温度传感器概述1概念将温度量值大小转换为有关

总热电势：
EAB(t,t0)=eAB(t)-eA(t,t0)-eAB(t0)+eB(t,t0) ≈eAB(t)-eAB(t0) =f(t)+f(t0), 若t0固定，则 EAB(t,t0)=f(t)+C—为t的单值函数 EAB(t,0)—标准热电势 EAB(t,0)～ t—热电特性/分度表（70页～78页）
果的影响。
●
怎样减小连接线电阻对测量结果的影响：
三/四线制连接+三/四线制的测量电路
●
三/四线制测量电路:
三线式测量电路
四线式测量电路
二、半导体热电阻传感器
1.原理： 半导体材料的电阻率随温度变化而变化。 2.结构： 片状，杆状及珠状等。 3.种类： PTC—正温度系数； NTC—负温度系数。 说明：正、负温度系数是相对于某一段线性好且温度范围较
例题：S分度号热电偶热电特性查阅（书71页表格）
三、热电偶材料、结构及种类 1、材料选择：
（1）热电势大、温度响应范围宽，线性好。
（2）物理、化学性能稳定。 （3）材料组织均匀，有韧性，便于加工成丝。 （4）复现性好，便于批量生产，具有良好的互换性。 2、结构：
（1）普通性结构：
热电极、绝缘材料、保护外壳及接线盒等。 （2）铠装型结构： 热电极、绝缘材料和保护套管一起拉制而成的缆状组合体。
，用电压表测得回
路的热电势E(t,30)=24.9mv，求炉温实际t值。
解：根据 EK(t,0)=EK(t,30)+EK(30,0) =24.9mv+1.203mv(查表)=26.103mv 反查表得t≈628
例2：用与分度号S热电偶配套的标准温度仪表测量温度，已
知t0=30 ，标准温度仪表读数（指示）985 ，若此仪表无
一、热电偶基本结构 二、热电偶工作原理 三、热电偶材料、结构及种类 四、热电偶使用中的几个技术性问题
五、热电偶测量电路
一、热电偶基本结构
热电偶：由A、B热电极组成的闭合回路 热电极：A、B热电极 热端（t）—工作端（测量端） 冷端（t0）—参考端（自由端）
二、热电偶工作原理 1.热电效应： 将两种不同的导体材料A和B组成一闭合回路，若将闭合回路的
五、集成温度传感器
●
概念：将温敏三极管传感器及辅助调理电路集成在一个芯片
上的集成化PN结温度传感器。
●
说明：集成/数字/智能传感器，从传感器一次变换角度看不
属于传感器类型划分范畴，只是对一定类型的传感器在结构、 制作工艺及在输出信号调理方式等方面的特殊反映；真正的 集成传感器只有基于PN结的集成温度传感器。
膨胀式温度传感器: 液体膨胀： 固体膨胀：右图
温度自动控制
压力式温度传感器: 蜜封系统中的液体、气体或
低沸点液体的饱和蒸汽
受热后体积膨胀 从而产生压力变化 例：弹簧管式压力温度传感器
温度范围的划分及相应温度传感器： 工业温度范围： －200 ～ ＋ 2000
低温区域←500
→高温区域
5.1 热电偶温度传感器
大区域而言，一般情况，同一半导体电阻，在一些温度区域
呈PTC，而可能在另一些温度区域呈NTC。 4.特点：电阻温度系数大（灵敏度高），体积小，结构简单，价格低廉，
加工方便，引线电阻影响小；非线性大，物理稳定性较差。
5.测量电路: 直流转换电桥+直流放大+线性化补偿
6.应用举例： 温度监测与报警（实验）
◆接入第三种导体及打开热电偶意义：为热电偶用于实际温 度测量及采取温度补偿措施打开了通路。
2.热电偶冷端温度补偿问题 （1）冷端温度补偿概念
采取一定的技术措施，使得热电偶回路在t0≠0
偶冷端温度补偿。 （2）为什么进行冷端温度补偿？
情况下工作
时，也能输出对应的标准热电势EAB(t,0)，将这种措施称热电
两个接触点分别置于不同的温度环境t和t0之中，则回路产生相应
的电动势，该电动势的大小和方向与两个导体材料的性能及两接
触点的温度有关，这种效应称热电效应。
2.测量原理及热电势
●测量原理：
当A、B两种材料确定后，若固定冷端温度t0，则回路热电势
只与热端温度t有关，即热电势的大小反映了热端温度t的大小。
●
微传感器技术及微传感器
微传感器技术是基于微机电系统（Micro Electro-Mechanical
System—MEMS）化技术，采用超精密微机械加工技术对硅 材料及非硅材料的精密加工，典型的有微电阻传感器技术、 微电容传感器技术、微电感传感器技术及微陀螺传感器技术等。
微传感器是利用微组装工艺与集成电路生产技术，将传感器 元件、处理电路及执行器等单元微型化后再相互独立地集中
1.电流输出型：
● ●
产品系列：AD590I/J/K/L/M，I=KTTK 性能：Vcc：4~30V；T：-55~150；KT=1μA/K；精度：0.1
●
●
特点：输出电阻R0大于10M，可远距离传输（可达1000m）
封装：
电动机过热保护监测与报警（书98页）
5.3 PN结温度传感器
一、原理 二/三极管在正向导通时，PN结正向导通电压/流随自身的温 度变化而变百度文库，亦称温敏二/三极管。 二、特点
结构简单，价格低廉，在低温区域线性好；检测范围小
（-50 ~200 ），不适合于远距离测量。
三、测量电路 直流转换电桥+直流放大 四、应用举例 简易温度监测与报警
影响产品质量，甚至出现安全事故。在当今世界的各技术领
域，所涉及到的信息量提取中，温度信息量是最多的。所以 提取温度信息，确切掌握有关温度量值大小具有重要意义。
3.类型 ◆热电式温度传感器：
热电偶式； 热电阻式； 基于PN结的热电压式；
热磁式等。 间接热电式：热→位移/光强→电 ◆非热电式温度传感器：利用一些材料的物理或化学特性受 温度影响而发生变化。
3、种类：工业常用四种热电偶
铂铑30—铂铑6：分度号：LL-2（旧），B（新）
铂铑10—铂： 镍铬—镍硅： 镍铬—铜镍： 分度号：LB-3（旧），S（新） 分度号：EU-2（旧），K（新） 分度号：EA-2（旧），E（新）
四、热电偶使用中的几个技术性问题
1.热电偶回路接入第三种导体问题
中间导体定律：在热电偶回路中 接入第三种导体C，只要第三种 导体两端（接触）点的温度相同， 则回路总的热电势不变。 ◆接入形式：右图
所以：ES(t,0)=9.412+0.175=9.585mv，
反查表得t=1000
习题：4-8
③电桥电路自动补偿法 ◆补偿思想： EAB(t,t0)=e(t)-［e(0)+△e］+△e =e(t)-e(0)=EAB(t,0)
◆电路结构：
R1、R2、R3—标准电阻（温度系数为0） Rt—金属热电阻，并置其于t0的温度环境。
●
减小措施：尽量减小Rt工作电流，减小自热。
（2）连接引线(等效)电阻对测量结果影响(误差)
●
减小措施：采用一定的连接方式及相应的测量电路，以减小
引线等效电阻对测量结果的影响。
●
几种连接方式：
二线式
●
三线式
四线式
什么是三/四线制/式（概念）？
通过三/四根引线将热电阻传感器连接到相应测量电路中去的 方式。
●热电势类型及原理分析：
热电势类型：
一种为两种导体的接触热电势eAB(t)、eAB(t0)；另一种为单一 导体的温差热电势eA(t,t0)、eB(t,t0)。 接触热电势形成原理： 以热端接触热电势eAB(t)、且以
nA＞nB为例：如图
温差热电势形成原理： 以A材料且以t＞t0的温差热电势eA(t,t0)为例： eA(t,t0)=∫eA(x)dx，且
Pt100等。
（2）铜电阻：
● ●
型号：WZG（旧）；WZC（新） 特点：
以上易氧化。
在低温区域的一定温度范围内，性能较稳定，线性较好，价廉易加工；但
体积大，热惯性大，线性相对较差，100
●
种类： Cu50; Cu100等。
3.测量电路： 直流电桥转换+直流放大 4.使用中的技术性问题
（1）自热误差：
Rt=Rt0[1+a(t-t0)] •说明：上式为相对于某一较小温度范围段的近似特性。 •铂电阻：0-650，Rt=Rt0（1+At+Bt2+Ct3） 2.工业常用热电阻
（1）铂电阻：●型号：WZB（旧）；WZP（新）
●特点：易提纯，物理/化学性质稳定，测温范围较大；线性好，精度高（ 0.1） ●种类：Pt10;
在一个基片上的传感器，即为尺寸微型化的传感器—准集成
传感器，与一般传感器（宏传感器）相比，体积小、功耗低、 速度快、可靠性及灵敏度高，性能大大提升。
●
集成温度传感器类型
电压/电流输出型: 输出电压/电流正比于绝对温度 （Proportional To Absolute Temperature—PTAT）；数 字输出型（补充）。
3.补偿导线的使用问题 ①补偿导线概念及选择：
为了弥补A、B热电极长度的局限，选择在一定温度范围内与A、B两种材
料热电特性近似的
称补偿导线。
、 材料的导线来延长A、B的长度，这样的延长导线
②为什么要使用补偿导线？
首先、使用补偿导线可使冷端远离热端，避免冷端温度受热端温度影响； 其次，欲使冷端恒温或采用温补措施需延长热电偶；而且为解决热电偶材 料的昂贵问题找到出路。
首先，利用中间温度定律及已知条件获得标准热电势EAB(t,0)
EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)—中间温度定律 其中：EAB(t,t0)—测量值；EAB(t0,0)—修正值 即 E标=E测+E修 之后，通过标准热电势EAB(t,0)反查分度表获得温度t值。
例1：用K型热电偶测炉温，已知，t0=30
则从仪表指示数值所读出的温度t值才是正确的，否则读数值
不准确，需要计算修正。 （3）怎样冷端温度补偿？—冷端温度补偿方法 ①冷端温度恒温法：一般保持t0=0 ②计算修正法：在t0≠0 ，
时，根据有关条件、信息等，通过
计算获得标准热电势EAB(t,0)。
◆所需条件—已知条件：
Ⅰ、相关热电偶的技术资料信息—分度表。 Ⅱ、电压表：用于测量实际的EAB(t,t0)值。 Ⅲ、冷端温度t0值 ◆修正方法：
第五章 温度传感器 ●概述： 1.概念：将温度量值大小转换为有关（电）参量大小的元件 或装置。
2.意义：人们生活在热冷（温度）变化的环境之中，温度与
人们生活息息相关；从事任何科学技术与研究，都离不开温 度因素对其影响的分析与考虑，因为在不同的温度条件下， 所研究的对象会表现出不同的特性；在工业、现代农业等领 域，一些产品的生产需要保持在一定的温度条件下，否则会
①只有在冷端恒定时，热电势才是热端温度t的单值函数。
②不同分度号的热电特性（分度表）是以冷端t0=0 的条件下
做出的，所以，只有保持冷端t0=0 ，才能以测得的热电势， 通过相应分度号的热电特性，查得对应温度t的数值。 ③与各分度号配套的温度仪表是根据t0=0 时的热电特性
EAB(t,0)～ t标定（刻度）的，所以在使用时，只有保持t0=0
冷端温度自动补偿功能，求实际温度t值。
解：根据 ES(t,0)=ES(t,30)+ES(30,0)
?
从冷端温度在t0=30 即 而
(查表)0.173mv
时，仪表指示985 ，则可以说明热电
偶的实际热电势ES(t,30)和标准热电势ES(985,0)相同， ES(t,30)=ES(985,0), ES(985,0) =9.412mv（查表所得）
五、热电偶测量电路 1.基本测量电路：
2.放大式测量电路：单端/双端差动放大
3.线性化式测量电路
5.2 热电阻传感器
● ●
特点：中、低温区域，热/电阻响应特性好，测温准确度高，结构简单。 类型：金属热电阻/热电阻；半导体热电阻/热敏电阻。
一、金属热电阻传感器
1.基本原理：金属导体的电阻率随温度变化而变化。
●
为什么要采用三/四线制的连接方式
（采用三/四线制的目的）
因为金属电阻传感器自身阻值很小，而连接线具有一定的长 度，这样、连接线的等效电阻对测量结果的影响就比较明显 （不能忽略不计），特别是环境温度变化而使连接线电阻 值产生的波动对测量结果的影响，所以采用三/四线制的连接
方式及相应的测量电路，用以减小连接线等效电阻对测量结
◆工作原理： 选择R1=R2=R3=Rt=0，则当t0=0时，uab=uac-ubc=0，
当t0≠0时，∵t0↑→Rt↑，∴uab=（uac↑-ubc）↑
∴E(t,t0)=e(t)-e(t0)↑+uab↑=e(t)-［e(0)+△e↑］+△e↑ =e(t)-e(0)=E(t,0)—标准热电势，且与冷端温度t0的大小无关。