2.6 其他测温传感器（课件）- 《传感器与智能检测技术》同步教学（电工版·2023）

2.6 其它测温传感器 集成（PN结型）温度传感器 热敏电容式温度传感器 谐振式温度传感器 热色法温度传感器 光散色法温度传感器 激光干涉法温度传感器 超声波温度传感器 光纤温度传感器 学生自学 2024/1/4 2 PN结温度传感器是利用半导体硅材料的PN结其正向导通电压与温度变化呈线性关系的原理，将感受到的温度信号转换成电压输出的感温元件。 PN结温度传感器具有体积小、线性度好、灵敏度高、反应速度快、无需冷端补偿等优点。 兼有热电偶、铂电阻及热敏电阻的主要优点，又在一定程度上克服了它们各自固有的缺点，赢得了“科学的眼睛”、“理想的感温元件”的美誉。 2.6.1 集成（PN结型）温度传感器 I0为反向饱和电流， B、η与材料和工艺有关常数，qVg0 为禁带宽度。 二极管： 三极管： PN结温度传感器——它克服了热电偶﹑铂电阻﹑热敏电阻某些固有缺陷而又兼有热电偶﹑铂电阻﹑热敏电阻的各自优点，它灵敏度比热电偶K分度高出50倍，线性度优于热敏电阻30倍，响应速度比一般铂电阻快20倍以上。是常温区内较为理想的感温器件。 集成温度传感器同热电偶、热电阻等传统传感器相比，其主要特点有：①灵敏度高，电压型集成温度传感器通常为10ｍＶ/℃。而热电偶则为微伏级，灵敏度较低。②线性较好，集成温度传感器具有较好的线性，一般不必再进行非线性补偿。③重复性好，通常集成温度传感器的重复性好于热电偶及热电阻。④温度范围较窄，通常为-50℃～150℃之间，而热电偶范围为-200℃～1600℃，热电阻范围为-200℃～500℃左右。⑤准确度较低，一般来说，低于热电阻和贵金属热电偶，与廉价金属热电偶相当或略低。 2 晶体管温度传感器基本电路 4 2.6.2 热敏电容式温度传感器 工作原理: (BaSr)TiO3 (钛酸锶钡)系列陶瓷电容器的静电容(介电常数)随温度T变化。 高介电常数的陶瓷材料： 钛酸锶 [SrTiO3,k=200)] 钛酸锶钡 [(BaSr)TiO3,k=200] 锆钛酸铅 [Pb(Zr,Ti)O3,k=1000]，(锆gao) 如TI公司(德仪)开发的采用BST（BaSr）TiO3 热电材料的产品和Honeywell公司使用二氧化钒（VO2）材料的热辐射计型产品都已达到实用化程度。 5 （BaSr）TiO3陶瓷电容传感器的静电容-温度特性 静电容与温度的关系曲线 2.6.2 热敏电容式温度传感器 6 v原理： 材料的弹性和密度随温度T变化，谐振器的谐振频率是温度T的函数，这是一种高精度的测温方法。 v应用： 石英晶体谐振器的分辨力为0.001℃ ，用于500℃以下的测量。 铱和蓝宝石材料谐振器在1900℃时仍能保证原有性能，用于测量液态金属的温度。 2.6.3 谐振式温度传感器 谐振式温度计，是利用石英晶体等谐振器的谐振频率随温度变化的特性进行测温的仪器。由于石英晶体谐振频率随温度变化的灵敏度、线性度和稳定性都较好,测量精度高,分辨率可达0.001℃以上。因此,石英温度计在以上各种技术性能方面远优于热电偶温度计和半导体温度计。 横河电机制作所试制成一种用石英振子制作的小型温度计,测量范围为绝对温度4.2°C～523°C,分辨力为0.001°C。 7 音叉式水晶温度传感器 v是一种新颖的数字传感器。 v具有高准确度、高稳定及超高分辨率等优良特性。 v是一种很有前途的基准。 振动模式 扭转振动模式 测量范围较窄，对工艺要求苛刻。 弯曲振动模式 灵敏度高，同时满足宽温区工作和低功耗的要求，对工艺要求不苛刻。 2.6.3 谐振式温度传感器 石英晶体温度传感器的工作原理是基于压电谐振器对温度的热敏感性，属于热敏型压电谐振传感器。其基本原理是外界的温度变化引起石英音叉谐振器的频率变化，通过检测石英音叉谐振器的频率变化来检测温度的变化。石英音叉谐振式温度传感器具有分辨率高、体积小、成本低、功耗低、抗干扰能力强、稳定性好等特点，是低功耗高精密温度传感器研究的重要方向之一。 1． 谐振式水晶音叉温度传感器，其输出信号是频率，不必 采用A/D变换就可直接输入计算机。 2． 温度分辨率好，准确度可高达0.02℃，比通用的工业铂电阻温度计高10倍以上。 3． 重复性好，可达±0.02℃。 4． 长期稳定性佳，优于±0.02℃/年。因为水晶传感器的Q值(品质因素)甚高，其输出频率和热敏特性仅由 传感器决定，所以没有传统传感器(例如铂电阻)难以克服的温漂(环境温度变化引起的准确度漂移)、时漂，以及模拟电路带来的温漂(例如铂电阻温度计的A/D变换器和放大器等产生的温漂)。 5． 温度测量探头的体积小，响应速度快(通常其