的有良好的線性線性關(guān)系關(guān)系電阻率高、熱容量小，熱慣性小，反應(yīng)速度快電阻率高、熱容量小，熱慣性小，反應(yīng)速度快在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性能在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定穩(wěn)定工藝性好，易復(fù)制、價格低工藝性好，易復(fù)制、價格低一、金屬熱電阻一、金屬熱電阻1 1、熱電阻

41、的材料要求、熱電阻的材料要求第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器)1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt鉑電阻的阻值與溫度之間關(guān)系接近于線性鉑電阻的阻值與溫度之間關(guān)系接近于線性2 2、常用熱電阻、常用熱電阻 鉑電阻鉑電阻第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器可以看出，它們的可以看出，它們的高次項高次項很小。鉑電阻在很小。鉑電阻在01000100時的最大非線性偏差小于時的最大非線性偏差小于0.50.5；R R0 0不同，不同，R Rt t與與t t 的關(guān)系也不同。的關(guān)系也不同。 我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有Pt50Pt50和和Pt100Pt10

42、0（P88-89P88-89表表5-35-3、5-45-4），），其中以其中以Pt100Pt100為常用。為常用。鉑熱電阻不同分度號亦有相應(yīng)分度表。鉑熱電阻不同分度號亦有相應(yīng)分度表。)1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器)1 (320CtBtAtRRt-50 150 銅電阻銅電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可近似表示為銅電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可近似表示為 tRRt10返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 特點特點第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器(3) (3) 其它熱電阻其它熱電阻 低溫、超低溫低溫、超低溫第第

43、5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器3 3、熱電阻結(jié)構(gòu)、熱電阻結(jié)構(gòu)熱電阻電阻體絕緣套管接線盒熱電阻電阻體絕緣套管接線盒第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 實物圖片薄膜型鉑熱電阻薄膜型鉑熱電阻普通型鉑熱電阻普通型鉑熱電阻汽車用水溫傳感器汽車用水溫傳感器汽車用水溫傳感器汽車用水溫傳感器防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電阻測溫電橋三線連接法熱電阻測溫電橋三線連接法 4 4、熱電阻測量線路、熱電阻測量線路Rt為熱電阻為熱電阻, r1 、r2、r3為引線電阻為引線電阻, R1 、R2為兩橋臂電阻為兩橋臂電阻,R1=R2 ,R3為調(diào)整電為調(diào)整電橋的精密電阻。橋的

44、精密電阻。M表內(nèi)阻很大，故電流近似為零。表內(nèi)阻很大，故電流近似為零。當當UA=UB時電橋平衡。調(diào)節(jié)時電橋平衡。調(diào)節(jié)R3，使，使r2 +R3=r1+Rt,就可就可消除引線電阻的影響。消除引線電阻的影響。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器r1r2r3r4RtIVIMEM電壓表電壓表恒流源恒流源 由上式知引線電阻由上式知引線電阻r1 r4將不引起測量誤差。電將不引起測量誤差。電壓表的值壓表的值EM可認為是熱電阻可認為是熱電阻Rt上的壓降，據(jù)此可計上的壓降，據(jù)此可計算出微小溫度變化。算出微小溫度變化。MMVMVMtIEII)rr(IEIER32返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器二、熱敏

45、電阻器二、熱敏電阻器1 1、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、熱敏電阻的結(jié)構(gòu) 熱敏電阻是由一些熱敏電阻是由一些金屬氧化物金屬氧化物，如，如鈷（鈷（CoCo）、）、錳（錳（MnMn）、鎳（）、鎳（NiNi）等的氧化物采用不同比例配方，等的氧化物采用不同比例配方，高溫燒結(jié)而成。高溫燒結(jié)而成。 電阻溫度系數(shù)高，靈敏度比熱電阻高得多；體積可做電阻溫度系數(shù)高，靈敏度比熱電阻高得多；體積可做很小，動態(tài)特性好，適于在很小，動態(tài)特性好，適于在-100-100300300之間測溫。之間測溫。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器|正溫度系數(shù)熱敏電阻器正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTCPTC2 2、熱敏電阻的種類、熱敏電阻的種類 電阻值

46、隨溫度升高而增大的電阻器，電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，PTC(Positive Temperature Coefficient)。主要采用鈦酸鋇（。主要采用鈦酸鋇（BaTiO3）系列材料，當溫度超過某一數(shù)值時，其阻值朝正的方系列材料，當溫度超過某一數(shù)值時，其阻值朝正的方向快速變化；向快速變化；PTC熱敏電阻主要熱敏電阻主要用于電器設(shè)備的過熱用于電器設(shè)備的過熱保護，發(fā)熱源的定溫控制，或作限流元件使用。保護，發(fā)熱源的定溫控制，或作限流元件使用。 |臨界溫度系數(shù)熱敏電阻器臨界溫度系數(shù)熱敏電阻器CTRCTR （Critical Temperature Resistor）熱敏電阻在某特定）熱敏電阻在

47、某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個數(shù)量級，具有很個數(shù)量級，具有很大負溫度系數(shù)。其主要材料是大負溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧并添加一些金屬氧化物?；?。CTR主要用作溫控開關(guān)主要用作溫控開關(guān)。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器|負溫度系數(shù)熱敏電阻器（負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCNTC） NTC NTC（Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient）熱熱敏電阻，它是由氧化銅、氧化鋁、氧化鎳等金屬氧化敏電阻，它是由氧化銅、氧化鋁、氧化鎳等金屬氧化物按一定比例混合研磨

48、、成型、鍛燒而成，改變這些物按一定比例混合研磨、成型、鍛燒而成，改變這些混合物的配比成分，就可以改變混合物的配比成分，就可以改變NTCNTC的溫度范圍、溫的溫度范圍、溫度系數(shù)及阻值。度系數(shù)及阻值。 NTC NTC熱敏電阻具有很高的負電阻溫度系數(shù)，特別適熱敏電阻具有很高的負電阻溫度系數(shù)，特別適用于用于100100300300溫度范圍內(nèi)使用，既溫度范圍內(nèi)使用，既可作溫度測量，可作溫度測量，亦可作電子控制系統(tǒng)中溫控器件。亦可作電子控制系統(tǒng)中溫控器件。返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器溫度溫度電阻電阻CTRNTCPTC第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器3 3、熱敏電阻的基本特性、熱敏電

49、阻的基本特性NTC熱敏電阻的阻值與溫度之間近似指數(shù)關(guān)系熱敏電阻的阻值與溫度之間近似指數(shù)關(guān)系0110TTBTeRR RT 、R0溫度為溫度為T、T0時的電阻值；時的電阻值； B 熱敏電阻材料常數(shù)，熱敏電阻材料常數(shù)，2000600K； T被測溫度被測溫度 T0參考溫度參考溫度第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器不同材料的不同材料的B B不同，右圖為不同，右圖為不同不同B B 的的R RT T /R /R2525T T特性曲特性曲線線 為了使用方便，常取環(huán)境溫度為為了使用方便，常取環(huán)境溫度為2525作為參考溫作為參考溫度（即度（即T T0 0=25=25），則），則NTCNTC熱敏電阻器的電阻熱

50、敏電阻器的電阻 溫度關(guān)溫度關(guān)系式可寫成：系式可寫成：2981-1exp25TBRRT第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器（2 2）正電阻溫度系數(shù)（正電阻溫度系數(shù)（PTCPTC）: : 電阻電阻溫度特性溫度特性10000100010010050100150200250R20=120R20=36.5R20=12.2T/C電 阻電 阻/Tp1Tp2Tc=175 C溫度特性是利用正溫度系數(shù)熱敏材料溫度特性是利用正溫度系數(shù)熱敏材料在居里點附近結(jié)在居里點附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變獲得的獲得的第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器00TTBexpRRPT00TPTRlnTT

51、BRlnrRTTPm mtanTTRlnRlnB1212lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=m=mR R/m/mr rT1T2lnRr0mrlnRrT第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器4 4、熱敏電阻實物圖片、熱敏電阻實物圖片 1.耗散系數(shù)：耗散系數(shù)： 5mW/2.熱時間常數(shù)熱時間常數(shù): 10S3.測溫范圍測溫范圍: -40 +110用于電飯鍋等烹飪用具,耐高溫，反應(yīng)快而精確第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器ABSABS材質(zhì)外殼，材質(zhì)外殼，PVCPVC導(dǎo)導(dǎo)線線, ,用于電冰箱、冰用于電冰箱、冰柜。耐腐防潮。柜。耐腐防潮。1.耗散系數(shù)：耗散系數(shù)： 5mW/2.熱時間常數(shù)熱時間常數(shù)

52、: 10S3.測溫范圍測溫范圍: -40 +110第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器銅質(zhì)外殼，銅質(zhì)外殼，PVC導(dǎo)線，導(dǎo)線，用于空調(diào)、飲水機用于空調(diào)、飲水機 銅制、不銹鋼外殼，銅制、不銹鋼外殼，PVC導(dǎo)線，用于熱水器導(dǎo)線，用于熱水器 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器MZ4系列加熱用系列加熱用PTC熱敏電阻熱敏電阻MZ5汽車測溫用汽車測溫用PTC熱敏電阻熱敏電阻第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器MZ41系列卷發(fā)器用系列卷發(fā)器用PTC熱敏電阻熱敏電阻MZ6系列電機保護用系列電機保護用PTC熱檢測器熱檢測器第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器CPUCPU的的溫溫度度測測量量 5

53、 5、熱敏電阻應(yīng)用、熱敏電阻應(yīng)用 還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計等還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計等第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第三節(jié)第三節(jié) PNPN結(jié)及集成溫度傳感器結(jié)及集成溫度傳感器 一、溫敏二極管一、溫敏二極管三、集成溫度傳感器三、集成溫度傳感器 1 1 基本工作原理基本工作原理 2 2 電流鏡核心電路電流鏡核心電路 3 3 電壓型核心電路電壓型核心電路 二、溫敏三極管二、溫敏三極管第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 PNPN結(jié)溫度傳感器原理：結(jié)溫度傳感器原理： 結(jié)電壓隨溫度成近似線性變化特性；結(jié)電壓隨溫度成近似線性變化特性； 應(yīng)用：應(yīng)用： 對溫度的檢測、控制和補

54、償?shù)龋粚囟鹊臋z測、控制和補償?shù)龋?優(yōu)點：優(yōu)點： 有較好的線性度，且尺寸小、響應(yīng)快、靈敏有較好的線性度，且尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高、熱時間常數(shù)小，測溫范圍為度高、熱時間常數(shù)小，測溫范圍為-50-50至至150150。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器一、溫敏二極管一、溫敏二極管qCq19106 . 1TFISIkFU1 expkTqUF當kTqUIIFSFexpSFFIIqkTUln1- kTqUexpIIFSF第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器）kTETBIgoSexp(）（SFFIIqkTUlnqEUgogo）（）FgoITBqkTkTEqkTln(帶寬度材料在絕對零度時的禁與

55、遷移率有關(guān)常數(shù)與溫度無關(guān)的常數(shù)；: goEB）（FgoITBqkTUln二極管正向電二極管正向電壓隨溫度的升壓隨溫度的升高而降低高而降低返回第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器二、溫敏三極管二、溫敏三極管CgBEITBeTkUUln00 利用利用be結(jié)作為感溫器件，利用三極管發(fā)射結(jié)結(jié)作為感溫器件，利用三極管發(fā)射結(jié)正向電壓正向電壓Ube隨溫度上升而下降的原理。隨溫度上升而下降的原理。若若I Ic c恒定，則恒定，則U Ubebe僅隨溫度僅隨溫度T T 成單調(diào)單值函數(shù)變化。成單調(diào)單值函數(shù)變化。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器ERcRCBEU溫敏晶體管溫敏晶體管虛地虛地A 溫敏晶體管作為

56、負反饋元件跨接在運算放大器的反相輸入端和溫敏晶體管作為負反饋元件跨接在運算放大器的反相輸入端和輸出端，基極接地。如此連接的目的是輸出端，基極接地。如此連接的目的是使發(fā)射結(jié)為正偏，而集使發(fā)射結(jié)為正偏，而集電結(jié)幾乎為零偏。電結(jié)幾乎為零偏。零偏零偏的集電結(jié)使得集電結(jié)電流中不需要的的集電結(jié)使得集電結(jié)電流中不需要的空空間電荷的復(fù)合電流和表面復(fù)合電流為零間電荷的復(fù)合電流和表面復(fù)合電流為零，而發(fā)射結(jié)電流中的，而發(fā)射結(jié)電流中的發(fā)發(fā)射結(jié)空間電荷復(fù)合電流和表面漏電流作為基極電流流入地射結(jié)空間電荷復(fù)合電流和表面漏電流作為基極電流流入地。返回 因此，因此，集電極電流完集電極電流完全由擴散電流成分組成全由擴散電流成分組

57、成。集電極電流集電極電流Ic只取決于集只取決于集電極電阻電極電阻RC和電源和電源E，保證了溫敏晶體管的保證了溫敏晶體管的Ic恒恒定。定。電容電容C的作用是防止的作用是防止寄生振蕩。寄生振蕩。 基本測溫電路基本測溫電路第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一芯片的將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一芯片的集成化溫度傳感器。集成化溫度傳感器。 優(yōu)點：優(yōu)點： 直接給出正比于絕對溫度的理想的線性輸出；直接給出正比于絕對溫度的理想的線性輸出；體積小、成本低廉；是現(xiàn)代半導(dǎo)體溫度傳感器的主體積小、成本低廉；是現(xiàn)代半導(dǎo)體溫度傳感器的主要發(fā)展方向之一。要發(fā)展方向之一。 應(yīng)用：應(yīng)

58、用： 廣泛用于廣泛用于-50+150-50+150溫度范圍內(nèi)的溫度監(jiān)測、溫度范圍內(nèi)的溫度監(jiān)測、控制和補償?shù)脑S多場合?？刂坪脱a償?shù)脑S多場合。三、集成溫度傳感器三、集成溫度傳感器第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器1、2結(jié)構(gòu)和性能完結(jié)構(gòu)和性能完全相同的晶體管。全相同的晶體管。1 1、基本工作原理基本工作原理 返回212121lnlnlnCCCgoCgobebebeIIqkTITBqkTUITBqkTUUUU第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器由于兩管集電極面積相等，因此，集電極電流比由于兩管集電極面積相等，因此，集電極電流比應(yīng)應(yīng)等于集電極電流密度比等于集電極電流密度比，即：，即： 只要只要

59、保持兩管的集電極電流密度之比不變保持兩管的集電極電流密度之比不變，R上的電壓上的電壓Ube將將正比正比于絕對溫度于絕對溫度T。2121lnlnCCCCbeJJqkTIIqkTU第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 若兩管增益很高，則基極電流若兩管增益很高，則基極電流可以忽略不計，那么集電極電流等可以忽略不計，那么集電極電流等于發(fā)射極電流，則于發(fā)射極電流，則211122CCbeecJJlnqRkTRUII 即即 Ic2 T因此因此R2上的電壓也正比于絕對溫度上的電壓也正比于絕對溫度T。又因為又因為Ic/Ic2保持不變，則保持不變，則Ic T， 電路總電流電路總電流 I=（ Ic+Ic2） T

60、第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 集成溫度傳感器按輸出信號可分為集成溫度傳感器按輸出信號可分為電壓型電壓型和和電流型電流型兩種。兩種。 電壓型的溫度系數(shù)約為電壓型的溫度系數(shù)約為10mV/10mV/； 電流型的溫度系數(shù)約為電流型的溫度系數(shù)約為1 1A/A/。 這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕對溫度，而且其輸出電壓或電流與絕對溫度成線對溫度，而且其輸出電壓或電流與絕對溫度成線性關(guān)系。性關(guān)系。第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器（電流鏡（電流鏡PTATPTAT核心電路）核心電路）該電路是在該電路是在差分對管差分對管電路的電路的基礎(chǔ)上，用兩只基礎(chǔ)