1、傳感器應用傳感器應用課程教學資源建設課程教學資源建設 建設院校：建設院校：主要參與企業：主要參與企業：順德職業技術學院順德職業技術學院廣東美的集團廣東美的集團廣東新寶電器廣東新寶電器佛山市順德區美智電子佛山市順德區美智電子佛山市順德區高迅電子佛山市順德區高迅電子應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術溫度傳感器及應用應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術主要內容主要內容v 第一節 概 論v 第二節 熱電偶溫度傳感器v 第三節 熱敏電阻溫度傳感器v 第四節 IC溫度傳感器v 第五節 其他溫度傳感器應

2、應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術學習內容與學習目標v通過本章的學習了解溫度傳感器的作用、地位、分類和發展趨勢v了解熱電偶三定律及相關計算v掌握熱敏電阻不同類型的特點及應用場合v掌握集成溫度傳感器使用方法v了解其他溫度傳感器工作原理應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術設計原理：利用半導體設計原理：利用半導體PN結的電流電壓與溫度有關結的電流電壓與溫度有關的特性。的特性。優點：輸出線性好、測量精度高優點：輸出線性好、測量精度高, 傳感驅動電路、信傳感驅動電路、信號處理電路等都與溫度傳感部分集成

3、在一起號處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封因而封裝后的組件體積非常小裝后的組件體積非常小,使用方便使用方便,價格便宜價格便宜,故在測溫故在測溫技術中越來越得到廣泛應用。技術中越來越得到廣泛應用。 第四節第四節 IC溫度傳感器溫度傳感器應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術一、IC溫度傳感器的分類 電壓型IC溫度傳感器 電流型IC溫度傳感器 數字輸出型IC溫度傳感器應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術一、IC溫度傳感器的分類 電壓型電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準電壓、溫度傳感器

4、是將溫度傳感器基準電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上，制成一四端器件。緩沖放大器集成在同一芯片上，制成一四端器件。 因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10mV；另外另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強。這類強。這類IC溫度傳感器特別適合于工業現場測量。溫度傳感器特別適合于工業現場測量。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術一、IC溫度傳感器的分類 電流型電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯

5、片上，再通之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上，再通過激光修版微加工技術，制造出性能優良的測溫過激光修版微加工技術，制造出性能優良的測溫傳感器。傳感器。 這種傳感器的輸出電流正比于熱力學溫度，這種傳感器的輸出電流正比于熱力學溫度，即即1A/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗，其值可達器具有高輸出阻抗，其值可達10M，這為遠距，這為遠距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 電流型IC溫度傳感器的測溫原理，是基于晶體管的PN結隨

6、溫度變化而產生漂移現象研制的。 眾所周知，晶體管PN結的這種溫漂，會給電路的調整帶來極大的麻煩。但是，利用PN結的溫漂特性來測量溫度，可研制成半導體溫度傳感元件。IC溫度傳感器就是依據半導體的溫漂特性，經過精心設計而制造出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。 利用電流I與Tk的正比關系，通過電流的變化來測量溫度的大小。二、IC溫度傳感器的測溫原理應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（一電壓輸出型集成溫度傳感器AN6701S是日本松下公司生產的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個引腳，三種連線方式： (a)正電源供電輸出AN6701 (a)1243

7、RC515V三、IC溫度傳感器的主要特性應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（一電壓輸出型集成溫度傳感器(b)負電源供電，(c)輸出極性顛倒。電阻RC用來調整25下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在330k范圍內。這時靈敏度可達109110mV/，在-1080范圍內基本誤差不1。AN6701輸出 (c)10kRC3124515V -+100k10k100k輸出 AN6701 (b)213輸出4515VRC三、IC溫度傳感器的主要特性應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術輸出電壓/V0246

8、8101220 020406080RC=100kRC=10kRC=1k溫度/C在在-1080范圍內，范圍內，RC的值與輸出特性的關系如下圖。的值與輸出特性的關系如下圖。AN6701S有很好的線性，非線性誤差不超過有很好的線性，非線性誤差不超過0.5%。若在。若在25時借助時借助RC將輸出電壓調整到將輸出電壓調整到5V，則，則RC的值約在的值約在330k間，相應的靈敏度為間，相應的靈敏度為109110mV/。校準后，在。校準后，在-1080范圍內，基本誤差不超過范圍內，基本誤差不超過1。這種集成傳感器在。這種集成傳感器在靜止空氣靜止空氣中的時間常數為中的時間常數為24s，在流動空，在流動空氣中為

9、氣中為11s。電源電壓在。電源電壓在515V間變化，所引起的測溫誤差一間變化，所引起的測溫誤差一般不超過般不超過2。整個集成電路。整個集成電路的電流值一般為的電流值一般為0.4mA，最大，最大不超過不超過0.8mARL=時）。時）。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（二電流型溫度傳感器AD590簡介: AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流mA等于器件所處環境的熱力學溫度開爾文度數。2、AD590的測溫范圍為-55+150。 3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6

10、V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（二電流型溫度傳感器4、輸出電阻為710M。5、精度高。 AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內，非線性誤差為0.3 。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時輸出為0，溫度25時輸出2.982V。電流輸出

11、型的靈敏度一般為1mA/K。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術1 1伏安特性伏安特性工作電壓：工作電壓：4V4V30V30V，I I 為一恒流值輸出，為一恒流值輸出，ITkITk，即，即KTKT標定因子，標定因子，AD590AD590的標定因子為的標定因子為1A/1A/ I = KT TK 4V30V0I/AU/VAD590伏安特性曲線-55+25+150218298423應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 550 150 273.2AI/ ATC / CAD590溫度特性曲線2 2溫度

12、特性溫度特性 其溫度特性曲線函數是以其溫度特性曲線函數是以TkTk為變量的為變量的n n階階多項式之和，省略非線性項后則有多項式之和，省略非線性項后則有: :TcTc攝氏溫度；攝氏溫度；I I 的單位為的單位為AA。 可見，當溫度為可見，當溫度為00時，輸出電流為時，輸出電流為273.2A273.2A。在常溫。在常溫2525時，標定輸出電流為時，標定輸出電流為298.2A298.2A。I=KTTc273.2應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術3AD590的非線性15055T/C0.30.30在實際應用中，在實際應用中，T 通過硬件或軟件進行補

13、償校正，使測溫通過硬件或軟件進行補償校正，使測溫精度達精度達0.1。其次，。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當電源電壓由擾抑制比和高輸出阻抗。當電源電壓由5V向向10V變化變化時，其電流變化僅為時，其電流變化僅為0.2A/V。長時間漂移最大為。長時間漂移最大為0.1，反向基極漏電流小于反向基極漏電流小于10pA。55100，T遞增，遞增，100150則是遞降。則是遞降。T最大最大可達可達3，最小，最小T0.3，按檔級分等。，按檔級分等。T/CAD590非線性誤差曲線應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南

14、鐵道職業技術 美國美國DALLAS公司生產的單總線數字溫度傳公司生產的單總線數字溫度傳感器感器DS1820，可把溫度信號直接轉換成串行數，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。字信號供微機處理。 由于每片由于每片DS1820含有唯一的串行序列號，含有唯一的串行序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個所以在一條總線上可掛接任意多個DS1820芯片。芯片。從從DS1820讀出的信息或寫入讀出的信息或寫入DS1820的信息，僅的信息，僅需要一根口線單總線接口）。讀寫及溫度變換需要一根口線單總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接功率來源于數據總線，總線本身也可以向所

15、掛接的的DS1820供電，而無需額外電源。供電，而無需額外電源。 DS1820提供九位溫度讀數，構成多點溫度提供九位溫度讀數，構成多點溫度檢測系統而無需任何外圍硬件。檢測系統而無需任何外圍硬件。 （三數字輸出型IC溫度傳感器應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 、 DS1820的特性 單線接口：僅需一根口線與MCU連接； 無需外圍元件； 由總線提供電源； 測溫范圍為-55125，精度為0.5； 九位溫度讀數； A/D變換時間為200ms； 用戶可以任意設置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學

16、資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術DS 1820123GNDI/O V DD(a) PR35封裝 DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b) SOIC封裝NCNCNCNCV DDNC2 2、 DS1820 DS1820引腳及功能引腳及功能 GND GND：地；：地； VDD VDD：電源電壓：電源電壓 I/O I/O：數據輸入輸出腳：數據輸入輸出腳( (單線接口，可作單線接口，可作寄生供電寄生供電) )應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 3 、DS1820的工作原理圖為DS1820的內部框圖，它主要包

17、括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數據的高速暫存器內含便箋式RAM），用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL觸發器存儲與控制邏輯、8位循環冗余校驗碼CRC發生器等七部分。存儲器控制邏輯64bitROM和單線接口電源檢測溫度傳感器高溫觸發器低溫觸發器8位CRC觸發器存儲器DS1820內部結構圖應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 寄生電源由兩個二極管和寄生電容組成。寄生電源由兩個二極管和寄生電容組成。電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電時電時,電源端接地，器件從總線上獲取

18、電源。電源端接地，器件從總線上獲取電源。在在I/O線呈低電平時，改由寄生電容上的電壓線呈低電平時，改由寄生電容上的電壓繼續向器件供電。繼續向器件供電。寄生電源兩個優點：寄生電源兩個優點：檢測遠程溫度時無需本地電源；檢測遠程溫度時無需本地電源；缺少正常電源時也能讀缺少正常電源時也能讀ROM。若采用外部電。若采用外部電源源,則通過二極管向器件供電。則通過二極管向器件供電。(1 ) (1 ) 寄生電源寄生電源應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術斜率累加器計數器1計數器2低溫度系數晶振高溫度系數晶振=0=0預置溫度寄存器預置比較停頓置位/清零加1(2

19、) (2) 溫度測量原理溫度測量原理DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術測量溫度時使用特有的溫度測量技術應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術DS1820內部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號內部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號f0，高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號f。當計數。當計數門打開時，門打開時，DS1820對對f0計數，計數門開通時間由高溫度系計數，計數門開通時間由高溫度系數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率

20、的非線性予以補償。線性予以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9位位符號點符號點1位），但因符號位擴展成高位），但因符號位擴展成高8位，故以位，故以16位補碼位補碼形式讀出，表給出了形式讀出，表給出了DS1820溫度和數字量的對應關系。溫度和數字量的對應關系。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術溫度/輸出的二進制碼對應的十六進制碼+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H0

21、00000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820溫度與數字量對應關系表溫度與數字量對應關系表 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術64位ROM的結構如下： 開始8位是產品類型的編號DS1820為10H），接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS1820可以采用一線進行通信的原因，主機操作ROM的命令有五種。指 令說 明讀ROM33H）讀DS182

22、0的序列號匹配ROM55H）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個DS1820時定位跳過ROMCCH）此命令執行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820搜ROMF0H）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備報警搜索ECH）僅溫度越限的器件對此命令作出響應(3) 64(3) 64位激光位激光ROMROM應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術由便箋式由便箋式RAM和非易失性電擦寫和非易失性電擦寫 EERAM組成，后者用于存儲組成，后者用于存儲TH、TL值。數據先寫入值。數據先寫入RAM，經校驗后再傳給，經校驗后再傳給EERAM。便箋式。便箋

23、式RAM占占9個字節，包括溫度信息第個字節，包括溫度信息第1、2字節）、字節）、TH和和TL值值3、4字節）、字節）、計數寄存器計數寄存器7、8字節）、字節）、CRC第第9字節等，第字節等，第5、6字節不用。字節不用。暫存器的命令共暫存器的命令共6條，見表條，見表3.4-3所列。所列。 在正常測溫情況下，在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為的測溫分辨力為0.5，可采用下述，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS1820提供的讀暫存器提供的讀暫存器指令指令BEH讀出以讀出以0.5為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量為分辨率的溫度測量結果

24、，然后切去測量結果中的最低有效位結果中的最低有效位LSB），得到所測實際溫度的整數部分），得到所測實際溫度的整數部分Tz，然，然后再用后再用BEH指令取計數器指令取計數器1的計數剩余值的計數剩余值Cs和每度計數值和每度計數值CD。考慮。考慮到到DS1820測量溫度的整數部分以測量溫度的整數部分以0.25、0.75為進位界限的關系，為進位界限的關系，實際溫度實際溫度Ts可用下式計算：可用下式計算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD (4) (4) 高速暫存器高速暫存器應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 DS1820存貯控制命令指

25、 令說 明溫度轉換44H）啟動在線DS1820做溫度A/D轉換讀數據BEH）從高速暫存器讀9bits溫度值和CRC值寫數據4EH）將數據寫入高速暫存器的第0和第1字節中復制48H）將高速暫存器中第2和第3字節復制到EERAM讀EERAMB8H）將EERAM內容寫入高速暫存器中第2和第3字節讀電源供電方式B4H）了解DS1820的供電方式 DS1820單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念。因此系統對DS1820的各種操作必須按協議進行。DS1820工作工程中的協議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令、處理數據。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖

26、南鐵道職業技術 溫度檢測系統原理溫度檢測系統原理 由于單線數字溫度傳感器由于單線數字溫度傳感器DS1820DS1820具有在一具有在一條總線上可同時掛接多片的顯著特點，可同條總線上可同時掛接多片的顯著特點，可同時測量多點的溫度，而且時測量多點的溫度，而且DS1820DS1820的連接線可的連接線可以很長，抗干擾能力強，便于遠距離測量，以很長，抗干擾能力強，便于遠距離測量，因而得到了廣泛應用。因而得到了廣泛應用。 采用寄生電容供電的溫度檢測系統 89C51DS1820DS1820DS1820P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作輸出口用，相當于TxP1.2作輸入口用，相當于

27、Rx應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術89C51DS1820DS1820DS1820P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作輸出口用，相當于TxP1.2作輸入口用，相當于Rx溫度檢測系統原理圖如圖所示，采用寄生電源供電方式。溫度檢測系統原理圖如圖所示，采用寄生電源供電方式。為保證在有效的為保證在有效的DS1820時鐘周期內，提供足夠的電流，時鐘周期內，提供足夠的電流，用一個用一個MOSFET管和管和89C51的一個的一個I/O口口P1.0來完成來完成對對DS1820總線的上拉。當總線的上拉。當DS1820處于寫存儲器操作

28、和溫處于寫存儲器操作和溫度度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為間最大為10s。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術采用寄生電源供電方式時采用寄生電源供電方式時VDD必須接地。由于單線制只有必須接地。由于單線制只有一根線，因此發送接收口必須是三態的，為了操作方便我一根線，因此發送接收口必須是三態的，為了操作方便我們用們用89C51的的P1.1口作發送口口作發送口Tx，P1.2口作接收口口作接收口Rx。此種方法可掛接此種方法可掛接DS1820數十片，距離可達到米，而數十片，距離可

29、達到米，而用一個口時僅能掛接用一個口時僅能掛接10片片DS1820，距離僅為，距離僅為20米。同時，米。同時，由于讀寫在操作上是分開的，故不存在信號競爭問題。由于讀寫在操作上是分開的，故不存在信號競爭問題。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術 DS1820采用了一種單線總線系統，即可用一根線連接主從器件，DS1820作為從屬器件，主控器件一般為微處理器。 單線總線僅由一根線組成，與總線相連的器件應具有漏極開路或三態輸出，以保證有足夠負載能力驅動該總線。DS1820的I/O端是開漏輸出的，單線總線要求加一只5k左右的上拉電阻。 應應用用電電子子

30、技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術應特別注意：當總線上應特別注意：當總線上DS1820掛接得比較多時，就掛接得比較多時，就要減小上拉電阻的阻值，否則總線拉不成高電平，讀要減小上拉電阻的阻值，否則總線拉不成高電平，讀出的數據全是出的數據全是0。在測試時，上拉電阻可以換成一個。在測試時，上拉電阻可以換成一個電位器，通過調整電位器可以使讀出的數據正確，當電位器，通過調整電位器可以使讀出的數據正確，當總線上有總線上有8片片DS1820時，電位器調到阻值為時，電位器調到阻值為1.25k時時就能讀出正確數據，在實際應用時可根據具體的傳感就能讀出正確數據，在實際應用時可

31、根據具體的傳感器數量來選擇合適的上拉電阻。器數量來選擇合適的上拉電阻。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術四、IC溫度傳感器的應用lAD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差的具體測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差的具體電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。由于電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。由于AD590精度精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。偶的冷端補償。lN點最低溫度值的測量點最低溫度值的測量 將不同測溫點上的數個將不同測溫點上的數個AD590相

32、串聯，可測出所有測量點相串聯，可測出所有測量點上的溫度最低值。該方法可應用于測量多點最低溫度的場上的溫度最低值。該方法可應用于測量多點最低溫度的場合。合。l N點溫度平均值的測量點溫度平均值的測量 把把N個個AD590并聯起來，將電流求和后取平均，則可求出并聯起來，將電流求和后取平均，則可求出平均溫度。該方法適用于需要多點平均溫度但不需要各點平均溫度。該方法適用于需要多點平均溫度但不需要各點具體溫度的場合。具體溫度的場合。AD590應用應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（一深井長傳輸線的攝氏溫度測量 在實際中，可使用在實際中，可使用AD59

33、0進行深井長線傳輸測進行深井長線傳輸測溫，并能對測溫曲線的非線性誤差進行校正。溫，并能對測溫曲線的非線性誤差進行校正。 用用AD590為測溫傳感器，傳輸電纜可達為測溫傳感器，傳輸電纜可達1000m以上，主要是因以上，主要是因AD590本身具有恒流、高阻抗輸本身具有恒流、高阻抗輸出特性，輸出阻抗達出特性，輸出阻抗達10M。1000m的銅質電纜。的銅質電纜。其直流阻值約為其直流阻值約為150。所以電纜的影響是微乎其。所以電纜的影響是微乎其微的。實驗證明，接入微的。實驗證明，接入1000m電纜后的測量值與電纜后的測量值與不接入電纜的側量值。相差值小于不接入電纜的側量值。相差值小于0.1。這一變。這一

34、變化值是在規定的測溫精度范圍內的化值是在規定的測溫精度范圍內的 。長線傳輸攝。長線傳輸攝氏溫度測量的典型電路如圖。氏溫度測量的典型電路如圖。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術由圖可得由圖可得設設RT=1k，KT為標定因子為標定因子(1A/K)，那么，那么U1=1mV/KTk因因BG1為為1.25V穩壓管，經穩壓管，經R2,WT分壓分壓,取取U2=273.2mV放大倍數放大倍數A=10 ；于是有；于是有: TKTRTKU1+U0ABG1R1R2U2WrRrI1+E9VU1當當t=55時，時，U0=550mV；當當t=150時，時，U0=150

35、0mV。此電路只要此電路只要BG1的運放漂移小，性能穩定，的運放漂移小，性能穩定，RT取取0.l精密精密電阻，加上對電阻，加上對AD590的自身非線性補償后，測溫精度在測的自身非線性補償后，測溫精度在測溫范圍內可達溫范圍內可達0.1。對于標定因子。對于標定因子KT的離散性，可通過調的離散性，可通過調節節WT來調整，來調整，WT為多圈線精密電位器。為多圈線精密電位器。U0=(U1-U2)A=1mVTcA =10mV/Tc攝氏TCV轉換公式應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（二測溫曲線的非線性誤差校正在實際測溫曲線中,若沒有通過校正,曲線如圖，

36、0100溫域曲線是上升的，原因是AD590本身的非線性所致，在55100時T是遞增的；在100+150的T是遞降的，即U0/T=F(1)。式中的F為測溫電路的標定因子。 80C100CT C標 準值T測量值0應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術N1為固定值，為固定值，V標是反向積分時所加的標準電壓標是反向積分時所加的標準電壓,實際上實際上N1/V標為一常數，故該公式為標為一常數，故該公式為N2-V輸入間的線性關系式輸入間的線性關系式。如果由。如果由AD590的非線性產生的的非線性產生的V輸入值偏高，要使輸入值偏高，要使N2保持不變，只要減小保

37、持不變，只要減小V標的值，即可使曲線得到提升；反標的值，即可使曲線得到提升；反之，增加之，增加V標值，曲線就下降。標值，曲線就下降。 在實際電路中，是改變雙積分轉換器的參考電壓在實際電路中，是改變雙積分轉換器的參考電壓UREF的值來使測溫讀數值得到修正的。這種辦法補償了的值來使測溫讀數值得到修正的。這種辦法補償了AD590的非線性誤差，提高了測量精度。的非線性誤差，提高了測量精度。輸入標準電壓VVNN12要使整個測溫曲線有良好線性關系，就要使要使整個測溫曲線有良好線性關系，就要使F=1，采取的辦，采取的辦法是利用雙積分法是利用雙積分A/D轉換線性特性，對曲線分段校正，線性轉換線性特性，對曲線分

38、段校正，線性雙積分雙積分A/D轉換的基本公式為：轉換的基本公式為：應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術一、鉑電阻溫度傳感器利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設計研制成的。可測量和控制200650范圍內的溫度，也可作對其他變量(如：流量、導電率、pH值等)測量電路中的溫度補償。有時用它來測量介質的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達850。123451云母片骨架； 2鉑絲； 3銀絲引出線；4保護用云母； 5綁扎用銀帶第五節第五節 其他溫度傳感器其他溫度傳感器應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資

39、源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術鉑電阻的純度以鉑電阻的純度以R100/R0表示，表示，R100表示在標準大氣壓表示在標準大氣壓下水沸點時的鉑的電阻值。國際溫標規定，作為基準器下水沸點時的鉑的電阻值。國際溫標規定，作為基準器的鉑電阻，其的鉑電阻，其R100/R0不得小于不得小于1.3925。我國工業用鉑。我國工業用鉑電阻分度號為電阻分度號為BA1、BA2，其，其R100/R0=1.391。用處：鋼鐵用處：鋼鐵,地質地質,石油石油,化工等生產工藝流程化工等生產工藝流程,各種食品加各種食品加工工,空調設備及冷凍庫空調設備及冷凍庫,恒溫槽等的溫度檢測與控制中。恒溫槽等的溫度檢測與控制中。應

40、應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術二、水晶溫度傳感器二、水晶溫度傳感器 水晶振子具有優良的頻率穩定性。利用這種特性水晶振子具有優良的頻率穩定性。利用這種特性制成的高精度晶振，已廣泛應用于通信、檢測、制成的高精度晶振，已廣泛應用于通信、檢測、控制儀器及微機等領域。控制儀器及微機等領域。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術二、水晶溫度傳感器水晶振子根據需要可切割成各種水晶板。主要切割形式有：AT、AC、RS、LC、Y等，其中，AT切割都使用在相對溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動頻率，可

41、用下式表示： 式中f固有頻率；n諧波次數；t振子厚度 水晶的密度；Cii彈性常數。式中的t、Cii均是溫度的函數。水晶溫度傳感器就是利用水晶振子的振動頻率隨溫度變化的特性制成的 iiCtnf2應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（一水晶溫度傳感器的特性在各種切割中，相對溫度頻率誤差大的切割有Y、LC、RS、AC等。溫度和水晶振子頻率的關系一般用： fTT時的頻率； fT0T0時的頻率； T測量溫度； T0基準溫度任意）；A、B、C方程式的1次、2次、3次項的溫度系數。 如果方程的2次、3次項的溫度系數近似為0，就可以得到線性水晶溫度傳感器。

42、由于切割形式不同，溫度系數也不同。LC切割傳感器的特性如下表。3020000TTCTTBTTAfffTTT應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術水晶溫度傳感器的特性 工程A/10-6B/10-9C/10-12靈敏度約1000Hz/時的頻率，MHz諧波次數nY92.7561.7428.8310.61RS42.501.25-39.7523.53LC38.090 028.23切割 3.12 max8.0以下0.23.750.500.30.070.31.1 0.20.3max10min0.5以下4.7以下QTY-451QTY-452 QTL-451QT

43、Y-3816.5以下目前，日本制造出的水晶溫度傳感器有Y切割的QTY-452、QTY-451、QTY-381 LC切割的QTL-451，如圖。 水晶溫度傳感器外形圖應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（二水晶溫度探測器（二水晶溫度探測器 水晶探測器是由傳感器和振蕩電路組裝在水晶探測器是由傳感器和振蕩電路組裝在一起制成的，適用于檢測液體、固體或氣體一起制成的，適用于檢測液體、固體或氣體的溫度。的溫度。（三水晶溫度傳感器的應用（三水晶溫度傳感器的應用水晶溫度傳感器可廣泛用于空調、電子工業、水晶溫度傳感器可廣泛用于空調、電子工業、食品加工等領域。由

44、于可用數字顯示，所以，食品加工等領域。由于可用數字顯示，所以，可作為高穩定性和高分辨率的溫度計使用。可作為高穩定性和高分辨率的溫度計使用。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術三、三、 分布溫度傳感器分布溫度傳感器 溫度越限往往造成火災、爆炸或機毀人亡等溫度越限往往造成火災、爆炸或機毀人亡等惡性事故。對于在空間延伸的設備和裝置，惡性事故。對于在空間延伸的設備和裝置，進行溫度越限的檢測和控制尤為重要。避免進行溫度越限的檢測和控制尤為重要。避免溫度越限不可能通過溫度的點測來實現，如溫度越限不可能通過溫度的點測來實現，如電力電纜表層某一點溫度的檢測

45、和控制。因電力電纜表層某一點溫度的檢測和控制。因而而, ,這種傳感器在溫度檢測與控制中，具有獨這種傳感器在溫度檢測與控制中，具有獨特重要作用。特重要作用。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（一一次觸發式分布溫度傳感器（一一次觸發式分布溫度傳感器僅能觸發一次，然后必須重新設定測量位僅能觸發一次，然后必須重新設定測量位置。最普通的是利用易熔塑料分割兩根導置。最普通的是利用易熔塑料分割兩根導線制成。當溫度越限使塑料融化時，分割線制成。當溫度越限使塑料融化時，分割的兩根導線產生短路電流，短路電流可利的兩根導線產生短路電流，短路電流可利用電纜終端的裝

46、置測出。其主要缺點是：用電纜終端的裝置測出。其主要缺點是：僅能觸發一次，不適于連續檢測；僅能觸發一次，不適于連續檢測；不能進行非破壞性試驗，每次都必須接到不能進行非破壞性試驗，每次都必須接到傳感器電纜的一個新部位上；傳感器電纜的一個新部位上；一般僅適用于火焰檢測。一般僅適用于火焰檢測。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術（二重復使用式分布溫度傳感器（二重復使用式分布溫度傳感器 重復使用式溫度傳感器適用于溫度連續監測重復使用式溫度傳感器適用于溫度連續監測應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術1

47、 1 熱敏電阻材料包裹導線式傳感器熱敏電阻材料包裹導線式傳感器 是利用負溫度系數的熱敏電阻材料，以同軸方是利用負溫度系數的熱敏電阻材料，以同軸方式包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個同軸電式包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個同軸電纜。當在延伸電纜長度方向上的任一點的溫度低纜。當在延伸電纜長度方向上的任一點的溫度低于觸發溫度時于觸發溫度時 ，傳感器處于正常工作狀態，此時，傳感器處于正常工作狀態，此時中心導線與外套間的電阻為高值；但當溫度升高中心導線與外套間的電阻為高值；但當溫度升高到某一數值時，電阻就下降的相應值。報警點的到某一數值時，電阻就下降的相應值。報警點的溫度與對應的最小阻值相對應。溫度與

48、對應的最小阻值相對應。 由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，一段長的熱段和一段短的熱段所測的電阻值相同，一段長的熱段和一段短的熱段所測的電阻值相同，因而，沿傳感器長度延伸方向出現溫度越限的位因而，沿傳感器長度延伸方向出現溫度越限的位置，不能由測量電阻值來確定。置，不能由測量電阻值來確定。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術2 2熱敏材料填充式傳感器熱敏材料填充式傳感器將熱敏材料填充在中心導線與圓柱形金屬套之間將熱敏材料填充在中心導線與圓柱形金屬套之間構成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易溶鹽化合構

49、成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易溶鹽化合物。在正常工作狀態下，鹽化合物為固態，導線物。在正常工作狀態下，鹽化合物為固態，導線與金屬套間阻值最大。當溫度升高，鹽化合物熔與金屬套間阻值最大。當溫度升高，鹽化合物熔化時，填充層的阻值顯著下降。椐此可測出電纜化時，填充層的阻值顯著下降。椐此可測出電纜是否過熱。是否過熱。應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術3 3氣壓輸送管氣壓輸送管這種傳感器實際上是一個充滿惰性氣體的氣壓輸這種傳感器實際上是一個充滿惰性氣體的氣壓輸送管，當溫度升高時，連接在電觸膜盒上所受的送管，當溫度升高時，連接在電觸膜盒上所受的壓力增

50、加，椐此來測定越限溫度。但這種傳感器壓力增加，椐此來測定越限溫度。但這種傳感器也不能以任何方式測定出故障的確切位置，也只也不能以任何方式測定出故障的確切位置，也只能檢測出是否過熱。能檢測出是否過熱。 應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術4 4導電聚合物式傳感器導電聚合物式傳感器這種傳感器為同軸電容器式結構，中心導線用電介這種傳感器為同軸電容器式結構，中心導線用電介質被覆，導線塑料壓涂在已被覆電介質的導線上。質被覆，導線塑料壓涂在已被覆電介質的導線上。導電塑料應選用在預定的出發點附近，且為正電阻導電塑料應選用在預定的出發點附近，且為正電阻溫度系

51、數較大的材料。最外層是防護塑料套，其結溫度系數較大的材料。最外層是防護塑料套，其結構如圖。構如圖。 金屬導體電介質導體塑料保護塑料套應應用用電電子子技技術術專專業業教教學學資資源源建建設設湖南鐵道職業技術湖南鐵道職業技術4 4導電聚合物式傳感器導電聚合物式傳感器金屬導體電介質導體塑料保護塑料套 按要求選定具有某一觸發溫度值的傳感器按要求選定具有某一觸發溫度值的傳感器電纜，并使其與監控設備之間保持良好熱接觸。電纜，并使其與監控設備之間保持良好熱接觸。如果在傳感器電纜長度方向上的任何一部分超如果在傳感器電纜長度方向上的任何一部分超過預定的觸發溫度，則該部分的導電塑料中的過預定的觸發溫度，則該部分的導電塑料中的阻值將大大增加。由于不能通過高電阻對電纜阻值將大大增加。由于不能通過高電阻對電纜充放電，所以電容值減小。根據越限溫度時的充放電，所以電容值減小。根據越限溫度時的電容值和正常溫度電容值之比電容值和正常溫度電容值之比,可測