智能温度传感器原理及应用

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1、智能温度传感器原理及应用电气信息学院一、热电阻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。其屮铂热是阻的测砧精确度是最岛的，它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的某准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测呈的，即电阯体的阯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。目前主要荷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Rt=RtO[l+a(t-tO)]式中，Rt为温度t吋的阻值;RtO为温度tO（通常tO=O°

2、C）吋对应电阻值；a为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Kt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。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更岛（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-5（f300r左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-20（T50（TC范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。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;

3、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=10Q、R0=100Q和R0=1000Q等几种,它们的分度号分别为PtlO、PtlOO、PtlOOO;铜电阻有R0=50Q和R0=100Q两种,它们的分度号为Cu50和CulOOo其中PtlOO和Cu50的应用最为广泛。热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装罝或者其它一次仪表上。工业用热电阯安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目

4、前热电阻的弓I线主要有三种方式O1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合02三线制：在热电阯的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。03叫线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为叫线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流T,把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这

5、种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。二、热电偶工业用装配式热电偶是一种常用温度传感器，通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用，组成过程控制系统。可以直接测量各种生产过程中液体、蒸汽和气体介质及固体表而温度。热电偶的测温范围-200°C〜1300°C。热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转热电偶换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合冋路，当两端存在温度梯度时，冋路中就会行电流通过，此时两端之间就存在电动势一一热电动势，这就是所

6、谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0°C吋的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）

7、的温度保持不变，其热电势大小冰与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。补偿导线法利用补偿导线代替热电极，引导温度比较稳定的冷端测试。0°C恒温法将热电偶的冷端放入冰水混合容器内，以稳定冷端温度。•延长导线法和＜rc恒温法的一-实例。A图冷端处理的延长导线法和＜rc+n温法冷端修正法（a）热电势修正法（b）温度修正法冷端自动补偿法电桥补偿法原押：电桥输出电压UCTo.O^FMBfTc.Oh自动补偿。补K•中.路：如阁所¥••阁屮R,、R2、R

8、.,、Rw为锰铜电阻，阻位几乎不随温度变化.Kc。为