《传感原理与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第7章 热电式传感器（3/3）

$ 7.2PN结型温度传感器一.温敏二极管流过二极管的正向电流为U(mV)I = IeqU/kT700U一PN结正向电压降600I一PN结反向饱和电流1-100MA5009-电子电荷量（1.6×10-19C)100T--绝对温度300k—玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）1200kTI100In开二500025低100501501qT(C)S2DWM1型温敏二极管的U-T特性当T变化不大时，U-T近似线性282009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 28 §7.2 PN结型温度传感器 一.温敏二极管 流过二极管的正向电流为: qU kT s I I e / = s I I q k T U = ln 当T变化不大时,U-T近似线性

二.温敏三极管UO·b,e结与温敏二极管同OU·b,c短接后,电流特性更接近理想PN结晶体管温度传感器2009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 29 二.温敏三极管 •b,e 结与温敏 二极管同 •b,c短接后,电 流特性更接近 理想PN结

三集成温度传感器集成温度传感器是集温敏三极管与放大电路于一体的元件以AD590为例，引脚、封装形式如下所示等效电PINCONFIGURATIONS路为随温NC8NC1度变化的7NCV+2TOPVIEW6NC(Not to Scale)V-福3电流源5NCNCIA20500-00-50900NC=NOCONNECTFigure3.3-PinTO-52Figure2.8-LeadsOICFigure1.2-LeadCQFP302009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 30 三.集成温度传感器 集成温度传感器是集温敏三极管 与放大电路于一体的元件. 以AD590为例, 引脚、封装形式如下所示 等效电 路为随温 度变化的 电流源

FEATURESR2R126001040QLinearcurrentoutput:1μA/KQ2Q5Q3Q4aWidetemperaturerange:-55°Cto+150°CC126pFProbe-compatibleceramicsensorpackage212Q8Q72-terminaldevice:voltagein/currentoutR4CHIPLasertrimmedto±o.5Ccalibrationaccuracy(AD59oM)11kQR3SUBSTRATE5kExcellentlinearity:±0.3°Coverfullrange(AD59oM)Q9Q10211Widepowersupplyrange:4Vto3oVR5RS14608202SensorisolationfromcaseFigure6.SchematicDiagramLowcost298.2μA output at 298.2 K (25C)5VAD590I=k-TVo(1 mV/K)1K312009年16月Popruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 31 298.2μA output at 298.2 K (25°C) IT=kTT

典型应用：-0P20|1918/1716|15[141312/11/10], F, B,,E,FAB,C,,E,G,A,B, C,,转换器A/D7107HA岛EONCND0rS8B兰色880ZZZZ2122232425262728293031323334336371383940=4FOLE区印6802--5V+8V[0]eAD590MaAD590上的压降4V！+5V2002

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 32 典型应用： AD590上的压降≮4V！

热电偶S 7.3测量范围：-200~1800℃，特殊可达2800℃特点：结构简单、使用方便、精度高、热惯性小AAU2B冷端T。热端T332009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 33 §7.3 热电偶 测量范围:-200~1800 ℃，特殊可达2800 ℃ 特点:结构简单、使用方便、精度高、热惯性小

7.3.1热电偶的工作原理热电效应也称塞贝克效应(Seebeck)．这一现象在物理学中已做了深入的研究，得到在电偶回路中产生的电势差为：K+((α^-O)dTEAb(T,T)=-(T-T)IneNBT.珀尔贴效应汤姆逊效应nA--材料A的电子密度：n--材料B的电子密度CA--导体A的汤姆逊系数；Oβ--导体B的汤姆逊系数；：e--电子电荷：k--玻耳兹曼常数2009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 34 7.3.1 热电偶的工作原理 热电效应也称塞贝克效应(Seebeck)．这 一现象在物理学中已做了深入的研究，得到 在电偶回路中产生的电势差为： dT n n T T e k E T T T T A B B A A B  = − + − 0 ( , ) ( )ln ( ) 0 0   珀尔贴效应 汤姆逊效应 nA-材料A的电子密度; nB -材料B的电子密度; σA-导体A的汤姆逊系数; σB -导体B的汤姆逊系数;： e-电子电荷; k-玻耳兹曼常数

kEAs(T,T)=≤(T-T)In "+[(A-α,)dTeNBTo产生热电动势的基本条件1.两电极材料必须不同2.两接触点的温度必须不同352009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 35 dT n n T T e k E T T T T A B B A A B  = − + − 0 ( , ) ( )ln ( ) 0 0   产生热电动势的基本条件： 1.两电极材料必须不同； 2.两接触点的温度必须不同

7.3.2热电偶的基本定律(1)热电偶的热电势输出只与两接触点温度及材料的性质有关，与材料A，B的中间各点的温度、形状及大小无关；---均质导体定律(2)在热电偶中插入第3种材料，只要插入材料两端的温度相同，对热电偶的总热电势没有影响。T.AA-中间导体定律BBB(a)(b)纤图7-32热电偶测温电路原理图om

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 36 7.3.2 热电偶的基本定律 (1)热电偶的热电势输出只与两接触点温度 及材料的性质有关，与材料A，B的中间各 点的温度、形状及大小无关； -均质导体定律 (2)在热电偶中插入第3种材料，只要插入 材料两端的温度相同，对热电偶的总热电 势没有影响。 -中间导体定律

(3)热电偶在接点温度为T、T时的热电势等于该热电偶在接点温度为T、T,和T,、T时相应热电势的代数和。EAr(T,T)= EAB(T,T)+EA(T ,T)---中间温度定律一般热电偶标准分度表中给出的低端温度T=0℃，如表7-3~7-6式@p226372009年10月ZUST阮spruan@126.com

2009年10月 ZUST 阮 spruan@126.com 37 (3)热电偶在接点温度为T、T0时的热电势 等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0 时相应热电势的代数和。 -中间温度定律 ( , ) ( , ) ( , ) EA B T T0 = EA B T Tn + EA B Tn T0 一般热电偶标准分度表中给出的低 端温度T0=0 ℃ ，如表7-3~7-6式@ p226