热电式传感器

第7章热电式传感器

定义：利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。

热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。

◆将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶；

◆将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。

7.1 热电阻传感器

热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。

热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻

7.1.1 热电阻

用于测量温度的热电阻的材料应该满足以下条件：

（1）、电阻温度系数α要大且保持常数；

（2）、电阻率ρ要大，以减少热电阻的体积，减小热惯性；

（3）、在使用温度范围内，材料的物理、化学特性要保持稳定，以保证热电阻的测量准确性；

（4）、良好的输出特性，即必须有线性的或者接近线性的输出；

（5）、生产成本要低，工艺实现要容易，便于批量生产。

常用的金属材料有：铂、铜、镍、铁等。

1、铂热电阻

铂热电阻（熔点1772℃）是最佳的热电阻。

其优点包括：物理、化学性能非常稳定，特别是耐氧化能力很强，在很宽的温度范围内（1200℃以下，按IEC （国际电工委员会标准）标准, 铂热电阻的使用温度范围为-200~+850℃。）都能保持上述特性；电阻率较高，易于加工，可以制成非常薄的铂箔和极细的铂丝等。

其缺点主要是：电阻温度系数较小，成本较高，在还原性介质中易变脆等。 铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似表示为： 在-200℃---0℃温度范围内

在0℃----850℃温度范围内

式中，Rt 和R0分别为0℃和t ℃的电阻值，ABC 为常数：

A=3.96847×10－3 /℃ B=－5.847×10－7 /℃2 C=－4.22×10－12 /℃4

目前我国规定工业用铂热电阻有R0=10Ω和R0=100Ω两种, 它们的分度号分别为Pt10和Pt100, 其中以Pt100为常用。铂热电阻不同分度号亦有相应分度表, 即Rt-t 的关系表, 这样在实际测量中, 只要测得热电阻的阻值Rt, 便可从分度表上查出对应的温度值。

2、铜热电阻

铜热电阻也是一种常用的热电阻。由于铂热电阻价格高，通常在一些测量精度要求不高而且测量温度较低的场合（如—50~150℃），普遍采用铜热电阻。其电阻温度系数较铂热电阻高、容易提纯、价格低廉。

近似为

国内统一设计标准铜电阻

分度号为Cu50和Cu100

其最主要的缺点是电阻率较小，约为铂热电阻的1/5.8，因而铜热电阻的电阻丝细而且长，机械强度较低，体积较大。此外铜热电阻易被氧化，不宜在侵蚀性介质中使用。

注意：∵热电阻阻值较小

∴引线电阻不能忽视

[

]

3

20)100(1t

t C Bt At R R t -+++=)

1(2

0Bt At R R t ++=[]

3201Ct

Bt At R R t +++=)

1(0

t R

R

t

α+=

℃）

（－/1028.4~25.43

?=α??

?Ω

±ΩΩ±Ω=1.010005.0500

R

3、热电阻的接线、测量电路

内引线：内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种。在热电阻感温元件的两端各连一根导线的引线形式为两线制热电阻。这种两线制热电阻配线简单，安装费用低，但要带进引线电阻的附加误差。因此，不适用于高精度测温场合使用。并且在使用时引线及导线都不宜过长。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响, 用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。

测量电路：

（1）、二线制接法

（2）、三线制接法

（3）、四线制接法

4、其他热电阻

铂、铜热电阻不适宜做低温和超低温的测量。

铟电阻适宜在-269——-258℃温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。

锰电阻适宜在-271——-210℃温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。

碳电阻适宜在-273——-268.5℃温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。

除了普通工业用热电阻外，近年来为了挺高响应速度，发展了一些新产品。例如，封装在金属管套内的嵌装热电阻，这种热电阻外径直径小（最小仅1mm），除感温元件处外，可以任意弯曲，特别适合在复杂结构中安装。由于封装良好，具有良好的抗振动、抗冲击性能和耐腐蚀性能。又如线绕薄片型铂热电阻和利用IC 工艺制作的厚膜铂电阻与薄膜铂电阻，后者具有较高的性价比。

7.1.2 热敏电阻

半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质而制成的温度敏感元件，半导体和金属具有完全不同的导电机理。

热敏电阻的材料：锰、钴、铜、铁、锌等的氧化物的混合物。

半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有灵敏度高、体积小、热惯性小、响应速度快等优点；

但目前它存在的主要缺点是互换性和稳定性较差，非线性严重，且不能在高温下使用，所以限制了其应用领域。

1、半导体热敏电阻的类型

半导体热敏电阻随温度变化的典型特性有三种类型，即负温度系数热敏电阻NTC （Negative Temperature Coefficient ）、正温度系数热敏电阻PTC （Positive Temperature Coefficient ）和在某一特定温度下电阻值发生突然变化的临界温度电阻器CTR （Critical Temperature Resistor ）。它们的特性曲线如图所示。

PTC 热敏电阻－正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成

用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。 CTR 热敏电阻－负温度系数

以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。

NTC 热敏电阻－很高的负电阻温度系数

主要由Mn 、Co 、Ni 、Fe 、Cu 等过渡金属氧化物混合烧结而成

应用：点温、表面温度、温差、温场等测量自动控制及电子线路的热补偿线路 NTC 型，负温度系数：适用于-100─300℃

2、NTC 的电阻-温度特性

NTC 在低于450℃时，有经验公式：

式中 RT , R0——热敏电阻在绝对温度T ，T0时的阻值()； T0, T ——介质的起始温度和变化温度（K ）；

作温度开关临界温度系数：型正温度系数：适用于型?

??→-,300100,CTR

C PTC

通常指零度或室温

）

热力学温度（绝对温度热敏电阻材料常数0T T B 15

.273+=t T

t0 , t ——介质的起始温度和变化温度（℃）；

B ——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K ，其大小取决于热敏电阻的材料。

若已知 则可计算：

NTC 电阻温度系数

负电阻温度系数

）

（

）（）（）（t R

R

R

R

t

T T

B T

T 0

2731

2731

ln ln

11ln +-

+-=

-

=T R R T T ，和，00

3、NTC的伏安特性

当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏

安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。

当电流增大到一定值时：流过热敏电阻

的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特

性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而

下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质

温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度

一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、

流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速

度和介质密度。

热敏电阻特性的严重非线性，是扩大测温范围和提高精度必须解决的关键问题。解决办法是，利用温度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻阻值在一定范围内呈现线性关系。

串联法：只要金属电阻R x 选的合适，在一定温度范围内可得到近似双曲线特性，即温度与电阻的倒数成线性关系，从而使温度与电流呈线性关系。

7.1.3 热电阻传感器的应用

7.2 热电偶传感器

热电偶（thermocouple）在温度测量中应用极为广泛，因为它具有构造简单、使

用方便、准确度高和温度测量范围宽等特点。常用的热电偶可测温度范围为-50～1600℃。若配用特殊材料，其温度范围可扩大为-180～2800℃。

7.2.1 热电效应及其工作定律

塞贝克（Seeback ）效应：

1821年，德国物理学家发现，将两种不同的金属导体接成闭合回路时，如果将它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克效应，这样的电路叫做温差电偶，产成电流的电动势叫做温差电动势。

例如：铁与铜的冷接头为1℃，热接头处为100℃，则有5.2毫伏的温差电动势产生。

帕尔帖(peltire)效应：

1834年巴黎的钟表匠帕尔帖发现了塞贝克效应的逆效应。当电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。

对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。 汤姆逊效应（Thomson effect ）：

1856年，汤姆逊对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。

在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆逊热）。或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。这一现象叫汤姆逊效应，成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应

1、热电效应

两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，该电动势称为热电动势。

两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路,在闭合回路中，A 、B 导体称为热电极。T 端结点称为工作端或热端；T0端结点称为冷端或自由端。

分析表明，热电效应产生的热电式由接触电势（帕尔贴电势）和温差电势（汤姆

逊电势）两部分组成。

A B T

工作端T 0自由端

（1）、接触电势 产生原因：由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。 两种导体接触时,自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散, （NA>NB,A 到B ）在接触处失去电子的一侧带正电, 得到电子的一侧带负电, 形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。 两接点的接触电动势e AB(T )和e AB （T 0）可表示为

式中: K ——波尔兹曼常数; k=1.3806505(24) × 10?23 J/K

e ——单位电荷电量; NAT 、NBT 和NA T0、NBT0 ——分别在温度为T 和T0时, 导体A 、B 的自由电子密度。

（2）、温差电动势

同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。

机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。 温差电势表示：

表示汤姆逊系数，即温度为一度时电动势的值 热电偶回路中产生的总热电势

()()()

ln

A A

B B n t kt E t e

n t =

()()()

0000ln

A A

B B n t kt E t e

n t

=

在总热电势中, 温差电势比接触电势小很多, 在精度要求不高的情况下, 热电偶的热电势可近似表示为： ＥAB (T, T 0) ≈e AB (T) -e AB (T 0)

热电偶回路的几点结论：

① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。必须采用两种不同的材料作为热电极。 ② 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电势亦为零。

③ 热电偶AB 的热电势与A 、B 材料的中间温度无关，只与结点温度有关。

2、工作定律

（1）匀质导体定律。由一种匀质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度如何，都不能产生热电势。

由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。 意义：

有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。

（2）中间导体定律。在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路总的热电动势不变。

应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。

测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路

0t 0t C A

C 1t 1

t （a)（b)C 0AB 00(,)()()(,)AB AB AB E t t E t E t E

t t =-

=t t 00B t (a)

(b)

（3）标准电极定律。如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知，这个定律就称为标准电极定律。

那么，导体A 与B 组成的热电偶热电动势为：

意义：通常选用高纯铂丝作标准电极

只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。 （4）中间温度定律：

在热电偶测温回路中，t c 为热电极上某一点的温度，热电偶AB 在接点温度为t 、t 0时的热电势e AB (t, t 0)等于热电偶AB 在接点温度t 、t c 和t c 、t 0时的热电势e AB (t ，t c )和e AB (t c ，t 0)的代数和，即

e AB (t,t 0)=e AB (t,t c )+e AB (t c ,t 0)

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论基础。它表明热电偶的两电极被两根导体延长，只要接入的两导体组成的热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。

根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A ′和B ，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。

()()()()0000,,() AC AC AC BC BC BC E t t e t e t E t t e t e t =-=-（）000 ,()()AB AC BC E t t E t t E t t =-（），，

A

C C A B B 0C 0C 0(,)(,)(,)

AB A B E t t E t t E t t =－

7.2.2 热电偶

1、热电偶材料

虽然金属都有热电效应，但在实际应用中，不是所有的金属都可以作为热电偶的。作为热电偶回路电极的金属导体应具备以下几个特点：

①配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势与温度尽可能有良好的线性关系。

②能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不会发生明显的化学及物理性能的变化。

③温度系数小，电导率高。

④易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。

2、热电偶结构

①普通型热电偶。

工业用普通型热电偶的结构一般由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒四部分组成。

②铠装热电偶。铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者经拉伸结合而成的。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小, 动态响应快, 机械强度高, 挠性好, 可安装在结构复杂的装置上, 因此被广泛用在许多工业部门中。

③薄膜热电偶。薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法，把两种热电极材料分别沉积在绝缘##片上形成的一种快速感温元件。

此外，还有表面热电偶、浸入式热电偶、特殊热电偶、热电锥等

3、热电偶的温度补偿

为使热电动势与被测温度间呈单值函数关系，需要把热电偶冷端的温度保持恒定。由于热电偶的分度表是在其冷端温度0℃条件下测得的，所以只有在满足=0℃的条件下，才能直接应用分度表。

（1）0℃恒温法：将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温器内，使冷端温度保持0℃不变，它消除了不等于0℃而引入的误差。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。

（2）冷端温度修正法：

式中，为热电偶热端温度为，冷端温度为0℃时的热电动势；

为热电偶热端温度为，冷端温度为时的热电动势；

为热电偶热端温度为，冷端温度为0℃时的热电动势。

例子

用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV, 求加热炉温度。

解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。可得

eAB（t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV

由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8℃

（3）补偿导线法：在使用热电偶测温时，必须使热电偶的冷端温度保持恒定，否则在测温时引入的测量误差将是个变量，影响测量的准确性。所以必须使冷端远离温度对象，采用补偿导线就可以做到这一点。

热电偶一般做得较短，一般为350～2000mm。

在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样, 冷端温度t0比较稳定。

解决办法：工程中采用一种补偿导线。在0～100℃温度范围内，要求补偿导线

和所配热电偶具有相同的热电特性。

（4）仪表机械零点调整法：对于具有零位调整的显示仪表而言，如果热电偶冷端温度较为恒定时，可采用测温系统未工作前，预先将显示仪表的机械零点调整到t0℃上。

（5）补偿电桥法：当热电偶冷端温度波动较大时，一般采用补偿电桥法，其测量线路如图所示。补偿电桥法是利用不平衡电桥（又称冷端补偿器）产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。

不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻R1、R2 、R3、电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻RCU 和稳压电源组成。

补偿原理：将带有铜热电阻的补偿电桥与被补偿的热电偶串联，铜与热电偶的冷端置于同一温度场。室温时，电桥输出为零，当冷端温度变化时，热电偶铜输出电压减小,电阻阻值变化造成电桥不平衡输出, 增加。 此不平衡输出电压对热电偶输出变化有抵消作用。 4、热电偶的测温电路

热电偶测温时, 它可以直接与显示仪表（如电子电位差计、 数字表等）配套使用, 也可与温度变送器配套, 转换成标准电流信号, 下图 为典型的热电偶测温线路。

特殊情况下, 热电偶可以串联或并联使用, 但只能是同一分度号的热电偶, 且参考端应在同一温度下。如热电偶正向串联, 可获得较大的热电势输出和提高灵敏

1322131

12323()()

(1)()

U U U U C C AB C C R R R R R R R R U E E R R R R R R R R -

-↑↑=?

=?

==↑

++↓+

+↑

000(,)(,)U A B AB AB C AB E t t t E t t U R U ??

↓??↑+=?

?→↑???

?

恒定

值

度。在测量两点温差时, 可采用热电偶反向串联。利用热电偶并联可以测量平均温度。

（1）单点温度测量

（2）测量两点的温度差

用两只相同型号的热电偶，配用相同的补偿导线，反向串联。产生热电势为

E T=E AB（T1，T0）—E AB（T2，T0）

（3）测量平均温度

用几只型号特性相同的热电偶并联在一起。

传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第7章热电式传感器 7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？ 答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。 热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？ 答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。 7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？ 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？ 答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？ 答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。 连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？ 答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0) 这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃，若参考端温度为25℃，问介质的实际温度为多少？ 答：t=介质温度+k*参考温度（800+1*25=825） 7-8 热电式传感器除了用来测量温度外，是否还能用来测量其他量？举例说明之。 7-9 实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器，今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300~400℃，要求精度达±2℃，问应选用哪一种？为什么？

热电阻热电偶温度传感器校准实验

湖南大学实验指导书 课程名称：实验类型： 实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验 学生姓名：学号：专业： 指导老师：实验日期：年月日 一、实验目的 1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理 2.学会热电偶温度计的制作与校正方法 3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t 的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2) R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。 (2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法

pt100温度传感器原理

ptioo温度传感器原理 PT100是一个温度传感器，是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器，可以工作在-200C至650 C的范围. 电阻式温度检测器(RTD,Resistanee Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻，它会随温度的上升而改变电阻值，如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数，如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的，其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器，最为稳定—耐酸碱、不会变质、相当线性…,最受工业界采用。 PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器，属于正电阻系数，其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+a T)其中a =0.00392,R(为100 Q在0C的电阻值),T为摄氏温度＜br＞因此白金作成的电阻式温度检测器，又称为PT100。 1: Vo=2.55mA Xl00(1+0.00392T)=0.255+T/1000。 2:量测Vo时，不可分出任何电流，否则量测值会不準。电路分析由于一般电源供应较多零件之后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件，由于7.2V齐纳二极体的作用，使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流，而我们须将集极电流调为 2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器，输入电阻几乎无限大，同时又放大10倍，使得运算放大器输出为2.55+T/100°6V齐纳二极体的作用如7.2V 齐纳二极体的作用，我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压 V1 亦为2.55V。其后差动放大器之输出为

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理

各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1.热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体A和B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-1(a所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向， 称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势， 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势：热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a，b 之间便有一电动势差△ V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b所示。并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B 为负极。实验表明，当△ V很小时，△ V与厶T成正比关系。定义△ V对厶T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。

热电偶温度传感器设计报告

传感器课程设计 设计题目：热电偶温度传感器 2010年12月30日 目录 1、序言 (3) 2、方案设计及论证 (4)

3、设计图纸 (9) 4、设计心得和体会 (10) 5、主要参考文献 (11) 一、序言 随着信息时代的到来，传感器技术已经成为国外优先发展的科技领域之一。测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的不同种类

的物理量不仅需要不同种类的传感器进行采集，而且因信号性质的不同，还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要去。因此，触感其与检测技术在现代测量与控制系统中具有非常重要的地位。 而在所有的传感器中，热电偶具有构造简单、适用温度围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合。 因此，我们想设计一种热电偶传感器能够在低温下使用，可以适用于试验和科研中，测量为温度围：-200 ℃ ~500 ℃，电路不太复杂的简易的热电偶温度传感器，考虑到制作材料相对便宜，我们选择了铜-铜镍（康铜）。在选择测量电路时，我们从简单，符合测量围要求及热电偶的技术特性，我们采用了AD592对T型热电偶进行冷结点的补偿电路。这种型号的电路允许的误差（0.5 ℃或0.004x|t|）相对于其他类型的热电偶具有测量温度精度高，稳定好，低温时灵敏度高，价格低廉。能较好的满足测量围。 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小，

温度传感器简介

简谈温度传感器及研究进展 摘要：温度传感器是使用范围最广，数量最多的传感器，在日常生活，工业生产等领域都扮演着十分重要的角色。从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器。近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速。由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用更加方便，因此智能温度传感器是当今的一个研究热点。微处理器的引入，使得温度信号的采集，记忆，存储，综合，处理与控制一体化，使温度传感器向智能化方向发展。关键词：温度传感器；智能温度传感器；接触式温度传感器 中图分类号：TP212.1 文献标识码：A Abstract:temperature transducer is used most widely, the largest number of sensors, in daily life, such as industrial production field plays a very important role.Since the 17th century temperature sensor for the first time application, was born in turn contact temperature sensor, non-contact temperature sensor, integrated temperature sensor.Intelligent temperature sensor in recent years in semiconductor technology, materials technology, under the support of new technologies such as the temperature sensor is developing rapidly.Due to the software and hardware of the intelligent temperature sensor reasonable matching can greatly enhance the function of the sensor, improve the precision of the sensor, and can make the temperature sensor has simple and compact structure, use more convenient, thus intelligent temperature sensor is a hot spot nowadays.The introduction of the microprocessor, which makes the temperature signal collection, memory, storage, comprehensive, processing and control integration, make the temperature sensor to the intelligent direction. Key words：temperature transducer; Smart temperature sensor; Contact temperature sensors 前言：温度作为国际单位制的七个基本量之一，测量温度的传感器的各种各样，温度传感器是温度测量仪表的核心部分，十分重要。据统计，温度传感器是使用范围最广，数量最多的传感器。简而言之，温度传感器（temperature transducer）就是是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。在材料技术的支持下，陶瓷，有机，纳米等新材料用于温度传感器中可以使温度的测量和控制更加科学和精确。由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用更加方便，因此智能温度传感器是当今的一个研究热点。微处理器的引入，使得温度信号的采集，记忆，存储，综合，处理与控制一体化，使温度传感器向智能化方向发展。

pt100温度传感器原理

pt100温度传感器原理 PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200℃至650℃的范围. 电阻式温度检测器(RTD,Resistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。 PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。 1：V o=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。 2：量测V o时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为 2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V 齐纳二极体的作用,我们利用它调出 2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为 2.55V。其后差动放大器之输出为

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量 (取决于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T 的微分热电势为热电势率, 又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2. 热电偶的种类

热电式传感器在生活中的应用

鲁东大学信息与电气工程学院软件二班20102212504 马鑫 热电式传感器在生活中的应用 本系统使用镍铬—镍硅热电偶，被测温度范围为0～655℃，冷端补偿采用补偿电桥法，采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。不平衡电桥由电阻R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、Rcu(铜丝绕制)四桥臂和桥路稳压源组成，串联在热电偶回路中。Rcu与热电偶冷端同处于±0℃,而R1=R2=R3= 1Ω，桥路电源电压为4V，由稳压电源供电，Rs为限流电阻，其阻值因热电偶不同而不同，电桥通常取在20℃时平衡，这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=Rcu，a、b端无输出。当冷端温度偏离20℃时，例如升高时，Rcu增大，而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。Uab与热电势减小量相等，Uab与热电势迭加后输出电势则保持不变，从而达到了冷端 补偿的自动完成。 测量放大电路 实际电路中，从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏(<30mV)，且其中包含工频、静电和磁偶合等共模干扰，对这种电路放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗，因此宜采用测量放大电路。测量放大器又称数据放大器、仪表放大器和桥路放大器，它的输入阻抗高，易于与各种信号源匹配，而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且温漂较小。由于时间温漂小，因而测量放大器的稳定性好。由三运放组成测量放大器，差动输入端R1和R2分别接到A1和A2的同相端。输入阻抗很高，采用对称电路结构，而且被测信号直接加到输入端，从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器，其增益近似为1。测量放大器的放大倍数为：AV= V0/（V2-V1），AV=RF/R(1+(Rf1+Rf2)/RW)。在此电路中，只要运放A1和A2性能对称(主要指输入阻抗和电压增益)，其漂移将大大减小，具有高输入阻抗和共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，适宜于测量远距离传输过来的信号，因而十分易于与微小输出的传感器配合使用。RW是用来调整放大倍数的外接电阻，在此用多圈电位器。 实际电路中A1、A2采用低漂移高精度运放OP-07芯片，其输入失调电压温漂αVIOS和输入失调电流温漂αIIOS都很小，OP-07采用超高工艺和“齐纳微调”技术，使其VIOS、IIOS、αVIOS和αIIOS都很小，广泛应用于稳定积分、精密加法、比校检波和微弱信号的精密放大等。OP-07要求双电源供电，使用温度范围0～70℃，一般不需调零，如果需要调零可采用RW进行调整。A3采用741芯片，它要求双电源供电，供电范围为±(3～18)V，典型供电为±15V，一般应大于或等于±5V，其内部含有补偿电容，不需外接补偿电容。 A/D(模数)转换电路 经过测量放大器放大后的电压信号，其电压范围为0～5V，此信号为模拟信号，计算机无法接受，故必须进行A/D转换。实际电路中，选用ICL7109芯片。ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分型12位A/D转换器。由于目前12位逐次逼近式A/D 转换器价格较高，因此在要求速度不太高的场合，如用于称重测压力、测温度等各种传感器信号的高精度测量系统中时，可采用廉价的双积分式12位A/D转换器ICL7109。ICL7109主要有如下特性：(1)高精度(精确到1/212=1/4096)；(2) 低噪声(典型值为15μVP-P)；(3)低漂移(<1μV/℃)；(4)高输入阻抗(典型值1012Ω)；(5)低功耗(<20mW)；(6)转换速度最快达30

热电式温度传感器作业与习题

热电式传感器作业与习题 作业习题 1.判断题： a) 热电偶使用时，常配用冷端延长线，延长线可以采用任何一种金属 材料制造。 b) 把N 支相同型号的热电偶依次将正、负极连接，则串联线路的相对 误差会减少。 c) 两种金属相接触时会产生接触电势，两种半导体也会产生接触电势， 但金属和半导体间不会产生接触电势。 d) 热电偶传感器的中间导体定律保证了接入热电偶回路中的第三甚至 第四种导体只要它们几端的温度相同就一定不会影响回路的总电势。 e) 热电偶的补偿导线法与零度恒温法一样，可完全消除冷端温度变化 带来的测温误差。 f) 热电偶的工作机理是导体的热电效应。而热电势的产生必须具备两 个条件，即两种导体材质不同且两个节点的温度不同。 2.已知铜热电阻Cu100的百度电阻比W(100)=1.42，当用此热电阻测量50℃温度时，其电阻值为_______欧；若测温时的电阻值为83欧，则被测温度是_______℃（保留小数点后两位） 3. 叙述并证明热电偶参考电极定律，其中k 为玻尔兹曼常数；e 为电子电荷量； n A 、n B 、 n C 分别为材料A 、B 、C 的自由电子密度；A σ、B σ、C σ分别为材料A 、B 、 C 的汤姆逊系数。且已知在某特定条件下材料A 与铂配对的热电势为13.967mV ，材料B 与铂配对的热电势是8.345mV ，求出在此特定条件下，材料A 与材料B 配对后的热电势。(材料A 在前，材料B 在后) 4.将一灵敏度为0.08 mV/℃的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50℃，若电位计上读数是60mV ，热电偶的热端温度是___________________。 T C T B T

常用温度传感器的对比分析及选择

常用温度传感器的对比分析及选择 大致的要点： 1．温度传感器概述：应用领域，重要性； 2．四种主要的温度传感器类型的横向比较 3．热电偶传感器 4．热电阻传感器 5．热敏电阻传感器 6．集成电路温度传感器以及典型产品举例 7．温度传感器的正确选择及应用 在各种各样的测量技术中，温度的测量可能是最为常见的一种，因为任何的应用领域，掌握温度的确切数值，了解温度与实际状态之间的差异等，都具有极为重要的意义。就以测量为例，在力的测量，压力，流量，位置及电平高低等测量的过程中，为了提高测量精度，通常都会要求对温度进行监视，如压力或力的测量，往往是使用惠斯登电阻电桥，但组成电桥的电阻随温度变化引起的误差，往往会大大超过待测力引起的电阻值变化，如不对温度进行监控并据此校正测量结果，则测量完全不可能进行或者毫无效果。其他参数测量也有类似问题，可以说，各种的物理量都是温度的函数，要得到精确的测定结果，必须针对温度的变化，作出精确的校正。本文就是帮助读者针对特定的用途，选择最为合适的温度传感器，并进行精确的温度测量。 工业上常用的温度传感器有四类：即热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温度传感器；每一类温度传感器有自己独特的温度测量范围，有自己适用的温度环境；没有一种温度传感器可以通用于所有的用途：热电偶的可测温度范围最宽，而热电阻的测量线性度最优，热敏电阻的测量精度最高。表1是四类传感器的各自独特的性能特性及相互比较。表2是四类传感器的典型应用领域。

热电偶--通用而经济 热电偶由二根不同的金属线材，将它们一端焊接在一起构成，如图1所示；参考端温度（也称冷补偿端）用来消除铁-铜相联及康铜-铜联接端所贡献的误差；而两种不同金属的焊接端放置于需要测量温度的目标上。 两种材料这样联接后会在未焊接的一端产生一个电压，电压数值是所有联接端温度的函数，热电偶无需电压或电流激励。实际应用时，如果试图提供电压或电流激励反而会将误差引进系统。 鉴于热电偶的电压产生于两种不同线材的开路端，其与外界的接口似乎可通过直接测量两导线之间的电压实现；如果热电偶的的两端头不是联接至另外金属，通常是铜，那末事情真会简单至此。 但热电偶需与另外一种金属联接这一事实，实际上又建立了新的一对热电偶，在系统中引入了极大的误差，消除此误差的唯一办法是检测参考端的温度（参见图1），以硬件或硬件-软件相结合的方式将这一联接所贡献的误差减掉，纯硬件消除技术由于线性化校正的因素，比软件-硬件相结合技术受限制更大。一般情况下，参考端温度的精确检测用热电阻RTD，热敏电阻或是集成电路温度传感器进行。原则上说，热电偶可由任意的两种不同金属构建而成，但在实践中，构成热电偶的两种金属组合已经标准化，因为标准组合的线性度及所产生的电压与温度的关系更趋理想。 表3与图2是常用的热电偶E,J,T,K,N,S,B R的特性。

PT100 温度传感器原理及使用接线方法

PT100 温度传感器原理及使用接线方法 一、Pt100 温度传感器的主要技术参数如下： Pt100 就是说它的阻值在0 度时为100 欧姆，PT100 温度传感器。是一种以铂(Pt) 作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数, 其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT) 测量范围：-200 ℃～+850℃； 允许偏差值△℃：A 级±（0.15 ＋0.002 │t │），B 级±（0.30 ＋0.005 │t │）；热响应时间<30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

二、PT100 温度传感器三根芯线的接法 PT100 铂电阻传感器有三条引线, 可用A 、B、C（或黑、红、黄）来代表三根线, 三根线之间有如下规律：A 与B 或C 之间的阻值常温下在110 欧左右,B 与C 之间为0 欧,B 与C在内部是直通的, 原则上B 与C 没什么区别.仪表上接传感器的固定端子有三个： A 线接在仪表上接传感器的一个固定的端子. B 和 C 接在仪表上的另外两个固定端子，B 和C 线的位置可以互换, 但都得接上。如果中间接有加长线, 三条导线的规格和长度要相同。热电阻的3 线和4 线接法：是采用2 线、3 线、4 线，主要由使（选）用的二次仪表来决定。

一般显示仪表提供三线接法，PT100 一端出一颗线，另一端出两颗线，都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。一般PLC 为四线，每端出两颗线，两颗接PLC 输出恒流源，PLC 通过另两颗测量PT100 上的电压，也是为了抵消导线电阻，四线精确度最高，三线也可以，两线最低，具体用法要考虑精度要求和成本。 三、PT100 温度传感器采用三线式接法的原因： PT100 温度传感器0 ℃时电阻值为100 Ω，电阻变化率为0.3851 Ω/ ℃。由于其电阻值小灵敏度高，式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下： PT100 引出的三根导线截面积和长度均相同( 即r1=r2=r3) ，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂将导线一根(r1) 接到电桥的电源端，其余两根(r2 、r3) 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。 四、PT100 原理及分度表 电阻式温度传感器(RTD,Resistance Temperature Detector) －一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正

MAX6675的温度传感器报告

课程设计 课程名称：传感器原理及应用 实验项目：热电偶温度传感器的设计 实验地点：信息学院传感器实验室 专业班级：电科1401班学号：2014001864 学生姓名：李康泽 2018年12月26日

太原理工大学课程设计任务书 1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

一、设计方案 设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。 方案一：分立元气件冷端补偿方案 该方案的热电偶冷端温度补偿器件是由分立元件构成的,其体积大,使用不够方便,而且在改变桥路电源或热电偶类型时需要重新调整电路的元件值。主要包括温度采集电路、信号放大电路、A/D转换电路、热电偶冷端补偿电路、数码管显示电路等。其系统框图如图1。 图1：分立元气件冷端补偿 方案二：集成电路温度补偿方案 采用热电偶冷端补偿专用芯片MAX6675，MAX6675温度转换芯片具有冷端温度补偿及对温度进行数字化测量这两项功能。一方面利用内置温度敏感二极管将环境温度转换成补偿电压，另一方面又通过模数转换器将热电势和补偿电压转换为代表温度的数字量, 将二者相加后从串行接口输出测量结果，即为实际温度数据。主要包括温度采集电路、MAX6675温度转换电路、数码管显示电路等。其系统框图如图2。 图2：集成电路温度补偿方案

测温的模拟电路是把当前K型热电偶传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号，再传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。 综合对比以上两种方案，方案一电路复杂，且测量不精确照成误差较大，方案二采用集成温度转换芯片不仅能很好的解决冷端温度补偿及温度数值化问题，并消除由热电偶非线性而造成的测量误差,且精确度高，可实现电路的优化设计。故最后采用方案二。 二、传感器的选择: 物体的冷热水平可以通过温度来衡量，从分子水平看，又可以表示物体分子运动状态，温度越高，分子运动越猛烈。物体温度改变后显示出的一些特点只可以由温度间接测量。最基本的环境方法——温度，对周边环境会产生重要影响、和人们的衣食住行、农业生产等方面密不可分。温度的测量在工业、农业生产中必不可少，在工业生产中甚至需要时刻观察温度的变化。所以通过对温度的测量和测温设备的研究具有非比寻常的意义。 在社会生产力的不断提高下，对温度测量系统收集的温度数据方法要求越来越高，已经渗透到社会方方面面。温度的测量主要应用于工业、农业这两大领域。在这两大领域中，无论是机械的正常运转还是农作物的蓬勃生长，都离不开温度的测量。在工业生产中，由于生产环境的限制，员工不可长时间停留观察设备运行正常或因为其他原因不能在现场。这是找到最佳的方式收集数据的迫切需要，将数据发送到一个比较好操作的控制室，便于工作人员对数据的分析与处理；在农业生产上，对温室大棚的温度监测，以前都是选择分区取样的人工处理方式，工作辛苦，精确度不高。而且在实际操作中，因为大棚的诸多环境限制因素，例如占地面积广、测量点分散而且数目多，所以这种测量方式已经被淘汰。当前的科技水平下，为了取得更大的效益促使我们必须找到一种精确、简便易行的温度采集测量方法。在科学技术的不断发展下，现代社会对各种参数：准确度和精密度的要求有一个几何增长。在以此基础上，如何快速、准确获取这些参数需要依

常用温度传感器比较

一．主题：温度传感器 二．内容 接触式温度传感器 1.热电偶： （1）测温原理: 两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表连接，显示出热电偶所产生的热电动势，通过查询热电偶分度表，即可得到被测介质温度。 （2）测温范围： 常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 （3）常用热电偶型号： （4）实例： T型热电偶，测温范围-40~350℃。 2.热电阻： （1）测温原理: 热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即： R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为： R t =Ae B/t 式中R t为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

（2）测温范围： 金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠。 半导体热敏电阻测温范围只有-50~300℃左右, 且互换性较差，非线性严重，但温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上）。 （3）常用热电阻： 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150℃易被氧化。 中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。 （4）实例： Pt100为正温度系数热敏电阻传感器，测量范围-200℃~850℃，允许温度偏差值0.15+0.002|t|，最小置入深度200mm，最大允许电流5mA。 3.集成温度传感器： <1>模拟式温度传感器： （1）原理： 将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点。 （2）常见模拟式温度传感器： 电压输出型： LM3911、LM335、LM45、AD22103。 电流输出型： AD590。 （3）实例： LM135\235\335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，是电压输出型温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA 到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃～+150℃，LM235的温度范围为-40℃～+125℃，LM335为-40℃~+100℃。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。详细信息见LM135，235，335.pdf。 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，测温范围为-55℃～+150℃，输出电流为223μA~423μA，输出电流变化1μA相当于温度变化1℃，最大非线性误差为±0.3℃，响应时间仅为20μs，重复性误差低至±0.05℃，功耗约为2mW,输出电流信号的传输距离可达到1km以上，作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差,适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。 4.数字式温度传感器： （1）原理： 将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被

第5章 热电式传感器习题

第5章 热电式传感器习题 1、 热电偶结构由哪几部分组成？ 2、 用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？ 3、热电阻温度计有哪些主要优点？ 4、 已知铜热电阻—Cul00的百度电阻比W(100)=1.42，当用此热电阻测量50℃温 度时，其电阻值为多少?若测温时的电阻值为92Ω，则被测温度是多少? 解：由 W （100）=R 100 /R 0 =1.42，则其灵敏度为 () C 42010042010010042010042101000000100o /..R .R R .R R K Ω=?==-=--= 则温度为50℃时，其电阻值为 R 50 = R 0 +K×50=100+0.42×50=121(W) 当R t =92W 时，由R t = R 0 +Kt ，得 t=( R t ﹣R 0)/K=(92﹣100)/0.42=﹣19(℃) 5、 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电位计相连接测量其热电势，电位计接线端是30℃，若电位计上读数是60mV ，热电偶的热端温度是多少? 解： C C C mV mV t ?=?+?=78030/08.060 6、参考电极定律有何实际意义?已知在某特定条件下材料A 与铂配对的热电势为13.967mV ，材料B 与铂配对的热电势是8.345mV ，求出在此特定条件下，材料A 与材料B 配对后的热电势。 解：由标准电极定律 E (T,T 0 )=E A 铂(T,T 0 )﹣E B 铂 (T,T 0 ) =13.967﹣8.345=5.622(mV) 7、 镍铬—镍硅热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50℃，试求热电势大小。 解： E(1200,50)= (1200-50)×0.04=46(mV) 8、 热电偶温度传感器的输入电路如习题图7-20所示，已知铂铑—铂热电偶在温度0~100℃之间变化时，其平均热电势波动为6μV/℃，桥路中供桥电压为4V ，三个锰铜电阻(R l 、R 2、R 3)的阻值均为1Ω，铜电阻的电阻温度系数为α=0.004/℃，已知当温度为0℃时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在0~50℃范围其热电势得到完 全补偿，试求可调电阻的阻值只R 5。 解：热电偶冷端补偿电势 E(t,0)=kt ， 式中，k 为热电偶灵敏度(k=6mV/℃)， 而补偿电桥输出电压（见习题图7-20） t U R t R U R R U U i i αα4440==??= 冷端补偿时有 V k U t U kt i i μαα6000004.06444=?==?==6mV 根据电桥电路，其等效电路为R 1、R cu 和R 2、R 3分别串联后再并联，然后与电源、R 串联，桥臂电阻串并联后为1Ω，由此可得 1×U i =1′E/(R+1) 所以 R=E/ U i ﹣1=4000/6﹣1=665.7(Ω) 9、在某一瞬间，电阻温度计上指示温度θ2=50℃，而实际温度θ1=100℃，设电阻温度计的动态关系为 )(212θθθ-=k dt d 其中，k=0.2/s 。试确定温度计达到稳定读数(0.995θ1)所需时间。

热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真

目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)

第1章绪论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性

传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器

传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第7章热电式传感器 7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？ 答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？ 答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏

电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？ 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？ 答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？ 答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。 连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？ 答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0) 这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃，若参考端