半导体敏感元件热敏元件与温度传感器

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1、热敏元件与温度传感器本章主要内容1.概述2.热电偶3.热电阻4.半导体陶瓷热敏电阻5.硅电阻温度传感器6.半导体热敏二极管7.集成温度传感器1.概述液体膨胀式温度计固体膨胀式温度计玻璃管温度计双金属温度计温度最本质的性质当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。温度分类接触测温非接触测温热辐射测温热传导测温热阻式热电式金属热电阻半导体半导体陶瓷热敏电阻热电偶温度传感器→敏感元件→电参数PN结式集成温度传感器测量方法1.概述热敏二极管热敏三

2、极管温度传感器2.1工作原理（热电效应，或称为赛贝克效应）两种不同导体构成闭合回路两个节点（A、B）温度不同温差电势（汤姆逊电势）σA-汤姆逊系数接触电势（珀尔贴电势）不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势同一导体→两端温度不同→电子迁移（高→低）→电势2.热电偶电动势若两种导体相同：NA=NB→E=0若两端无温差：T=T0→E=0两种特殊情况2.热电偶2.1工作原理=F(T)-F(T0)若T0为常数，E(T,T0)=F(T)-C注：热电偶热电势的大小，只是与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有

3、关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。2.2热电偶基本定律中间导体定律2.热电偶中间温度定律热电偶中接入第三种材料，只要接入材料两端温度相等，热电偶总热电势不变。BBAT2T1T3AABEAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）2.3常用热电偶材料材料实用使用测温范围分度号铂铹10纯铂0~1600℃S铂铹13纯铂0~1600℃R铂铹30铂铹60~1800℃B镍铬(90%,10%)镍硅(97.5%,2.5%)-40~1300℃K2.热电偶分度表--热电势与热端温度之间关系列

4、成表格冷端为0℃a)普通热电偶：结构：1-热电极2-绝缘套管3-保护套管4-接线盒b)铠装热电偶：结构：热电极+绝缘材料+金属保护套c)薄膜型热电偶：2.热电偶2.4热电偶结构特点：细长(1~3mm)，可以弯曲，挠性好，强度高测端热容量小，动态响应快(0.01s)。具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级。普通工业热电偶2.热电偶（thermocouple）2.4热电偶结构普通工业热电偶铠装热电偶表面温度热电偶2.5热电偶的冷端补偿热电势:A0℃恒温法测温:获得T→T0固定→T0=0

5、℃（冷端）冷端：干扰、波动T00误差冷端温度补偿冷端温度补偿方法：2.热电偶适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用冷端温度补偿方法：2.热电偶设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为t修正公式冷端t0的热电势测量得出的热电势被测温度t的热电势将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0,0)。B冷端温度修正法C仪表机械零点调整法材料：纯金属---铂、铜、镍、铁3热电阻原理：热能热电阻电阻值温度热电阻阻值在0～630.74℃范围内

6、，金属铂的电阻值与温度的关系为当-190℃

7、温度传感器采用日本进口薄膜铂电阻元件精心制作而成，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点,适用于小管道（1/2英吋~8英吋）以及狭小空间高精度测温领域，与二次显示表以及PLC配合。热电阻结构3热电阻金属氧化物为原料，采用陶瓷工艺制备的具有半导体特性的热敏电阻。4半导体陶瓷热敏电阻分类B正温度系数热敏电阻(PTC)A负温度系数热敏电阻(NTC)C临界温度系数热敏电阻(CTR)温度范围较窄，一般用于恒温加热控制，或者温度开关。一些功率PTC元件作为发热元件使用;测温范围宽，主要用于温度测量;

8、温控开关4半导体陶瓷热敏电阻A负温度系数热敏电阻(NTC)1051041031020-101030507085100120T/ºC电阻/ΩNTC热敏电阻器的电阻--温度曲线数学表达式导电机理（b）居里温度以上（a）电子晶界居里温度B正温度系数热敏电阻(PTC)4半导体陶瓷热敏电阻实验公式lnRT~T表示PTC热敏电阻电阻-温度曲线lnRr1lnRr2BPβmRT1T2lnRr0lnRrT导电机理总结：导电机理-多晶材料的晶粒间界处势垒随温度变化。5硅电阻温度传感器利用半导体材料电阻