第3章 温度传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西安电子科大版）

第3章 温度检测技术 内容提要 介绍温度的检测方法及其特点，通过对接触式温度检测（热电阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器）及非接触式温度检测器（光学高温计、辐射温度计、红外温度传感器、光纤温度传感器）工作原理的分析，详细地介绍了温度测量的各种方法及应用技术。 通过本章学习，要求学会利用各种测温元件实现温度的接触式和非接触式测量。 3.1 概述 3.1.1 温度与温标 1. 摄氏温标 摄氏温标规定:在标准大气压下纯水的冰融点为0℃，水沸点为100℃，在0℃～100℃之间分一百等份，每一等份定义为1摄氏度。 单位符号为℃，变量符号记作t。 2. 华氏温标 华氏温标规定:在标准大气压下纯水的冰融点为32℃，水沸点为212℃，中间180等份，每一等份定义为1华氏度。 单位符号为°F，变量符号记作tF。 3. 热力学温标 1848年，威廉.汤姆首先提出的； 热力学温标又称开氏温标； 是以热力学第二定律为基础的理论温标，与物体任何物理性质无关，是国际统一的基本温标。 单位符号为K，变量符号记作T。 热力学温标有一个绝对零度，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，因此它又称为绝对温标。 热力学第二定理的表述 ①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。 ②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。 4. 国际实用温标 国际温标:简称IPTS-68 （International practical Termperture scale of 1968）， 温标单位大小定义:为水三相点（固、液、气三相并存）的热力学温度的1/273.16 单位符号为K（开尔文），变量符号记作T90。 T90：1990年国际温标（ITS－90）定义的国际开尔文温度。 摄氏温标与华氏温标的换算关系为： 摄氏温标与华氏温标：摄氏温标与国际实用温标： 3.1.2 温度检测的主要方法及特点 1. 温度检测的主要方法 （1）利用物质热膨胀与温度关系测温 用以测温的选择物体可以是固体、气体或液体，其受热后体积膨胀，在一定温度范围内体积变化与温度变化呈连续、单值的关系，且复现性好。 如双金属温度计、压力式温度计和玻璃液体温度计。 （2）利用热效应测温 两种不同的导体两端短接形成闭合回路，当两接点处于不同温度时，回路中出现热电势。 利用这一原理制成生产中广泛使用的热电偶温度计。 （3）利用导体或半导体的电阻与温度关系测温 对于铂、铜等金属导体或半导体热敏电阻，其阻值随温度变化发生相应变化，根据R-t关系测量温度。 如铂电阻温度计。 （4）利用热辐射原理测温 物体辐射能随温度而变化，利用这一性质制成选择物质不与被测物质相接触而测温的辐射式温度计。 如单色辐射高温计、光学高温计和比色高温计等。 在温度检测系统中，感受温度变化的元件称为感温元件； 将温度转换成电量（如电压、电阻等）输出的仪表称为温度传感器。 习惯上，按测温范围不同，将600℃以上的测温仪表称为高温计；把测量600℃以下的测温仪表称为温度计。 根据感温元件与被测物质是否接触，将温度检测仪表分为接触式和非接触式两大类。 2. 各种测温方法的特点 表3-1 3.2 接触式温度检测技术 接触式测温的方法:使温度敏感元件与被测对象相接触，使其进行充分的热交换，当热交换平衡时，温度敏感元件与被测对象的温度相等 常用的接触式测温仪表: 将温度转化为非电量:热膨胀式 将温度转化为电量: 热电阻 热敏电阻 热电偶 3.2.1 热电阻及温度检测 原理:金属（包括合金）导体或金属氧化物半导体的电阻值随温度变化而改变，通过对其阻值的测量可以推算出被测物体的温度。 特性方程： 测温范围：-200℃～+850℃ 优点：测量范围宽、精度高、稳定性好等。 RT，R0：热电阻在T，0℃时的电阻值；A、B：热电阻的电阻温度系数（1/℃） T：被测温度 ①金属电阻相对温度系数α 定义：温度从0℃变化到100 ℃时，电阻值得相对变化率为： ②电阻率β 表示单位体积时的电阻值 1. 金属热电阻 （1）金属热电阻的特性要求 一般对金属热电阻材料的要求是： ①高且稳定的电阻温度系数，电阻值与温度之间具有良好的线性关系； ②热容量小、反应速度快； ③材料的复现性和工艺性好，便于批量生产，降低成本； ④在使用范围内，其化学和物理性能稳定。 （2）热电阻材料 目前使用纯金属材质的有铂（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）和钨（W）等；合金材质的有铑铁及铂钴等。 它们随温度变化的