第2章溫度傳感器

2.1溫度測量概述2.2熱電偶傳感器2.3熱電阻式傳感器2.4集成溫度傳感器2.5其他溫度傳感器2.6綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)通過本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類和發(fā)展趨勢；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)及應(yīng)用場合；掌握集成溫度傳感器使用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。2021/6/271

溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。工業(yè)生產(chǎn)自動化流程，溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。2021/6/272

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動越劇烈。

模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運(yùn)動速度比低溫時快！低溫高溫2021/6/2732.1.1溫度測量

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。2.1溫度測量概述2021/6/2742021/6/275

隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化；蒸氣壓的溫度變化；電極的溫度變化熱電偶產(chǎn)生的電動勢；光電效應(yīng)熱電效應(yīng)介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；物質(zhì)的變色、融解；強(qiáng)性振動溫度變化；熱放射；熱噪聲。

溫度傳感器的物理原理2021/6/276物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．熱鐵氧體2．Fe-Ni-Cu合金2021/6/277

此外，還有微波測溫溫度傳感器、噪聲測溫溫度傳感器、溫度圖測溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測溫計(jì)、核磁共振測溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。2021/6/278

公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展概況2021/6/279

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨2021/6/2710變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色2021/6/2711體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比2021/6/2712紅外溫度計(jì)2021/6/27132.1.2溫標(biāo)熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。2021/6/27141848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開爾文總結(jié)出來的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號K表示。它是國際基本單位制之一。1．熱力學(xué)溫標(biāo)2．國際實(shí)用溫標(biāo)1968年國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開爾文，符號為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。2021/6/27153．?dāng)z氏溫標(biāo)

是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個等份，每一等份稱為攝氏一度(攝氏度，℃)，一般用小寫字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用。攝氏溫標(biāo)與國際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4．華氏溫標(biāo)

目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號用℉，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃2021/6/2716幾種溫標(biāo)的對比正常體溫為37

C

，相當(dāng)于華氏溫度多少度？2021/6/27172.2熱電偶傳感器熱電偶在溫度的測量中應(yīng)用十分廣泛。它構(gòu)造簡單，使用方便，測溫范圍寬，并且有較高的精確度和穩(wěn)定性。2.2.1熱電偶測溫原理1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電勢。

2021/6/2718看一個實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A自由端（參考端、冷端）

測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB2021/6/2719從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點(diǎn)同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）

。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強(qiáng)弱與兩個結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。

2021/6/2720結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢的微觀解釋及圖形符號

兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。

自由電子＋ABeAB（

T）T2021/6/2721（1）接觸電動勢假設(shè)兩種金屬A、B的自由電子密度分別為nA和nB,且nA>nB。當(dāng)兩種金屬相接時，將產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。達(dá)到動態(tài)平衡時，在A、B之間形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢eAB。熱電偶的接觸電勢2021/6/2722（2）溫差電動勢導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢，這個電勢稱為單一導(dǎo)體的溫差電勢。對于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為T、T0，且T>T0。

單一導(dǎo)體溫差電勢

2021/6/2723勢電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢：

EAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)-EAB(T0)-EA(T,T0)或EAB(t,t0)=EAB(t)+EB(t,t0)-EAB(t0)-EA(t,t0)

接觸電勢示意圖2021/6/2724

在總電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢可表示為：

EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)

對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時，EAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：

EAB(T,T0)=EAB(T)-c

=f(T)

實(shí)際應(yīng)用中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是通過熱電偶分度表來確定。分度表是在參考端溫度為00C時，通過實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系。

2021/6/2725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

我國從1991年開始采用國際計(jì)量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標(biāo)”（簡稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，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)。

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：自由端（冷端）溫度必須為0

C。2021/6/2726K熱電偶的分度表

比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？2021/6/27272.熱電偶的基本定律(1)勻質(zhì)導(dǎo)體定律由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。

2021/6/2728(2)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢不變。圖示回路總的熱電勢

EABC(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T,T0)

具有中間導(dǎo)體的熱電偶回路2021/6/2729(3)中間溫度定律

在熱電偶測量回路中，測量端溫度為T，自由端溫度為T0，中間溫度為Ｔ0′，如圖所示。則T，T0熱電勢等于T，T0′與T0′，T0熱電勢的代數(shù)和。即

EAB(T,T0)=EAB(T,T0′)+EAB(T0′,T0)

存在中間溫度的熱電偶回路

2021/6/2730(4)參考電極定律（也稱組成定律）

已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為(T，T0)時的熱電動勢分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對后的熱電動勢EAB(T，T0)可按下面公式計(jì)算：

EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)

2021/6/2731參考電極定律示意圖2021/6/2732【例2.1】

用鎳鉻—鎳硅熱電偶測爐溫時，其冷端溫度＝30℃，在直流電位計(jì)上測得的熱電勢＝30.839mV，求爐溫。解：查鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表（30℃，0℃）=1.203mVEAB(T,0℃)=E(T,30℃)+EAB(30℃,0℃)=30.839+1.203=32.042(mV)

再查分度表得T=770℃。2021/6/2733【例2.2】已知鉻合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=+3.13mV，鋁合金—鉑熱電偶的E(100℃，0℃)=-1.02mV，求鉻合金—鋁合金組成熱電偶材料的熱電動勢E(100℃，0℃)。解：設(shè)鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C，即

EAC(100℃，0℃)=+3.13mVEBC(100℃，0℃)=-1.02mV

則：

EAB(100℃,0℃)=EAC(100℃,0℃)–EBC(100℃,0℃)=4.15mV2021/6/27342.2.2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料1．熱電偶的種類（1）普通型熱電偶

2021/6/2735普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭2021/6/2736普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

2021/6/2737（2）鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）鎧裝熱電偶是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物溶鑄在一起，外表再套不銹鋼管等構(gòu)成。這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時間短、堅(jiān)固耐用。2021/6/2738鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點(diǎn)。

2021/6/2739鎧裝型熱電偶1-熱電極；2-絕緣材料；3-金屬套管；4-接線盒；5-固定裝置2021/6/2740鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面2021/6/2741（3）薄膜熱電偶用真空鍍膜技術(shù)或真空濺射等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶稱為薄膜熱電偶。測溫范圍為-200~500℃。測量端既小又薄，熱容量小，響應(yīng)速度快。適用于測量微小面積上的瞬變溫度。薄膜熱電偶2021/6/2742（4）表面熱電偶

主要用于現(xiàn)場流動的測量，廣泛用于紡織、印染、造紙、塑料及橡膠工業(yè)；探頭有各種形狀(弓形、薄片形等)，以適應(yīng)于不同物體表面測溫用。在其把手上裝有動圈式儀表，讀數(shù)方便。測量溫度范圍有0~250℃和0~600℃兩種。

（5）防爆熱電偶

在石油、化工、制藥工業(yè)中，生產(chǎn)現(xiàn)場有各種易然、易爆等化學(xué)氣體，這時需要采用防爆熱電偶。它采用防爆型接線盒，有足夠的內(nèi)部空間、壁厚及機(jī)械強(qiáng)度，其橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性符合國家的防爆標(biāo)準(zhǔn)。因此，即使接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時，其壓力也不會破壞接線盒，其產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆，可達(dá)到可靠的防爆效果。2021/6/2743隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線2021/6/2744其他熱電偶外形小形K型熱電偶2021/6/27452.熱電偶組成材料及分度表

為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測量，必須對熱電偶組成材料嚴(yán)格選擇。目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為:

鉑銠30－鉑銠6、鉑銠10－鉑、鎳鉻－鎳硅鎳鉻－銅鎳（我國通常稱為鎳鉻－康銅）。組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為負(fù)極。熱電偶的熱電動勢與溫度之關(guān)系表，稱之為分度表。

2021/6/2746

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6

、R:鉑銠13—鉑、S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、J:鐵—銅鎳、

T:銅—銅鎳

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲2021/6/2747幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000

C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820

C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768

C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768

C9.587K鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370

C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C——5種熱電偶的測溫范圍與熱電勢各有什么特點(diǎn)？2021/6/2748幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測溫上限較高？

結(jié)論：

哪幾種熱電偶的線性較差？

哪一種熱電偶的靈敏度較高？

哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？2021/6/2749（1）補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)(0~150℃)，其熱電性能與相應(yīng)熱電偶的熱電性能相同的廉價導(dǎo)線。采用補(bǔ)償導(dǎo)線，可將熱電偶的自由端延伸到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對穩(wěn)定。由此可見，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約大量的貴重金屬，減小熱電偶回路的電阻，而且柔軟易彎便于敷設(shè)安裝，但必須指出，使用補(bǔ)償導(dǎo)線僅能延長熱電偶的自由端，對測量電路不起任何溫度補(bǔ)償作用。2.2.3熱電偶測溫及參考端溫度補(bǔ)償2021/6/2750補(bǔ)償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護(hù)層2021/6/27511)計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)（2）冷端溫度補(bǔ)償2021/6/2752

用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表面板上的“機(jī)械零點(diǎn)”，使指針指到氣溫t0（圖中為40

C）的刻度上。機(jī)械零點(diǎn)指針被預(yù)調(diào)到室溫（40

C

）可補(bǔ)償冷端損失2）機(jī)械零位調(diào)整法

2021/6/27533）冰浴法

2021/6/2754冰浴法接線圖

1—被測流體管道

2—熱電偶

3—接線盒

4—補(bǔ)償導(dǎo)線

5—銅質(zhì)導(dǎo)線

6—毫伏表

7—冰瓶

8—冰水混合物

9—試管

10—新的冷端

2021/6/27554）冷端補(bǔ)償器法(補(bǔ)償電橋法)國產(chǎn)WBC型冷端溫度補(bǔ)償器的工作原理圖2021/6/2756電橋補(bǔ)償法

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器2021/6/27572.2.4熱電偶測溫基本電路如下頁圖所示圖（a）表示了測量某點(diǎn)溫度連接示意圖。圖（b）表示兩個熱電偶并聯(lián)測量兩點(diǎn)平均溫度。圖（c）為兩熱電偶正向串聯(lián)測兩點(diǎn)溫度之和。圖（d）為兩熱電偶反向串聯(lián)測量兩點(diǎn)溫差。

2021/6/2758常用的熱電偶測溫電路示意圖2021/6/2759作業(yè)：P494、6、142021/6/2760

金屬熱電阻傳感器一般稱作熱電阻傳感器，是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。熱電阻廣泛用來測量-220～+850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K（-272℃），高溫可測量至1000℃。2.3熱電阻式傳感器

2.3.1常用熱電阻2021/6/2761

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

2021/6/27621.鉑熱電阻的電阻—溫度特性

鉑電阻的特點(diǎn)是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范圍為-200～+850℃。鉑電阻的電阻—溫度特性方程，在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]

在0～+850℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=R0(1+At+Bt2)2021/6/2763易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

2021/6/2764熱電阻的主要技術(shù)性能

2021/6/2765

熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號

a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）珠型熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔

2021/6/2766薄膜型及普通型鉑熱電阻

薄膜鉑電阻是使用最新的薄膜技術(shù)而制造的溫度傳感器。與其他類型的熱電阻比較，此產(chǎn)品具有適于大批量生產(chǎn)，一致性好，成本低及尺寸小等特點(diǎn)。2021/6/2767小型鉑熱電阻

2021/6/2768防爆型鉑熱電阻

隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，能把內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引起爆炸。

2021/6/2769汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻2021/6/2770學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表

130.902021/6/2771鉑電阻溫度顯示、變送器2021/6/2772可設(shè)定溫度的溫度控制箱

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)

撥碼式設(shè)定開關(guān)2021/6/27732.3.2熱電阻傳感器的測量電路

熱電阻測溫電橋原理熱電阻三線制電橋電路

熱電阻傳感器的測量電路一般使用電橋電路，如左圖所示。由于工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，離控制室較遠(yuǎn)，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大影響。為此，工業(yè)上常采用三線制接法，如右圖所示。2021/6/27742.3.3熱敏電阻

半導(dǎo)體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件。熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為三種類型，即：

正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR）。2021/6/2775熱敏電阻的（Rt—t）特性1-負(fù)指數(shù)型NTC；2-突變型NTC；3-突變型PTC；4-線性型PTC

各種熱敏電阻的特性曲線2021/6/2776熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻2021/6/2777其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻2021/6/2778其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻2021/6/2779其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

貼片式NTC熱敏電阻2021/6/2780其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）2021/6/2781非標(biāo)熱敏電阻2021/6/2782非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

2021/6/2783非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

2021/6/2784熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻LCD2021/6/2785熱敏電阻體溫表

2021/6/2786熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法

調(diào)試時，應(yīng)該先調(diào)哪一只電位器，再調(diào)哪一只電位器？如何檢驗(yàn)表面刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確？具體步驟如何進(jìn)行？

2021/6/2787NTC熱敏電阻主要用于溫度測量和補(bǔ)償。PTC突變型熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)，PTC緩變型熱敏電阻主要用于在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償或溫度測量。CTR熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)。2.3.4熱敏電阻的應(yīng)用2021/6/27881．溫度測量

用于測量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡單，價格較低廉。沒有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，使用時采用二線制即可。2．溫度補(bǔ)償

熱敏電阻可在一定的溫度范圍內(nèi)對某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。例如，動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞成，溫度升高，其電阻值增大，引起測量誤差，為此可在動圈回路中串入由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度引起的誤差。實(shí)際應(yīng)用時，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如圖2-19所示。2021/6/2789熱敏電阻用于CPU的溫度測量

（參考小熊在線公司資料）2021/6/2790

熱敏電阻對晶體管電路的補(bǔ)償熱敏電阻對正溫度系數(shù)電阻的補(bǔ)償2021/6/27913．溫度控制

廣泛用于空調(diào)、冰箱、熱水器、節(jié)能燈等家用電器的測溫、控溫及國防、科技等領(lǐng)域。

1）繼電保護(hù)熱繼電器原理圖2021/6/2792熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

2021/6/2793

2）溫度上下限報(bào)警

溫度上下限報(bào)警電路

圖中Rt為NTC熱敏電阻，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成遲滯電壓比較器，當(dāng)溫度T等于設(shè)定值時，Uab=0，VT1

，VT2都截止。當(dāng)T升高時，Rt減小。Uab＞0，VTl導(dǎo)通，LED1發(fā)光報(bào)警；當(dāng)T下降時，Rt增加。Uab＜0，VT2導(dǎo)通，LED2發(fā)光報(bào)警。2021/6/27943）電子節(jié)能燈及電子鎮(zhèn)流器預(yù)熱啟動如果節(jié)能燈燈絲未經(jīng)預(yù)熱突加高壓啟動，則將導(dǎo)致燈絲材料嚴(yán)重濺射，使燈管提前發(fā)黑報(bào)廢，使用PTC熱敏電阻，在啟動時先預(yù)熱燈絲ls左右，然后再加高壓點(diǎn)亮燈管，能有效地防止燈管兩端發(fā)黑，同時能防止三極管等燈具線路元件受啟動瞬間大電流及高反壓沖擊，使燈具壽命延長10倍以上。2021/6/27952.4集成溫度傳感器

2.4.1集成溫度傳感器工作原理及特點(diǎn)

集成溫度傳感器是把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。目前大量生產(chǎn)的集成溫度傳感器有電流輸出型、電壓輸出型和數(shù)字信號輸出型。其工作溫度范圍約在-50~+150℃。2021/6/2796電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上,再通過激光修版微加工技術(shù),制造出性能優(yōu)良的測溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學(xué)溫度，即1μA/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)10MΩ。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10mV／℃；另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長線傳輸。這類IC溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量。2021/6/2797VT1、VT2為差分對管，由恒流源提供的I1、I2分別為VT1、VT2的集電極電流，則：

集成溫度傳感器的測溫原理2021/6/2798

電流輸出型集成溫度傳感器原理:對管VT1、VT2作為恒流源負(fù)載，VT3、VT4作為感溫元件，VT3、VT4發(fā)射極面積之比為，此時電流源總電流為：2.4.2常用集成溫度傳感器及其應(yīng)用1．電流輸出型集成溫度傳感器由上式可知，當(dāng)R、為恒定量時，IT與T成線性關(guān)系。若R=358歐，，則電路輸出溫度系數(shù)為。2021/6/2799

AD590是電流輸出型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，工作直流為+4~+30v，輸出阻抗約為l0MΩ，具有良好的互換性。在-55~+150℃范圍內(nèi)精度為±1℃。此外，AD590抗干擾能力強(qiáng)，不受長距離傳輸線壓降的影響，信號的傳輸距離可達(dá)100m以上。AD590的靈敏度為1μA/K，0℃時輸出273μA電流。AD590集成溫度傳感器（a）外形；（b）電路符號；（c）輸出特性2021/6/27100

圖示電路為電壓輸出型集成溫度傳感器。VT1、VT2為差分對管，調(diào)節(jié)電阻R1，可使R1=R2，當(dāng)對管VT1、VT2的值大于等于1時，電路輸出電壓為：2.電壓輸出型集成溫度傳感器由此可得可知R1、R2不變，則U0與T成線性關(guān)系2021/6/27101LM35/45系列溫度傳感器（a）內(nèi)部原理圖（b）引腳功能（c）外形封裝（d）攝氏溫度計(jì)電路2021/6/27102

在-40~100℃范圍內(nèi)，半導(dǎo)體二極管正向電壓與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系。2.4.3PN結(jié)溫度傳感器及其應(yīng)用1．熱敏二極管溫度傳感器應(yīng)用電路采用硅二極管溫度傳感器的測溫電路

2021/6/27103NPN型熱敏晶體管在Ic恒定時，利用基極-發(fā)射極間電壓Ube的溫度特性，可把溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。2.熱敏晶體三極管溫度傳感器及其應(yīng)用電路晶體管溫度傳感器測溫電路2021/6/27104

當(dāng)晶閘管在正向轉(zhuǎn)折電壓之前不導(dǎo)通，若超過轉(zhuǎn)折電壓就進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，特別是在低溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)折時，電流放大系數(shù)很大，具有良好的開關(guān)特性。利用晶閘管的轉(zhuǎn)折電壓隨溫度而改變的特性制成熱敏晶閘管。3.熱敏晶閘管溫度傳感器及其應(yīng)用電路采用熱敏晶閘管溫度傳感器的溫度控制電路2021/6/27105

PN結(jié)溫度傳感器與熱敏電阻一樣具有體積小、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。此外，線性較好而且價格低廉，在許多儀表里用來進(jìn)行溫度補(bǔ)償。特別適合對電子儀器或家用電器的過熱保護(hù)，也常用于簡單的溫度顯示和控制。

2021/6/27106

光纖溫度傳感器按其工作原理可分為兩大類:功能型和非功能型。1.功能型功能型也稱物性型或傳感型，光纖在這類傳感器中不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。該類傳感器利用某種參數(shù)隨溫度而變化的特性作為傳感器的主體，即將其作為敏感元件進(jìn)行測溫。2.5其他溫度傳感器2.5.1光纖溫度傳感器2021/6/27107三種應(yīng)用光纖制作溫度傳感器的原理圖2021/6/271082.非功能型

右圖是一個光纖端面上配置液晶芯片的光纖溫度傳感器。它是將三種液晶以適當(dāng)?shù)谋壤旌希?0~45℃之間，顏色從綠到紅，這種傳感器利用了光的反射系數(shù)隨顏色而變化的原理，精度為0.1℃。利用液晶的光纖溫度傳感器2021/6/271092021/6/271102021/6/27111

任何物質(zhì)的溫度只要高于絕對零度，都能輻射紅外線，物體的溫度越高，輻射功率就越大。因此只要測量出物質(zhì)所發(fā)射的輻射功率，就能確定物質(zhì)的溫度。

紅外溫度傳感器一般包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換電路；光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同分為熱敏檢測元件和光電檢測元件，熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻，光電檢測元件常用的是光敏元件，包括光敏電阻、光電池或熱釋電元件。2.5.2紅外溫度傳感器2021/6/271122021/6/271132021/6/27114

熱釋電元件在紅外波段的輻射能量照射之下也會釋放出電荷。但是在連續(xù)不斷地照射下，它并不能產(chǎn)生恒定的電動勢，必須對輻射進(jìn)行調(diào)制，使成為斷續(xù)輻射，才能得到交變電動勢。熱釋電元件的響應(yīng)時間短，通常把它和場效應(yīng)管封裝在同一外殼里，輻射經(jīng)鍺或硅窗口射入，由場效應(yīng)管阻抗變換后與放大電路配合。熱釋電輻射傳感器2021/6/27115

紅外探測器一般為(鉭酸鋰)熱釋電探測器。步進(jìn)電機(jī)帶動調(diào)制盤轉(zhuǎn)動對入射的紅外輻射進(jìn)行斬光，將恒定或緩變的紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外探測器上，紅外探測器將紅外輻射變換為電信號輸出。1-透鏡；2-濾光片；3-調(diào)制盤；4-紅外探測器；5-步進(jìn)電機(jī)；6-溫度傳感器紅外測溫儀方框圖2021/6/27116

錳-鋅-鐵和鎳-鋅-鐵的氧化物燒結(jié)體具有很大的飽和磁通密度和磁導(dǎo)率，已獲得廣泛應(yīng)用。然而這類材料溫度超過居里溫度TC就不再有鐵磁性質(zhì)。居里溫度TC的高低是可以從成分上加以控制的，下圖是錳-鋅鐵氧體在其中鐵克分子含量保持為50%時，改變錳和鋅的克分子含量對居里溫度TC的影響。2.5.3鐵氧體溫度傳感器

熱敏鐵氧體在居里溫度之下，磁性能有突變。利用這一特點(diǎn)，不難構(gòu)成位式作用的溫度傳感器。

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下圖的舌簧管外套有兩個環(huán)形磁鐵，中間夾有環(huán)形熱敏鐵氧體。舌簧管是密封在玻璃管中的兩根彈性金屬條(即舌簧)構(gòu)成的電接點(diǎn)。在居里溫度以下時，環(huán)形熱敏鐵氧體的高磁導(dǎo)率將兩個環(huán)形磁鐵串聯(lián)起來，即圖中之(a)。當(dāng)溫度超過TC后，熱敏鐵氧體失去導(dǎo)磁作用，磁路將分為兩個閉環(huán)，分別在左右舌簧上通過，舌簧的自由端不再有相互吸引力，在其彈性作用下便將電路斷開，即圖中之（b）。熱敏鐵氧體溫度開關(guān)2021/6/27118

鐵氧體溫度傳感器已在家用電飯鍋中普遍應(yīng)用。在電飯鍋的電加熱器中央有熱敏鐵氧體，其居里溫度設(shè)計(jì)成103℃，當(dāng)鍋內(nèi)水分熬干，溫度升高到103℃時，熱敏鐵氧體突然喪失鐵磁性，其下的磁鐵及杠桿在重力作用下降落，將電接點(diǎn)壓開，結(jié)束煮飯階段。至于此后的保溫過程，則是靠雙金屬片溫度開關(guān)間歇地接通電源而實(shí)現(xiàn)的。電飯鍋中的鐵氧體溫度傳感器2021/6/27119

天然石英晶體經(jīng)過特定方向的切割后，具有十分穩(wěn)定的諧振頻率，但是沿另外一個方向切割，卻可以使諧振頻率有較大的溫度系數(shù)，也就是其諧振頻率能反映溫度高低，現(xiàn)代工藝可以做到頻率與溫度成正比，利用這一特性可以測溫。2.5.4石英諧振溫度傳感器

這種傳感器在-80℃~250℃間的基本誤差在±(0.04~0.075)℃之間，精確度和穩(wěn)定都相當(dāng)優(yōu)越。然而在使用中必須注意防止機(jī)械振動和沖擊。2021/6/271202.5.5膨脹式溫度計(jì)雙金屬控制恒溫箱示意圖

雙金屬溫度由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片，為提高靈敏度常作成螺旋形。螺旋形雙金屬片一端固定，另一端連接指針軸，當(dāng)溫度變化時，雙金屬片彎曲變形，通過指針軸帶動指針偏轉(zhuǎn)顯示溫度。它結(jié)構(gòu)簡單，抗振性能好，讀數(shù)方便，常用于測量-80℃~600℃范圍的溫度，但精度不高

.2021/6/27121

壓力式溫度計(jì)主要由溫包、毛細(xì)管和壓力敏感元件(如彈簧管、膜盒、波紋管等)組成。溫包、毛細(xì)管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個封閉容器，其中充滿工作物質(zhì)（如氮?dú)猓?。?dāng)溫包受熱后，使內(nèi)部工作物質(zhì)溫度升高而壓力增大，此壓力經(jīng)毛細(xì)管傳到彈簧管內(nèi)，使彈簧管產(chǎn)生變形，并由傳動系統(tǒng)帶動指針，指示相應(yīng)的溫度值。

壓力式溫度計(jì)2021/6/271222.6綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)2.6.1電冰箱溫度超標(biāo)指示電路的制作

電冰箱冷藏室的溫度一般都保持在5℃以下，利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制成的電冰箱溫度超標(biāo)指示器，可在溫度超過5℃時，提醒用戶及時采取措施。

制作印制電路板或利用面包板裝配調(diào)如圖2-40所示電路，過程如下:(1)準(zhǔn)備電路板和元器件，認(rèn)識元器件；(2)電路裝配調(diào)試；(3)測量電路各點(diǎn)電壓；(4)記錄實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果；(5)調(diào)節(jié)電位器RP于不同值，觀察和記錄報(bào)警溫度，進(jìn)行電路參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；(6)思考該電路的擴(kuò)展用途。2021/6/2712