第7章-熱電式傳感器ppt課件.ppt

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1、第七章熱電式傳感器第一節(jié)熱電式傳感器概論第二節(jié)熱電偶一、熱電效應(yīng)原理二、熱電偶基本定律三、熱電偶結(jié)構(gòu)和種類四、熱電偶測量電路五、熱電偶冷端補償方式第三節(jié)熱電阻第四節(jié)熱敏電阻傳感器第五節(jié)熱電式傳感器的應(yīng)用每課一新每課一新溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲性?、磁參?shù)的變化電阻磁導電動勢測量電路可測的電參數(shù)一、熱電式傳感器定義第一節(jié)熱電式傳感器概論二、熱電式傳感器分類：在各種熱電式傳感器中，以把溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍,分類如下:1、熱電偶將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱觿荨?、熱電阻將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匐娮柚档淖兓?、PN結(jié)型溫度傳感器利用半導體PN節(jié)與溫度的關(guān)系。4、熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽w電阻值的變化。第

2、二節(jié)熱電偶一、熱電效應(yīng)原理把兩種不同的金屬A和B連接成如圖1(a)所示的閉合回路。如果將它們的兩個接點中的一個進行加熱，使其溫度為T而另一點置于室溫T0中、則在回路中就有電流產(chǎn)生。如果在回路中接入電流計M。如圖1(b)所示．就可以看到電流計的指針偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。通常把兩種不同的金屬的這種組合稱為熱電偶A和B稱為熱電極溫度高的接點稱為熱端(或稱為工作端)．而溫度低的接點稱為冷端(或稱為自由端)有理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。為什么會產(chǎn)生接觸電勢和溫差電勢呢圖7-1熱電效應(yīng)原理圖？（一）、接觸電勢產(chǎn)生的原因由于所有金屬都具有自由電子，而且在不同

3、的金屬中自由電子的濃度不同，因此當兩種不同金屬A和B接觸時，在接觸處便發(fā)生電子的擴散。B金屬A金屬e擴散+++---e擴散反擴散反擴散在這種動態(tài)平衡狀態(tài)下，A和B兩金屬之間便產(chǎn)生一定的接觸電勢．圖7-2它的數(shù)值取決于兩種金屬的性質(zhì)和接觸點的溫度、而與金屬的形狀及尺寸無關(guān)。由物理學可知，該電勢為波爾茲曼常數(shù)（）絕對溫度材料A、B的自由電子密度電子電荷電量()（二）、溫差電勢產(chǎn)生的原因?qū)τ谌魏我粋€金屬，當其兩端溫度不同時，兩端的自由電子濃度也不同。溫度高的一端濃度大．具有較大的動能；溫度低的一端濃度小，動能也小。因此，高溫端的自由電子要向低溫端擴散．最后同樣要達到動態(tài)平衡，高溫端失去電子而帶正

4、電，而低溫端得到電子帶負電。從而在曲端形成溫差電勢，又稱為湯姆森電勢。在由兩種不同金屬組成的閉合回路中．當兩端點的溫度不同時，回路中產(chǎn)生的熱電勢等于上述電位差的代數(shù)和。（三）、回路中的總熱電勢(1)金屬A和金屬B的一個接點在溫度為T時，產(chǎn)生的接觸電勢。(2)金屬A和金屬B的另一接點在溫度為T0時，產(chǎn)生的接觸電勢。(3)金屬A兩端溫度為T,T0時，形成的溫差電勢。(4)金屬B兩端溫度為T,T0時．形成的溫差電勢。因此，整個閉合回路內(nèi)、總的熱電勢為:應(yīng)該指出的是，在金屬中自由電子數(shù)目很多、以致于溫度不能顯著地改變它的自內(nèi)電子濃度。所以在同一種金屬內(nèi)的溫差電勢極小，可以忽略。因此，在一個熱電偶回

5、路中起決定作用的是兩個接點處產(chǎn)生的與材料性質(zhì)和該點所處溫度有關(guān)的接觸電勢，故上式可改寫為：在實際使用中為了方便，在標定熱電偶時，使T0為常數(shù)、即則上式變?yōu)椋喝艄潭═0則熱電勢可僅看作是T的函數(shù)圖7-3各種熱電偶的熱電勢與溫度關(guān)系曲線To=0℃)對于各種不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電勢之間有著不同的函數(shù)關(guān)系。一般是用實驗的方法來求取這個函數(shù)關(guān)系。如圖7—3所示的曲線,或列成表格(稱為熱電偶分度表)，供使用時查閱。Sensor近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器／控制器；(3)智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫

6、度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1、模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、溫度傳感器的發(fā)展歷史、趨勢(一)響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校定，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM13

7、5等。2、智能溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)ATE的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。其特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU