半導(dǎo)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(dǎo)體陶瓷熱敏電阻5.硅電阻溫度傳感器6.半導(dǎo)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(jì)固體膨脹式溫度計(jì)玻璃管溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)溫度最本質(zhì)的性質(zhì)當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)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(cè)溫非接觸測(cè)溫?zé)彷椛錅y(cè)溫?zé)醾鲗?dǎo)測(cè)溫?zé)嶙枋綗犭娛浇饘贌犭娮璋雽?dǎo)體半導(dǎo)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(jié)式集成溫度傳感器測(cè)量方法1.概述熱敏二極管熱敏三極

2、管溫度傳感器2.1工作原理（熱電效應(yīng)，或稱為賽貝克效應(yīng)）兩種不同導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（A、B）溫度不同溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）σA-湯姆遜系數(shù)接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）不同導(dǎo)體→自由電子密度不同→擴(kuò)散→電勢(shì)同一導(dǎo)體→兩端溫度不同→電子遷移（高→低）→電勢(shì)2.熱電偶電動(dòng)勢(shì)若兩種導(dǎo)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(shì)的大小，只是與導(dǎo)體A和B的材料有關(guān)，與冷熱端的溫度有關(guān)，

3、與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。2.2熱電偶基本定律中間導(dǎo)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(shì)不變。BBAT2T1T3AABEAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）2.3常用熱電偶材料材料實(shí)用使用測(cè)溫范圍分度號(hào)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(shì)與熱端溫度之間關(guān)系列成表格

4、冷端為0℃a)普通熱電偶：結(jié)構(gòu)：1-熱電極2-絕緣套管3-保護(hù)套管4-接線盒b)鎧裝熱電偶：結(jié)構(gòu)：熱電極+絕緣材料+金屬保護(hù)套c)薄膜型熱電偶：2.熱電偶2.4熱電偶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：細(xì)長(1~3mm)，可以彎曲，撓性好，強(qiáng)度高測(cè)端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快(0.01s)。具有熱容量小,反應(yīng)速度快等的特點(diǎn),熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)。普通工業(yè)熱電偶2.熱電偶（thermocouple）2.4熱電偶結(jié)構(gòu)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(bǔ)償熱電勢(shì):A0℃恒溫法測(cè)溫:獲得T→T0固定→T0=0℃（冷端

5、）冷端：干擾、波動(dòng)?T0?0?誤差?冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償方法：2.熱電偶適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用冷端溫度補(bǔ)償方法：2.熱電偶設(shè)：冷端溫度恒為t0（t0≠0）被測(cè)溫度為t修正公式冷端t0的熱電勢(shì)測(cè)量得出的熱電勢(shì)被測(cè)溫度t的熱電勢(shì)將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t0處，相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢(shì)之前就給顯示儀表輸入了電勢(shì)E(t0,0)。B冷端溫度修正法C儀表機(jī)械零點(diǎn)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)，金屬鉑的

6、電阻值與溫度的關(guān)系為當(dāng)-190℃

7、用日本進(jìn)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(qiáng)，產(chǎn)品壽命長等優(yōu)點(diǎn),適用于小管道（1/2英吋~8英吋）以及狹小空間高精度測(cè)溫領(lǐng)域，與二次顯示表以及PLC配合。熱電阻結(jié)構(gòu)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(dǎo)體特性的熱敏電阻。4半導(dǎo)體陶瓷熱敏電阻分類B正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)A負(fù)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(guān)。一些功率PTC元件作為發(fā)熱元件使用;測(cè)溫范圍寬，主要用于溫度測(cè)量;溫控開關(guān)4半導(dǎo)

8、體陶瓷熱敏電阻A負(fù)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(xué)表達(dá)式導(dǎo)電機(jī)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(dǎo)體陶瓷熱敏電阻實(shí)驗(yàn)公式lnRT~T表示PTC熱敏電阻電阻-溫度曲線lnRr1lnRr2BPβmRT1T2lnRr0lnRrT導(dǎo)電機(jī)理總結(jié)：導(dǎo)電機(jī)理-多晶材料的晶粒間界處勢(shì)壘隨溫度變化。5硅電阻溫度傳感器利用半導(dǎo)體材料電阻