《温度传感器》课件.ppt

温度传感器

课程目标和学习成果掌握温度传感器基本原理理解各类传感器工作机制学习实际应用技能能够选择适合特定场景的传感器设计传感器电路掌握信号调理和系统集成方法分析温度数据

温度测量的重要性工业生产控制确保生产过程安全保证产品质量科学研究提供准确实验数据支持理论验证医疗健康监测人体体温辅助疾病诊断环境监测气候变化研究自然灾害预警

温度传感器的基本概念定义将温度变化转换为可测量电信号的设备基本要素敏感元件、转换机构、输出单元测量范围从极低温到高温的不同工作区间测量精度实际测量值与真实值的偏差

温度传感器的分类1234接触式传感器热电偶热电阻热敏电阻非接触式传感器红外传感器光纤传感器按信号输出模拟型数字型按工作温度低温型中温型高温型

热电偶原理塞贝克效应两种不同金属连接形成回路温度差产生电动势测量端和参比端温差决定输出电压电压与温差近似成正比

热电偶类型和应用类型材料组成温度范围主要应用K型镍铬-镍硅-200~1300°C通用工业J型铁-康铜-40~750°C塑料、石化T型铜-康铜-250~350°C低温冷冻E型镍铬-康铜-200~900°C高精度需求

热电偶的特性曲线温度(°C)K型(mV)J型(mV)T型(mV)

热电偶的优缺点优点温度范围广结构简单牢固响应速度快成本较低缺点精度较低需要冷端补偿输出信号微弱长期稳定性较差

热电阻原理1温度-电阻关系金属电阻值随温度升高而增大2材料选择铂、镍、铜等纯金属3基本公式RT=R0[1+α(T-T0)]

铂电阻温度计（PT100）1命名原理0°C时电阻值为100欧姆2温度系数α=0.00385Ω/(Ω·°C)3测量范围-200°C至850°C4主要应用精密测量、标准器

镍电阻温度计标准型号Ni100、Ni1000温度系数约0.0067Ω/(Ω·°C)温度范围-60°C至180°C应用领域暖通空调、家电

热电阻的特性曲线温度(°C)铂电阻(Ω)镍电阻(Ω)

热电阻的优缺点优点高精度、良好稳定性优点线性度好、重复性佳缺点自热效应、响应慢缺点价格较高、结构脆弱

热敏电阻原理半导体材料金属氧化物烧结体非线性特性电阻-温度关系呈指数变化高灵敏度温度系数远大于金属公式RT=R0·e^B(1/T-1/T0)

NTC和PTC热敏电阻NTC(负温度系数)温度升高，电阻减小通常用于温度测量敏感度高，范围广PTC(正温度系数)温度升高，电阻增大多用于过流保护具有开关特性

热敏电阻的应用热敏电阻广泛应用于家电温控、汽车电子、医疗设备和工业控制系统中的温度测量与保护

热敏电阻的优缺点优点灵敏度高结构简单价格低廉缺点非线性特性自热效应明显长期稳定性较差

半导体温度传感器原理PN结原理利用硅PN结正向压降随温度线性变化带隙参考补偿PN结的温度特性信号处理放大、滤波和模数转换输出形式模拟电压、电流或数字信号

集成温度传感器（如LM35）10mV输出系数每摄氏度输出10mV电压0.5°C精度在室温下典型精度55°C测量范围-55°C至150°C

数字温度传感器（如DS18B20）单总线接口仅需一根数据线通信可编程分辨率9-12位，精度0.5-0.0625°C内置存储器存储配置及温度数据网络功能支持多传感器并联

半导体温度传感器的优缺点优点线性度好集成度高接口简单成本适中缺点温度范围有限耐高温性能差抗干扰能力弱适用场景消费电子家用电器小型控制系统

红外温度传感器原理非接触测量基于物体辐射红外能量符合斯特藩-玻尔兹曼定律E=εσT?组成部分光学系统红外探测器信号处理电路

红外温度传感器的应用医疗检测非接触体温测量工业监控设备故障诊断食品安全烹饪和储存温度检测

红外温度传感器的优缺点1优点非接触测量2优点响应速度快3缺点发射率影响精度4缺点环境干扰大

光纤温度传感器原理布拉格光栅原理光纤中特定波长光被反射温度影响热膨胀改变光栅周期波长移动反射波长随温度变化测量方法光谱分析反射光波长变化

光纤温度传感器的应用光纤温度传感器适用于强电磁干扰环境、危险区域、分布式测量和极端温度条件

光纤温度传感器的优缺点抗干扰不受电磁干扰影响耐恶劣环境适用于极端条件分布式测量可沿光纤全程测温高成本系统复杂昂贵

温度传感器的静态特性1精度测量值与真实值的接近程度2灵敏度输出变化与温度变化的比值3线性度输出与输入关系的线性程度4重复性同一条件下多次测量的一致性

温度传感器的动态特性时间(s)热电偶(°C)热电阻(°C)热敏电阻(°C)

温度传感器的校准方法标准温度源固定点法或比对法多点校准测量范围内选取多个点数据拟合建立误差修正曲线修正系数输入程序或调整电路

温度传感器的误差分析系统误差校准可消除1随机误差统计方法减小2环境影响补偿或隔离3老化漂移定期校准4

温度传感器的信号调理电路放大电路增大微弱信号提高信噪比线性化电路校正非线性响