1、第四講 溫度傳感器及應(yīng)用 4.1 熱電偶溫度傳感器 4.2 熱敏電阻溫度傳感器 4.3 IC溫度傳感器 4.4 其他溫度傳感器,表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo) 為解決國際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問題，國際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國際實(shí)用溫標(biāo)International Practical Temperature Scale of 1968(簡稱IPTS-68)，又稱國際溫標(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

2、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273.16 K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。注意：攝氏溫度的分度值與開氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度， T0 = 273.15 K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01 K。,四個溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器 低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K273.15K）； 鉑電阻溫度計(jì)（273.15K903.89K）； 鉑銠-鉑熱電偶溫度計(jì)（903.89K1337.58K）； 光測溫度計(jì)（1337.58K以上）。 國際實(shí)用開爾文溫度與國際實(shí)用攝氏溫度分別

3、用符號T68和t68來區(qū)別（一般簡寫為T與t）。 攝氏溫標(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： t=T-273.15 T=t+273.15 K 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： m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) ,溫度傳感器分類(1),溫度傳感器分類

4、(2),溫度傳感器分類(3),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。,4.1 熱電偶溫度傳感器 溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。 一、熱電偶的工作原理 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成

5、如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)TT0），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存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。,1. 接觸電勢,eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T 時形成的接觸電動勢； e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ； NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時的電子密度。,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)。,A,eA(T,To),To,T,e

6、A(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢； T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0時，銅的 =2V/。,2. 溫差電勢,溫差電勢原理圖,由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果TT0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：,T0,T,eAB(T),eAB(T0),eA(T,T0),eB(T,T0),A,B,3. 回路總電勢,NAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時的電子密度； A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。,在工程應(yīng)用中

7、，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：,EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T，0)-EAB(T0，0),熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為T 和零度以及T0和零度的熱電勢之差。 結(jié)論：1、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(xì)無關(guān)。2、只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。3、只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩

8、導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。4、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EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。,對于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T2 、 、Tn ，冷端溫度為零度的熱電勢。其熱電勢為 E= EAB（T1）+ EBC（T2）+ENA（Tn）,二、熱電偶回路的性質(zhì) 1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律 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(即不產(chǎn)生電動勢)；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電

9、極。 2. 中間導(dǎo)體定律 一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則 E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0,兩點(diǎn)結(jié)論： l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，即 同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：,EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）,EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）,E,T0,T0,

10、T,E,T0,T1,T1,T,電位計(jì)接入 熱電偶回路,根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。,EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）,2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：,3. 中間溫度定律,如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時,則其熱電勢為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時，其熱電勢為EAB(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3

11、時，其熱電勢為EAB(T1, T3)，則,EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）,EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3）,A,B,T1,T2,T2,A,B,T0,T0,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖,E,對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0時，則：,只要T1、T0不變，接入AB后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。,EAB=EAB(T1)EAB(T0),說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B

12、同樣熱電特性的材料A、B(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時，當(dāng)EAA(T2)=EBB(T2)，則回路總電動勢為,三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶材料應(yīng)滿足： 物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變； 化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕； 熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??； 便于制造； 復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。,（一）熱電偶常用材料 1鉑鉑銠熱電偶(S型) 分度號LB3 工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。 正極：鉑銠合金絲,用90鉑和10銠(重量比)冶煉而成。 負(fù)極：鉑絲。測量溫度：長期：1300、短期：1600。 特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 或基準(zhǔn)熱

13、電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。,2鎳鉻鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型) 分度號EU2 工業(yè)用熱電偶絲： 1.22.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。 正極：鎳鉻合金(用88.489.7鎳、910鉻，0.6硅，0.3錳，0.40.7鈷冶煉而成)。 負(fù)極：鎳硅合金(用95.797鎳,23硅,0.40.7鈷冶煉而成)。 測量溫度：長期1000，短期1300。 特點(diǎn)：價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2， H2S等氣體中易被

14、侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。,3鎳鉻考銅熱電偶(E型) 分度號為EA2 工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。 正極：鎳鉻合金 負(fù)極：考銅合金（用56銅，44鎳冶煉而成）。 測量溫度：長期600，短期800。 特點(diǎn)：價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用。考銅易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。,4鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型) 分度號為LL2 正極：鉑銠合金（用70鉑，30銠冶煉而成）。 負(fù)極：鉑銠合金（用94鉑，6銠冶煉而成）。 測量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)1800。 特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量精度

15、高。還原性氣體中易被侵蝕。 低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在50以下可不加補(bǔ)償。成本高。,（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型 1工業(yè)用熱電偶 下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。,2鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶） 斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。 測溫范圍在1100以下的有：鎳鉻鎳硅、鎳鉻考銅鎧裝式熱電偶。,圖3.2-12 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖 1 金屬

16、套管; 2絕緣材料; 3熱電極 (a)碰底型; (b)不碰底型; (c)露頭型; (d)帽型,3快速反應(yīng)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上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.010.lm)。因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵鎳、鐵康銅和銅康銅三種,尺寸為 6060.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300以下；反應(yīng)時間僅為幾ms。,快速反應(yīng)薄膜熱電偶 1熱電極; 2熱接點(diǎn); 3絕緣基板; 4引出線,4快速消耗微型熱電偶 下圖為一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為0.05

17、0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動態(tài)標(biāo)定，測量精度可達(dá)土57。,快速消耗微型 1剛帽； 2石英； 3紙環(huán)； 4絕熱泥；5冷端； 6棉花； 7絕緣紙管； 8補(bǔ)償導(dǎo)線；9套管； 10塑料插座； 11簧片與引出線,四、冷端處理及補(bǔ)償 原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。 方法 冰點(diǎn)槽法 計(jì)算修正法 補(bǔ)正系數(shù)法 零點(diǎn)遷移法 冷端補(bǔ)償器法 軟件處

18、理法,1. 冰點(diǎn)槽法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。,2.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2.83

19、1mV對應(yīng)的熱端溫度T=68。,注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49，也不能把49加上21，認(rèn)為T=70。,EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0),3. 補(bǔ)正系數(shù)法 把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達(dá)即 式中：T為未知的被測溫度； T為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； TH室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。 例 用鉑銠10鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35，這時熱電動勢為11.348mV查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再從下表中查出，對應(yīng)于115

20、0的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度 T=1150+0.5335=1168.3（） 用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14。,T T k T H,4. 零點(diǎn)遷移法 應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。 實(shí)質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 例 用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是0而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH

21、時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。 這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。,5. 冷端補(bǔ)償器法 利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。 設(shè)計(jì)時，在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。,6. 軟件處理法 對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。 對于T0經(jīng)常波動的情況，可

22、利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度傳感器和一個修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。,1. 熱電偶的選擇、安裝使用 熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用

23、（XCZ型動圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動記錄。另外也可通過與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號。,五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn),2.熱電偶的定期校驗(yàn) 校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。 工業(yè)熱電偶允許偏差,熱電偶校驗(yàn)圖 1-調(diào)壓變壓器； 2-管式電爐； 3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶； 4-被校熱電偶； 5-冰瓶； 6-切換開關(guān)； 7-測試儀表； 8-試管,4.2 熱敏電阻溫度傳感器 熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率

24、隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。,一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類 （一）熱敏電阻的特點(diǎn) 1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬：有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10100倍左右。 2材料加工容易、性能好：可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為 0.2mm。 3阻值在110M之間可供自由選擇：使用時，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)

25、距離測溫和控溫使用。,4穩(wěn)定性好：據(jù)報道，在0.01的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002的精度。 5原料資源豐富，價格低廉： 燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。,（二）熱敏電阻的分類 熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）：電阻值隨溫度升高而增大的電阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）：電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器。它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。 3突變

26、型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR）：該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個數(shù)量級，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。,熱敏電阻材料的分類（1）,熱敏電阻材料的分類（2）,二、熱敏電阻的基本參數(shù) 1.標(biāo)稱電阻R25（冷阻）：在250.2時的阻值。 2.材料常數(shù)BN：表征負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器材料的物理特性常數(shù)。BN值決定于材料的激活能E,具有BN=E2k的函數(shù)關(guān)系，式中k為波爾茲曼常數(shù)。一般BN值越大，則電阻值越大，絕對靈敏度越高。在工作溫度范圍內(nèi)，BN值并不是一個常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。 3.電阻溫度系數(shù)（%/）：溫度變化1 時電

27、阻值的變化率。 4.耗散系數(shù)H：溫度變化1所耗散的功率變化量。在工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時,H值隨之變化,其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。,5.時間常數(shù) 熱敏電阻器在零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的63.2所需的時間。它與熱容量C和耗散系數(shù)H之間的關(guān)系,6.最高工作溫度Tmax 熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度： T0環(huán)境溫度；PE環(huán)境溫度為T0時的額定功率；H耗散系數(shù) 7.最低工作溫度Tmin 熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。 8.轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc 熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐

28、點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。,9額定功率PE熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下,它自身溫度不應(yīng)超過Tmax。,10.測量功率P0熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測量電流加熱而引起的電阻值變化不超過0.1時所消耗的功率 11.工作點(diǎn)電阻RG在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。,功率靈敏度KG 熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率lmW時所引起電阻的變化，即： 在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。 14. 穩(wěn)定性 熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱

29、敏電阻器的主要參數(shù)變化率來表示。最常用的是以電阻值的年變化率或?qū)?yīng)的溫度變化率來表示。,KGR/P,15. 熱電阻值RH 指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過給定的工作電流時,電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時的電阻值。,12. 工作點(diǎn)耗散功率PG 電阻值達(dá)到RG時所消耗的功率。UG電阻器達(dá)到熱平衡時的端電壓。,18. 標(biāo)稱工作電流 I 指在環(huán)境溫度25時，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時加熱器內(nèi)的電流。 19. 標(biāo)稱電壓 它是穩(wěn)壓熱敏電阻器在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對應(yīng)的電壓值。 20. 元件尺寸 指熱敏電阻器的截面積A、電極間距離L和直徑d。,17. 最大加熱電流Imax 指旁熱式熱敏電阻器上

30、允許通過的最大電流。,16. 加熱器電阻值Rr 指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。,三、熱敏電阻器主要特性 （一）熱敏電阻器的電阻溫度特性（RTT）,TT與RTT特性曲線一致。,RT、RT0溫度為T、T0時熱敏電阻器的電阻值； BN NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。 由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450），都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗(yàn)公式。,1 負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性,NTC的電阻溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則上式是一條斜率為BN ，通過

31、點(diǎn)(1/T，lnRT)的一條直線,如圖。,材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT1/T表示負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻溫度特性，在實(shí)際應(yīng)用中比較方便。,為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25作為參考溫度（即T0=25），則NTC熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系式：,RT/R25BN關(guān)系如下表。,RTR25BN系數(shù)表,2.正電阻溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的電阻溫度特性,其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，典型特性曲線如圖,10000,1000,100,10,0,50,100,150,200,250,R20=120,R20=36.5,R20=12.2,PT

32、C熱敏電阻器的電阻溫度曲線,T/C,電阻/,Tp1,Tp2,Tc=175 C,PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻溫度曲線上有兩個拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的溫度系數(shù)tp 。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示： 式中 RT、RT0溫度分別為T、T0時的電阻值； BP正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。 若對上式取對數(shù)，則得：,以lnRT、T分別作為縱

33、坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。,）,可見： 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)tp ，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。,lnRr1,lnRr2,BP,mR,BP=tg=mR/mr,T1,T2,lnRr0,mr,lnRTT 表示的PTC熱敏電阻器電阻溫度曲線,lnRr,T,若對上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)tp,（二）熱敏電阻器的伏安特性（UI） 熱敏電阻器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時的互相關(guān)系。 1.負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻器的伏安特性,該曲線是在環(huán)境溫度為T0時的靜態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)UI曲線。,熱敏電

34、阻的端電壓UT和通過它的電流I有如下關(guān)系：,T0環(huán)境溫度； T熱敏電阻的溫升。,2正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的伏安特性 曲線見下圖，它與NTC熱敏電阻器一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^電阻器電流很小時，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。當(dāng)熱敏電阻器溫度超過環(huán)境溫度時，引起電阻值增大，曲線開始彎曲。當(dāng)電壓增至Um時，存在一個電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。,PTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性,（三）功率-溫度特性（PTT） 描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)

35、系，與電阻器所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。,當(dāng)熱敏電阻器由溫度T0增加到TU時，其電阻值RTr隨時間 t 的變化規(guī)律為： 式中RTt時間為t時，熱敏電阻的阻值；T0 環(huán)境溫度；Tu 介質(zhì)溫度(TuT0); RTa溫度Ta時,熱敏電阻器的電阻值；t時間。 當(dāng)熱敏電阻由溫度Tu冷卻T0時，其電阻值RTt與時間的關(guān)系為：,（四）熱敏電阻器的動態(tài)特性 熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動態(tài)特性。 動態(tài)特性種類：周圍溫度變化所引起的加熱特性；周圍溫度變化所引起的冷卻特性；熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特

36、性。,伏安特性 的位置,在儀器儀表中的應(yīng)用,U m 的左邊,溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測、溫度報警、溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外探測器、熱傳導(dǎo)測定、比熱測定,U m的附近,液位測定、液位檢測,U m的右邊,流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析,旁熱型 熱敏電阻器,風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空計(jì),（一）檢測和電路用的熱敏電阻器,（U m峰值電壓）,檢測用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用,四、熱敏電阻器的應(yīng)用,電路元件熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類,在儀器儀表中的應(yīng)用,U m 的左邊,偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償,U m的附近,恒壓電路、延

37、遲電路、保護(hù)電路,U m的右邊,自動增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路,測溫用的熱敏電阻器，其工作點(diǎn)的選取，由熱敏電阻的伏安特性決定。,伏安特性 的位置,溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭 1熱敏電阻；2鉑絲；3銀焊；4釷鎂絲；5絕緣柱；6玻璃,（二） 測溫用的熱敏電阻器 1、 各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu),2、測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法 圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。,1,2,3,4,1,2,3,4,5,Ir/mA,U/V,UR=IT0R,UR=IT1R,UR=IT2R,UR=IT0R0,UR=IT1R1,UR=IT2R2,IT0,IT1,IT2,自熱電橋測量溫線路,3、熱敏電

38、阻測溫電橋,自熱電橋及其等效電路,RT,R5,R6,R3,(R1),En,+,+,U2,UT,R,IT,E,UR,Rr,(a),(b),(c),R1,En,A,R1,R2,R4,R3,U,+,4.3 IC溫度傳感器 設(shè)計(jì)原理：利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性。 優(yōu)點(diǎn)：輸出線性好、測量精度高, 傳感驅(qū)動電路、信號處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封裝后的組件體積非常小,使用方便,價格便宜,故在測溫技術(shù)中越來越得到廣泛應(yīng)用。,一、IC溫度傳感器的分類 電壓型IC溫度傳感器；電流型IC溫度傳感器，數(shù)字輸出型IC溫度傳感器。 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

39、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。 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1A/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)10M。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。,二、IC溫度傳感器的測溫原理 電流型IC溫度傳感器的測溫原理，是基于晶體管的PN結(jié)隨溫度變化而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象研制的。眾所

40、周知，晶體管PN結(jié)的這種溫漂，會給電路的調(diào)整帶來極大的麻煩。但是，利用PN結(jié)的溫漂特性來測量溫度，可研制成半導(dǎo)體溫度傳感元件。IC溫度傳感器就是依據(jù)半導(dǎo)體的溫漂特性，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)而制造出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。利用電流I與Tk的正比關(guān)系，通過電流的變化來測量溫度的大小。,三、IC溫度傳感器的主要特性 （一）電壓輸出型集成溫度傳感器 AN6701S是日本松下公司生產(chǎn)的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個引腳，三種連線方式：(a)正電源供電，(b)負(fù)電源供電，(c)輸出極性顛倒。電阻RC用來調(diào)整25下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在330k范圍內(nèi)。這時靈敏度可達(dá)109110mV/，在

41、-1080范圍內(nèi)基本誤差不1。,在-1080范圍內(nèi)，RC的值與輸出特性的關(guān)系如下圖。AN6701S有很好的線性，非線性誤差不超過0.5%。若在25時借助RC將輸出電壓調(diào)整到5V，則RC的值約在330k間，相應(yīng)的靈敏度為109110mV/。校準(zhǔn)后，在-1080范圍內(nèi)，基本誤差不超過1。這種集成傳感器在靜止空氣中的時間常數(shù)為24s，在流動空氣中為11s。電源電壓在515V間變化，所引起的測溫誤差一般不超過2。整個集成電路的電流值一般為0.4mA，最大不超過0.8mA（RL=時）。,（二）電流型溫度傳感器 1伏安特性 工作電壓：4V30V，I 為一恒流值輸出，ITk，即 KT標(biāo)定因子，AD590的標(biāo)

42、定因子為1A/,I = KT TK,2溫度特性 其溫度特性曲線函數(shù)是以Tk為變量的n階多項(xiàng)式之和，省略非線性項(xiàng)后則有: Tc攝氏溫度；I 的單位為A。 可見，當(dāng)溫度為0時，輸出電流為273.2A。在常溫25時，標(biāo)定輸出電流為298.2A。,I=KTTc273.2,在實(shí)際應(yīng)用中，T 通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償校正，使測溫精度達(dá)0.1。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當(dāng)電源電壓由5V向10V變化時，其電流變化僅為0.2A/V。長時間漂移最大為0.1，反向基極漏電流小于10pA。,3AD590的非線性 55100，T遞增，100150則是遞降。T最大可達(dá)3，最小T0.3，按

43、檔級分等。,（三）數(shù)字輸出型IC溫度傳感器 美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。,、 DS1820的特性 單線接口：僅需一根口線與MCU連接；無需外圍元件；由總線提供電源；測溫范圍為-55125，精

44、度為0.5；九位溫度讀數(shù)；A/D變換時間為200ms；用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。,2、 DS1820引腳及功能 GND：地； VDD：電源電壓 I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出腳(單線接口，可作寄生供電),3 、DS1820的工作原理 圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。,(1)寄生電源 寄生電源由兩個二極管和寄生電容組成。電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電時,

45、電源端接地，器件從總線上獲取電源。在I/O線呈低電平時，改由寄生電容上的電壓繼續(xù)向器件供電。寄生電源兩個優(yōu)點(diǎn)：檢測遠(yuǎn)程溫度時無需本地電源；缺少正常電源時也能讀ROM。若采用外部電源,則通過二極管向器件供電。,DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時，DS1820對f0計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號點(diǎn)1位），但因符號位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，表3.4-1給出了DS1820溫度和數(shù)字量

46、的對應(yīng)關(guān)系。,溫度測量電路,斜率累加器,計(jì)數(shù)器1,計(jì)數(shù)器2,低溫度系數(shù)晶振,高溫度系數(shù)晶振,=0,=0,預(yù)置,溫度寄存器,預(yù)置,比較,停止,置位/ 清零,加1,(2) 溫度測量原理,DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，如圖。,64位ROM的結(jié)構(gòu)如下： 開始8位是產(chǎn)品類型的編號（DS1820為10H），接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個DS1820可以采用一線進(jìn)行通信的原因。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表所列,(3) 64位激光ROM,(4) 高速暫存器 由便箋式RAM和非易失性電擦寫 EERAM組成，后者用于存儲TH、TL值。數(shù)據(jù)先

47、寫入RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給EERAM。便箋式RAM占9個字節(jié)，包括溫度信息（第1、2字節(jié)）、TH和TL值（3、4字節(jié)）、計(jì)數(shù)寄存器（7、8字節(jié)）、CRC（第9字節(jié)）等，第5、6字節(jié)不用。暫存器的命令共6條，見表3.4-3所列。 在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)

48、位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD,DS1820存貯控制命令,DS1820單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念。因此系統(tǒng)對DS1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。DS1820工作工程中的協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令、處理數(shù)據(jù)。, 溫度檢測系統(tǒng)原理 由于單線數(shù)字溫度傳感器DS1820具有在一條總線上可同時掛接多片的顯著特點(diǎn)，可同時測量多點(diǎn)的溫度，而且DS1820的連接線可以很長，抗干擾能力強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離測量，因而得到了廣泛應(yīng)用。,采用寄生電容供電的溫度檢測系統(tǒng),89C51,DS1820,DS1820,DS1820,P1.

49、0,P1.1,P1.2,Tx,Rx,+5V,GND,VDD,P1.1作輸出口用，相當(dāng)于Tx P1.2作輸入口用，相當(dāng)于Rx,溫度檢測系統(tǒng)原理圖如圖所示，采用寄生電源供電方式。為保證在有效的DS1820時鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，我們用一個MOSFET管和89C51的一個I/O口（P1.0）來完成對DS1820總線的上拉。當(dāng)DS1820處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為10s。采用寄生電源供電方式時VDD必須接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的，為了操作方便我們用89C51的P1.1口作發(fā)送口Tx，P1.2口作接收口Rx。通過試驗(yàn)我

50、們發(fā)現(xiàn)此種方法可掛接DS1820數(shù)十片，距離可達(dá)到米，而用一個口時僅能掛接10片DS1820，距離僅為20米。同時，由于讀寫在操作上是分開的，故不存在信號競爭問題。,DS1820采用了一種單線總線系統(tǒng)，即可用一根線連接主從器件，DS1820作為從屬器件，主控器件一般為微處理器。單線總線僅由一根線組成，與總線相連的器件應(yīng)具有漏極開路或三態(tài)輸出，以保證有足夠負(fù)載能力驅(qū)動該總線。DS1820的I/O端是開漏輸出的，單線總線要求加一只5k左右的上拉電阻。 應(yīng)特別注意：當(dāng)總線上DS1820掛接得比較多時，就要減小上拉電阻的阻值，否則總線拉不成高電平，讀出的數(shù)據(jù)全是0。在測試時，上拉電阻可以換成一個電位器

51、，通過調(diào)整電位器可以使讀出的數(shù)據(jù)正確，當(dāng)總線上有8片DS1820時，電位器調(diào)到阻值為1.25k時就能讀出正確數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用時可根據(jù)具體的傳感器數(shù)量來選擇合適的上拉電阻。,四、IC溫度傳感器的應(yīng)用 AD590應(yīng)用串聯(lián)、并聯(lián)使用; 串聯(lián)測最低溫度；并聯(lián)測平均溫度,冷端補(bǔ)償;可代替冰池，環(huán)境溫度15 35;溫度控制;溫度檢測 （一）深井長傳輸線的攝氏溫度測量 在實(shí)際中，可使用AD590進(jìn)行深井長線傳輸側(cè)溫，并能對測溫曲線的非線性誤差進(jìn)行校正。用AD590為測溫傳感器，傳輸電纜可達(dá)1000m以上，主要是因AD590本身具有恒流、高阻抗輸出特性，輸出阻抗達(dá)10M。1000m的銅質(zhì)電纜。其直流阻值約為1

52、50。所以電纜的影響是微乎其微的。實(shí)驗(yàn)證明，接入1000m電纜后的測量值與不接入電纜的側(cè)量值。相差值小于0.1。這一變化值是在規(guī)定的測溫精度范圍內(nèi)的 。長線傳輸攝氏溫度測量的典型電路如圖。,由圖可得 設(shè)RT=1k，KT為標(biāo)定因子(1A/K)，則U1=1mV/KTk 因BG1為1.25V穩(wěn)壓管，經(jīng)R2,WT分壓,取U2=273.2mV放大倍數(shù)A=10 ；于是有:,當(dāng)t=55時，U0=550mV； 當(dāng)t=150時，U0=1500mV。 此電路只要BG1的運(yùn)放漂移小，性能穩(wěn)定，RT取0.l精密電阻，加上對AD590的自身非線性補(bǔ)償后，測溫精度在測溫范圍內(nèi)可達(dá)0.1。對于標(biāo)定因子KT的離散性，可通過調(diào)

53、節(jié)WT來調(diào)整，WT為多圈線精密電位器。,U0=(U1-U2)A=1mVTcA =10mV/Tc,攝氏TCV轉(zhuǎn)換公式,（二）測溫曲線的非線性誤差校正. 在實(shí)際測溫曲線中,若沒有通過校正,曲線如圖，0100溫域曲線是上升的，原因是AD590本身的非線性所致，在55100時T是遞增的；在100+150的T是遞降的，即U0/T=F(1)。式中的F為測溫電路的標(biāo)定因子。 要使整個測溫曲線有良好線性關(guān)系，就要使F=1，采取的辦法是利用雙積分A/D轉(zhuǎn)換線性特性，對曲線分段校正，線性雙積分A/D轉(zhuǎn)換的基本公式為,80C,100C,TC標(biāo)準(zhǔn)值,T測量值,0,測量誤差曲線,N1為固定值，V標(biāo)是反向積分時所加的標(biāo)準(zhǔn)

54、電壓,實(shí)際上N1/V標(biāo)為一常數(shù)，故該公式為N2-V輸入間的線性關(guān)系式。如果由AD590的非線性產(chǎn)生的V輸入值偏高，要使N2保持不變，只要減小V標(biāo)的值，即可使曲線得到提升；反之，增加V標(biāo)值，曲線就下降。 在實(shí)際電路中，是改變雙積分轉(zhuǎn)換器的參考電壓UREF的值來使測溫讀數(shù)值得到修正的。這種辦法補(bǔ)償了AD590的非線性誤差，提高了測量精度。,4.4 其他溫度傳感器 一、鉑電阻溫度傳感器 利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設(shè)計(jì)研制成的?？蓽y量和控制200650范圍內(nèi)的溫度，也可作對其他變量(如：流量、導(dǎo)電率、pH值等)測量電路中的溫度補(bǔ)償。有時用它來測量介質(zhì)的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的

55、穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達(dá)850。,1云母片骨架； 2鉑絲； 3銀絲引出線； 4保護(hù)用云母； 5綁扎用銀帶,在0850范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為 在2000范圍內(nèi)為： 式中 R0、Rt溫度為0及t時的鉑電阻的電阻值； A、B、C常數(shù)值，其中： A=3.9684710-3-1或3.9485110-3-1 B=5.84710-7-2或5.85110-7-2 C=4.2210-12-4或4.0410-12-4,Rt=R0（1+At+Bt2）,Rt=R01+At+Bt2+C(t-100) t3,鉑電阻的純度以R100/R0表示，R100表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸點(diǎn)時的鉑的電阻值。國際

56、溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，其R100/R0不得小于1.3925。我國工業(yè)用鉑電阻分度號為BA1、BA2，其R100/R0=1.391。 用途：鋼鐵,地質(zhì),石油,化工等生產(chǎn)工藝流程,各種食品加工,空調(diào)設(shè)備及冷凍庫,恒溫槽等的溫度檢測與控制中。,鉑電阻溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)詳見下表,二、水晶溫度傳感器 水晶振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性。利用這種特性制成的高精度晶振，已廣泛應(yīng)用于通信、檢測、控制儀器及微機(jī)等領(lǐng)域。水晶振子根據(jù)需要可切割成各種水晶板。主要切割形式有：AT、AC、RS、LC、Y等，其中，AT切割都使用在相對溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動頻率，可用下式表示： 式中f固有頻率；

57、n諧波次數(shù)；t振子厚度 水晶的密度；Cii彈性常數(shù)。 式中的t、Cii均是溫度的函數(shù)。水晶溫度傳感器就是利用水晶振子的振動頻率隨溫度變化的特性制成的,（一）水晶溫度傳感器的特性 在各種切割中，相對溫度頻率誤差大的切割有Y、LC、RS、AC等。溫度和水晶振子頻率的關(guān)系一般用： fTT時的頻率； fT0T0時的頻率； T測量溫度； T0基準(zhǔn)溫度（任意）；A、B、C方程式的1次、2次、3次項(xiàng)的溫度系數(shù)。 如果方程的2次、3次項(xiàng)的溫度系數(shù)近似為0，就可以得到線性水晶溫度傳感器。由于切割形式不同，溫度系數(shù)也不同。LC切割傳感器的特性如下表。,3.12 max,8.0以下,0.2 3.75,0.50 0.3,0.07 0.3,1.1 0