半導體敏感元件熱敏元件與溫度傳感器

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1、熱敏元件與溫度傳感器本章主要內(nèi)容1.概述2.熱電偶3.熱電阻4.半導體陶瓷熱敏電阻5.硅電阻溫度傳感器6.半導體熱敏二極管7.集成溫度傳感器1.概述液體膨脹式溫度計固體膨脹式溫度計玻璃管溫度計雙金屬溫度計溫度最本質(zhì)的性質(zhì)當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導熱換熱，換熱結束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。溫度分類接觸測溫非接觸測溫熱輻射測溫熱傳導測溫熱阻式熱電式金屬熱電阻半導體半導體陶瓷熱敏電阻熱電偶溫度傳感器→敏感元件→電參數(shù)PN結式集成溫度傳感器測量方法1.概述熱敏二極管熱敏三

2、極管溫度傳感器2.1工作原理（熱電效應，或稱為賽貝克效應）兩種不同導體構成閉合回路兩個節(jié)點（A、B）溫度不同溫差電勢（湯姆遜電勢）σA-湯姆遜系數(shù)接觸電勢（珀爾貼電勢）不同導體→自由電子密度不同→擴散→電勢同一導體→兩端溫度不同→電子遷移（高→低）→電勢2.熱電偶電動勢若兩種導體相同：NA=NB→E=0若兩端無溫差：T=T0→E=0兩種特殊情況2.熱電偶2.1工作原理=F(T)-F(T0)若T0為常數(shù)，E(T,T0)=F(T)-C注：熱電偶熱電勢的大小，只是與導體A和B的材料有關，與冷熱端的溫度有

3、關，與導體的粗細長短及兩導體接觸面積無關。2.2熱電偶基本定律中間導體定律2.熱電偶中間溫度定律熱電偶中接入第三種材料，只要接入材料兩端溫度相等，熱電偶總熱電勢不變。BBAT2T1T3AABEAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）2.3常用熱電偶材料材料實用使用測溫范圍分度號鉑鐒10純鉑0~1600℃S鉑鐒13純鉑0~1600℃R鉑鐒30鉑鐒60~1800℃B鎳鉻(90%,10%)鎳硅(97.5%,2.5%)-40~1300℃K2.熱電偶分度表--熱電勢與熱端溫度之間關系列

4、成表格冷端為0℃a)普通熱電偶：結構：1-熱電極2-絕緣套管3-保護套管4-接線盒b)鎧裝熱電偶：結構：熱電極+絕緣材料+金屬保護套c)薄膜型熱電偶：2.熱電偶2.4熱電偶結構特點：細長(1~3mm)，可以彎曲，撓性好，強度高測端熱容量小，動態(tài)響應快(0.01s)。具有熱容量小,反應速度快等的特點,熱相應時間達到微秒級。普通工業(yè)熱電偶2.熱電偶（thermocouple）2.4熱電偶結構普通工業(yè)熱電偶鎧裝熱電偶表面溫度熱電偶2.5熱電偶的冷端補償熱電勢:A0℃恒溫法測溫:獲得T→T0固定→T0=0

5、℃（冷端）冷端：干擾、波動?T0?0?誤差?冷端溫度補償冷端溫度補償方法：2.熱電偶適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用冷端溫度補償方法：2.熱電偶設：冷端溫度恒為t0（t0≠0）被測溫度為t修正公式冷端t0的熱電勢測量得出的熱電勢被測溫度t的熱電勢將顯示儀表的機械零點調(diào)至t0處，相當于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸入了電勢E(t0,0)。B冷端溫度修正法C儀表機械零點調(diào)整法材料：純金屬---鉑、銅、鎳、鐵3熱電阻原理：熱能?熱電阻?電阻值溫度??熱電阻阻值?在0～630.74℃范圍內(nèi)

6、，金屬鉑的電阻值與溫度的關系為當-190℃

7、溫度傳感器采用日本進口薄膜鉑電阻元件精心制作而成，具有精度高，穩(wěn)定性好，可靠性強，產(chǎn)品壽命長等優(yōu)點,適用于小管道（1/2英吋~8英吋）以及狹小空間高精度測溫領域，與二次顯示表以及PLC配合。熱電阻結構3熱電阻金屬氧化物為原料，采用陶瓷工藝制備的具有半導體特性的熱敏電阻。4半導體陶瓷熱敏電阻分類B正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)A負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)C臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制，或者溫度開關。一些功率PTC元件作為發(fā)熱元件使用;測溫范圍寬，主要用于溫度測量;

8、溫控開關4半導體陶瓷熱敏電阻A負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)1051041031020-101030507085100120T/oC電阻/ΩNTC熱敏電阻器的電阻--溫度曲線數(shù)學表達式導電機理（b）居里溫度以上（a）電子晶界居里溫度B正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)4半導體陶瓷熱敏電阻實驗公式lnRT~T表示PTC熱敏電阻電阻-溫度曲線lnRr1lnRr2BPβmRT1T2lnRr0lnRrT導電機理總結：導電機理-多晶材料的晶粒間界處勢壘隨溫度變化。5硅電阻溫度傳感器利用半導體材料電阻