温度传感器介绍及应用

温度传感器介绍及应用

接触式：技术成熟、精度高、种类多 热膨胀、热电势(热电偶)、热电阻、PN结型

非接触式：不需接触，速度快，没有上线温度，误差大 光学高温，热辐射式、热释电

主要内容2.1 热电势式测温传感器 2.2

2.3 PN结型测温传感器2.4 集成电路温度传感器

2.5

2.1热电势式温度传感器2.1.1 工作原理热电效应： 两种不同的导体两端接触构成闭合回路，当 两接点温度不等(T>T0)时,回路中就会产生电动势,从 而形成热电流。

热电势

热电势 热电偶回路中产生的电势 热电势分成两部分： 接触电势和温差电势

热电偶

接触电势

不同到时接触时，由于自由 电子密度不同，电子会从密 度大的金属扩散到密度小的 金属，从而形成内建电场， 产生电动势

当金属A和B紧密连接时,

假如：NA>NB。

在单位时间内,由导体A扩散到导体B的电子数要比

导体B扩散到导体A的电子数多。 之间形成一个电位差,即电动势

于是,在接触表面上便形成了一个电场,在A、B

接触电势的大小eAB (T ) U AT U BT k0T N AT ln e N BT

k0——波兹曼常数 T——接触处的绝对温度(K) NA,NB——材料A、B e ——电子电荷量,e=1.602×10-19C

eAB (T ) U AT U BT

k0T N AT ln e N BT k0T0 N AT0 ln e N BT0

eAB (T0 ) U AT0 U BT0

A B

若A为正极,B为负极 EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0)

(1) 若热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如 何, (2) 若热电偶两接点温度相同,尽管A、B材料不同,回 (3) 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关, 与热电极的尺寸、形状等无关。

热电偶标定

eAB (T ) U AT U BT eAB (T0 ) U AT0 U BT0

k0T N AT ln e N BT k0T0 N AT0 ln e N BT0

EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0)假如N A、N B与温度无关： E AB k0 (T T0 ) N A ln e NB

所以标定热电偶时，一般既定T0为常数，此时 eAB (T0)=C

EAB(T,T0)=eAB (T)-C=f(T)-C=Φ(T)

热电势与温度关系曲线(T0=0℃)

非线性，温度上限

2.1.2 热电偶中加入第三导体

如果在热电偶中加入第三种材料，只要第三种 材料两端的温度相等，对热电偶的总的热电势 就没有影响。

在图2.3(a)中,2、3两点温度相同,回路中总电势 EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) 当回路中各接点温度相同时,总电势为零,即 EABC(T0, T0 ) =eAB(T0)+eBC(T0 )+eCA( T0 ) =0 eBC(T0)+eCA( T0 )=-eAB( T0)

EABC (T, T0) =eAB (T)-eAB(T0)=EAB (T, T0) 只要第三种材料两端的温度相等，对热

电偶的总的热电势就没有影响。

2.1.4热电偶冷端温度误差及补偿

热电偶通常测量的是两个热源的温度差

EAB(T,T0)=eAB (T)-eAB (T0)由于输出电压与温度成非线性关系，因

此对 任何一个实际的热电偶，并不是有精确地关 系式确定其特性，而是使用特性分度表。

分度表

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

实际测量中的补偿措施

0℃恒温法 冷端补偿法 采用不需要冷端补偿的热电偶 补正系数修正法

1、 0℃恒温法(实验室用)

2、冷端补偿法采用：四臂电桥

取T0=20℃时电桥平衡： R1=R2=R3=RCu

U ab

RCu R3 ( )E 0 R1 RCu R2 R3

U U ab eAB (T ) eAB (20) eAB (T ) eAB (20)