1、8.2.5 8.2.5 1.NTC1.NTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路熱敏電阻實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度控制電路 單點(diǎn)溫度控制是常見(jiàn)的溫度控制方式，如圖單點(diǎn)溫度控制是常見(jiàn)的溫度控制方式，如圖8.2.28.2.2所示。所示。調(diào)整b點(diǎn)電位Ub，即預(yù)設(shè)溫度Tb，初始時(shí)繼電器不通電，常閉觸點(diǎn)K閉合，加熱器通電加熱。比較器直 流 電橋12.2.熱敏電阻丈量真空度熱敏電阻丈量真空度 熱敏電阻熱敏電阻用的恒定電流加熱，一方面使本身溫度升高，另一方面也向周圍介質(zhì)散熱，在單位時(shí)間內(nèi)從電流獲得的能量與向周圍介質(zhì)分發(fā)的熱量相等，到達(dá)熱平衡時(shí)，才干有相應(yīng)的平衡溫度，對(duì)應(yīng)固定的電阻值。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的真空度升高時(shí)，玻璃管內(nèi)的氣體變得稀

2、少，氣體分子間碰撞進(jìn)展熱傳送的才干降低，熱敏電阻的溫度就會(huì)上升，電阻值隨即增大，其大小反映了被測(cè)介質(zhì)真空度的高低。 氣體圖8.2.3 熱敏電阻丈量真空原理圖 真空度丈量的方法比較多，利用熱敏電阻實(shí)現(xiàn)真空度的丈量電路原理如圖8.2.3所示。23.PTC3.PTC熱敏電阻組成的熱敏電阻組成的0 0100100的測(cè)溫電路的測(cè)溫電路電壓跟隨器直流電橋穩(wěn)壓管DZ1提供穩(wěn)定電壓，由R3、R4、R5分壓，調(diào)理R5使電壓跟隨器A1輸出2.5 V的穩(wěn)定電橋任務(wù)電壓，并使熱敏電阻任務(wù)電流小于1mA，防止發(fā)熱影響丈量精度。PTC熱敏電阻RT 25 時(shí)阻值為1k，R8也選擇1k，室溫時(shí)25 電橋調(diào)平，溫度偏離室溫時(shí)，

3、電橋失衡，輸出電壓接差放A2放大后輸出。4.4.單相異步電機(jī)啟單相異步電機(jī)啟動(dòng)動(dòng)圖8.2.4 熱敏電阻丈量單點(diǎn)溫度原理圖啟動(dòng)繞組任務(wù)繞組電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，PTC 熱敏電阻尚未發(fā)熱，阻值很小，起動(dòng)繞組處于通路形狀，對(duì)啟動(dòng)電流幾乎沒(méi)影響，啟動(dòng)后，熱敏電阻本身發(fā)熱，溫度迅速上升，阻值增大；當(dāng)阻值遠(yuǎn)大于啟動(dòng)線圈 L2 阻抗時(shí)，就以為切斷了啟動(dòng)線圈，只由任務(wù)線圈 L1 正常任務(wù)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)已起動(dòng)終了，進(jìn)入單相運(yùn)轉(zhuǎn)形狀。圖8-5 單相異步電機(jī)啟動(dòng)用熱敏電阻原理圖35. 氣敏電阻檢漏報(bào)警器氣敏電阻檢漏報(bào)警器預(yù)熱預(yù)熱開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)任務(wù)任務(wù)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)氣敏電阻氣敏輸出電壓氣敏輸出電壓 檢出可燃?xì)怏w時(shí)，氣敏電阻減檢出可燃?xì)怏w

4、時(shí)，氣敏電阻減小，電壓增大，小，電壓增大，V1V1觸發(fā)觸發(fā)V2V2，報(bào)警燈，報(bào)警燈亮，音頻振蕩電路也自激振蕩聲音亮，音頻振蕩電路也自激振蕩聲音報(bào)警。報(bào)警。46. 礦燈瓦斯報(bào)警器礦燈瓦斯報(bào)警器加加熱熱支支路路丈量支路丈量支路礦礦燈燈控控制制支支路路 檢出瓦斯氣體時(shí)，氣敏電阻減小，檢出瓦斯氣體時(shí)，氣敏電阻減小，V1V1、V2V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3V3、V4V4振蕩，報(bào)警燈閃爍。振蕩，報(bào)警燈閃爍。57. 一氧化碳報(bào)警器一氧化碳報(bào)警器 檢出檢出COCO氣體時(shí)，氣敏電阻氣體時(shí)，氣敏電阻RQRQ減小，減小，V5V5、V6V6、V7V7導(dǎo)通，振蕩電路振蕩，聲音報(bào)警。導(dǎo)通，振蕩電路振蕩，聲音報(bào)警。 +10V +

5、10V以上以上 - -+ +5V5V加加熱熱支支路路 備用電源備用電源6鉑熱電阻鉑熱電阻Pt100Pt100分度表分度表78.3.4 8.3.4 運(yùn)用運(yùn)用1.1.熱電阻的銜接法熱電阻的銜接法 由于熱電阻的阻值較小，所以導(dǎo)線電阻值不可忽視尤其是導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，故在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，金屬熱電阻的銜接方法不同，其丈量精度也不同，最常用的丈量電路是電橋電路，可采用三線或四線電橋銜接法。三線法如圖8-12所示。tRrrrAsE3R2R1R圖中Rt 為熱電阻；r為引線電阻；R1 ，R2為固定電阻； R3為調(diào)零精細(xì)可變電阻。調(diào)使Rt0= R3 ，Rt0：熱電阻在0 時(shí)的電阻值，在0 時(shí)，R3+r* R1=Rt0+r*

6、 R2電橋平衡。丈量時(shí)，Rt阻值變化時(shí)，從電流表中即可有電流流過(guò)。橋臂tRrrrAsE3R2R1R橋臂圖8.3.3 熱電阻的三線制接法原理圖82. 2. 線性丈量電路線性丈量電路 321411U1ALM324R12KR22KR31KR41KR5100KR6100KR71KR85.1KVR1502VR2502IN4733C2103PT100618U16LM431AVCCVCCC1 104P_T穩(wěn) 壓 電源丈 量橋差動(dòng)放大電路93. Pt1003. Pt100三線法性丈量電路三線法性丈量電路 圖8.3.6 熱電阻的三線測(cè)溫原理圖儀用放大器104. Pt1004. Pt100四線法性丈量電路四線法性

7、丈量電路 圖8.3.7 熱電阻的四線測(cè)溫原理圖其他運(yùn)用請(qǐng)讀者參考教材。其他運(yùn)用請(qǐng)讀者參考教材。 115. 工業(yè)流量計(jì)工業(yè)流量計(jì)3 34 4不流動(dòng)環(huán)境不流動(dòng)環(huán)境 當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，鉑電阻當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，鉑電阻4 4溫度隨流速變化，鉑電阻溫度隨流速變化，鉑電阻3 3溫度不隨流速變化，流體速度溫度不隨流速變化，流體速度將引起電橋的不平衡輸出。將引起電橋的不平衡輸出。鉑電阻鉑電阻流動(dòng)環(huán)境流動(dòng)環(huán)境鉑電阻鉑電阻當(dāng)液體不流動(dòng)時(shí)，兩個(gè)鉑電阻等溫，當(dāng)液體不流動(dòng)時(shí)，兩個(gè)鉑電阻等溫，電橋平衡電橋平衡12 6. 熱敏電阻熱維護(hù)熱敏電阻熱維護(hù) 電機(jī)繞組過(guò)熱，熱敏電阻阻值增大，到達(dá)維護(hù)程度，維護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組過(guò)熱，熱敏

8、電阻阻值增大，到達(dá)維護(hù)程度，維護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作切斷電源。繼電器動(dòng)作切斷電源。維護(hù)電路維護(hù)電路繼電器繼電器熱敏電阻熱敏電阻電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)137. 熱熱敏敏電電阻阻液液位位傳傳感感器器常溫電阻常溫電阻冷冷電電阻阻總電流總電流液面高低液面高低影響影響輸出電流輸出電流142.2.分度表分度表 熱電偶冷端溫度為熱電偶冷端溫度為00時(shí)，熱電偶熱端溫度與輸出熱電勢(shì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格，由時(shí)，熱電偶熱端溫度與輸出熱電勢(shì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格，由于多數(shù)熱電偶的輸出都是非線性的，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)已對(duì)這些熱電偶的每一度的熱電勢(shì)做于多數(shù)熱電偶的輸出都是非線性的，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)已對(duì)這些熱電偶的每一度的熱電勢(shì)做了非常

9、精細(xì)的測(cè)試，并向全世界公布了他們的分度表。可以經(jīng)過(guò)丈量熱電偶輸出的熱電動(dòng)了非常精細(xì)的測(cè)試，并向全世界公布了他們的分度表。可以經(jīng)過(guò)丈量熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。每勢(shì)值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。每1010分檔分檔 ，中間值按內(nèi)插法計(jì)算。如分度號(hào)為，中間值按內(nèi)插法計(jì)算。如分度號(hào)為S S的的分度表。分度表。15 例例1 1：用一支分度號(hào)為：用一支分度號(hào)為( (鎳鉻鎳鉻- -鎳硅鎳硅) )熱電偶丈量溫度源的溫度，任務(wù)時(shí)的參考端溫度熱電偶丈量溫度源的溫度，任務(wù)時(shí)的參考端溫度( (室室溫溫)t0)t0=20=20，而測(cè)得熱電偶輸出的熱電勢(shì)，而測(cè)得熱電偶輸出的熱電勢(shì)( (經(jīng)過(guò)放大器放

10、大的信號(hào)，假設(shè)放大器的增益經(jīng)過(guò)放大器放大的信號(hào)，假設(shè)放大器的增益=10)32.7mv=10)32.7mv，那么，那么E(t,t0E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV)=32.7mV/10=3.27mV，那么熱電偶測(cè)得溫度源的溫度是多少呢，那么熱電偶測(cè)得溫度源的溫度是多少呢? ? 解：由附錄熱電偶分度表查得：解：由附錄熱電偶分度表查得： E(t0 E(t0,t0)=E(20,0)=0.798mV,t0)=E(20,0)=0.798mV已測(cè)得已測(cè)得 E(t,t0 E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV )=32.7mV/10=3.27mV 故故 E(t,t0)=E(t,t0

11、E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0)+E(t0, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV熱電偶丈量溫度源的溫度可以從分度表中查出，與熱電偶丈量溫度源的溫度可以從分度表中查出，與4.068mV4.068mV所對(duì)應(yīng)的溫度是所對(duì)應(yīng)的溫度是100100。例例2 2：用鎳鉻：用鎳鉻- -鎳硅熱電偶丈量加熱爐溫度。知冷端溫度鎳硅熱電偶丈量加熱爐溫度。知冷端溫度t0=30t0=30，測(cè)得熱電勢(shì)，測(cè)得熱電勢(shì)eABeABt t，t0t0為為33.29mV, 33.29mV, 求加熱爐溫度。求加熱爐溫度。解：查鎳鉻解：查鎳鉻- -鎳硅

12、熱電偶分度表得鎳硅熱電偶分度表得eABeAB3030，0 01.203 mV1.203 mV。 可得可得eABeABt t，0 0= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由鎳鉻由鎳鉻- -鎳硅熱電偶分度表得鎳硅熱電偶分度表得t=829.8t=829.82.2.冷端溫度修正法冷端溫度修正法 對(duì)于冷端溫度不等于0，但能堅(jiān)持恒定不變恒溫器或能用普通方法測(cè)出如室溫的情況，可采用修正法。常采用熱電勢(shì)修正法。計(jì)算公式：E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0, t0)式中：E(t

13、,t0)熱電偶丈量端溫度為，參考端溫度為t0=時(shí)的熱電勢(shì)值； E(t,t0)熱電偶實(shí)踐丈量溫度，參考端溫度為t0不等于時(shí)的熱電勢(shì)值； E(t0,t0)熱電偶丈量端溫度為t0，參考端溫度為t0=時(shí)的熱電勢(shì)值。163.3.冷端溫度電橋補(bǔ)償法冷端溫度電橋補(bǔ)償法用電橋在溫度變化時(shí)的不平衡電壓補(bǔ)償電壓去消除冷端溫度變化對(duì)熱電偶熱電勢(shì)的影響，這種安裝稱為冷端溫度補(bǔ)償器。 如圖8.4.1所示，R1 、R2 、R3 和RW為錳銅電阻，阻值幾乎不隨溫度變化， Rcu為銅電阻熱電阻，其電阻值隨溫度升高而增大，與冷端接近。設(shè)使電橋在冷端溫度為T0時(shí)處于平衡，Uab=0，電橋?qū)x表的讀數(shù)無(wú)影響。當(dāng)溫度不等于T0時(shí)，電

14、橋不平衡，產(chǎn)生一個(gè)不平衡電壓Uab參與熱電勢(shì)回路。當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，Rcu也隨之增大，Uab也增大，但是熱電偶的熱電勢(shì)卻隨冷端溫度的升高而減小，假設(shè)Uab的添加量等于EAB的減小量時(shí)，那么輸出U堅(jiān)持不變。改動(dòng)R的值可改動(dòng)橋臂電流，可以適宜不同類型的熱電偶配合運(yùn)用。不同型號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償器應(yīng)與所用的熱電偶配套。運(yùn)用時(shí)留意：橋臂RCu必需和熱電偶的冷端接近，使處于同一溫度之下。圖8.4.1 熱電偶橋式冷端溫度補(bǔ)償器原理圖 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+abUUabR1R2R3R-RCuB178.4.9 8.4.9 運(yùn)用運(yùn)用1.AD5941.AD594集成式單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器集成式單片

15、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器 AD594、AD595、AD597等是美國(guó)ADI公司消費(fèi)的單片熱電偶冷端補(bǔ)償器，內(nèi)部還集成了儀用放大器，所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的熱電偶進(jìn)展冷端補(bǔ)償之外，還可作為線性放大器。其引腳功能是：U+、U-為電源正負(fù)端，IN+、IN-為信號(hào)輸入端，ALM+、ALM-為熱電偶開(kāi)路缺點(diǎn)報(bào)警信號(hào)輸出端，T+、T-為冷端補(bǔ)償正負(fù)電壓輸出端，F(xiàn)B為反響端，做溫度補(bǔ)償時(shí)UO端與FB端短接，詳細(xì)資料見(jiàn)其運(yùn)用闡明。圖8.4.3為AK594的運(yùn)用電路圖。熱電偶的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD594的冷端補(bǔ)償和放大后，再用OP07放大后輸出。2.2.用用AD592AD592做冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕歼\(yùn)用電路做冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕歼\(yùn)用電路

16、圖8.4.4 AD592做冷端補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用原理圖188.5 PN8.5 PN結(jié)溫度傳感器結(jié)溫度傳感器8.5.1 8.5.1 外形外形PN結(jié)溫度傳感器的外形繁雜，圖8.5.1是國(guó)產(chǎn)S700系列PN結(jié)溫度傳感器的外形尺寸圖，其中a為耐溫玻璃封裝，b為金屬外殼封裝。圖8.5.1S700傳感器外形尺寸圖S700B(b)-+S700A(a)-8.5.2 8.5.2 任務(wù)原理任務(wù)原理 PN結(jié)溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理任務(wù)的，例如，晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1時(shí)，下降約2mV，利用這種特性，普通可以直接采用二極管如玻

17、璃封裝的開(kāi)關(guān)二極管1N4148或采用硅三極管普通將NPN晶體管的bc結(jié)短接，利用be結(jié)作為感溫器件接成二極管來(lái)做PN結(jié)溫度傳感器如圖8.5.2所示。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時(shí)間常數(shù)為0.22秒，靈敏度高。測(cè)溫范圍為-50+150。典型的溫度曲線如圖8.5.3所示。同型號(hào)的二極管或三極管特性不完全一樣，因此它們的互換性差。19圖8.5.3 PN結(jié)溫度電壓曲線圖8.5.2 PN結(jié)溫度傳感器+5V5.1K(Vbe).9013.U8.5.3 8.5.3 運(yùn)用運(yùn)用1.1.火災(zāi)報(bào)警公用火災(zāi)報(bào)警公用S700S700二極度管溫度傳感器二極度管溫度傳感器火災(zāi)報(bào)警用的溫度傳感器，主要以熱敏電阻器為主，

18、然而由于熱敏電阻器的電阻溫度特性呈非線性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，互換性不好，價(jià)錢高，給運(yùn)用帶來(lái)了許多問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)S700系列火災(zāi)報(bào)警公用二極度管溫度傳感器。良好的線性關(guān)系，互換性好，性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，體積小，呼應(yīng)快。技術(shù)規(guī)范如表1所示。圖8.5.4給出了S700的任務(wù)電路，它通常采用恒壓電源任務(wù)電路，這種電路非常簡(jiǎn)單，將S700串聯(lián)一個(gè)限流電阻后接入恒壓源即可。在這種電路中，經(jīng)過(guò)傳感器的任務(wù)電流是一個(gè)隨溫度升高呈近似線性添加的電流，而這種任務(wù)電流，使得S700的正向電壓-溫度特性幾乎呈完全的線性關(guān)系。圖8.5.5給出了S700在不同任務(wù)電路下的VF-t特性，由此可見(jiàn)VF與t之間是一個(gè)線性關(guān)系。20圖8.5.

19、4S700任務(wù)電路圖8.5.5不同任務(wù)電壓下的VF-t特性V=5VR=43KV=3.6VR=300K1000-50050100150800600400200VF(mv)t()VFS700R圖8.5.6 溫敏二極管恒溫器丈量電路2.2.溫敏二極管恒溫器溫敏二極管恒溫器213.PN3.PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)差放丈量橋電壓跟隨器W2經(jīng)過(guò)電壓跟隨器A2可調(diào)理放大器A1的增益。放大后的靈敏度10mV/ 。經(jīng)過(guò)PN結(jié)溫度傳感器的任務(wù)電流不能過(guò)大，以免二極管本身的溫升影響丈量精度。普通任務(wù)電流為100300mA。采用恒流源作為傳感器的任務(wù)電流較為復(fù)雜，普通采用恒壓源供電，但

20、必需有較好的穩(wěn)壓精度。3位半數(shù)字電壓表模塊MC14433將PN結(jié)傳感器插入冰水混合液中，等溫度平衡，調(diào)整W1，使DVM顯示為0V，將PN結(jié)傳感器插入沸水中設(shè)沸水為100，調(diào)整W2，使DVM實(shí)現(xiàn)為100.0V，再將傳感器插入0環(huán)境中，等平衡后看顯示能否仍為0V，必要時(shí)再調(diào)整W1使之為0V，然后再插入沸水，經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)調(diào)整即可。圖8.5.7 PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)224. 4. 溫敏三極管的溫差檢測(cè)電路溫敏三極管的溫差檢測(cè)電路電壓跟隨器差動(dòng)放大器該電路的輸出反映了兩個(gè)待測(cè)點(diǎn)的溫差，經(jīng)常用于工業(yè)過(guò)程監(jiān)視和控制場(chǎng)所。電路中運(yùn)用了兩只性能一樣的溫敏三極管MTS102作測(cè)溫探頭，分別置于待測(cè)溫場(chǎng)中

21、，兩個(gè)不同溫度所對(duì)應(yīng)的Ube分別經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器A1、A2 緩沖后，加到運(yùn)算放大器A3 的輸入端進(jìn)展差分放大。 詳細(xì)調(diào)整時(shí)，將兩只溫敏三極管置于同一溫度中，調(diào)理電位器W，使A3 輸出Uo 為0 。這樣就可以保證輸出電壓Uo 正比于兩點(diǎn)溫差，靈敏度由Rf 和R 決議。溫敏元件溫敏元件電壓跟隨器圖8.5.8 PN結(jié)溫差丈量電路238.6 8.6 紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的安裝，稱為紅外傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而丈量物體的溫度，可進(jìn)展遙測(cè)。其制造本錢較高，丈量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；延續(xù)丈量不會(huì)產(chǎn)生耗費(fèi)；反響快等。8.6.1 8.6.1 外形外形248.6.4 8.6.4 運(yùn)用運(yùn)用1.1.紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀國(guó)產(chǎn)過(guò)程H-T系列紅外測(cè)溫儀，紅外輻射經(jīng)光學(xué)鏡頭接納傳輸至光電器件上，由于紅外器件的呼應(yīng)特性，為防止飽和，須經(jīng)對(duì)數(shù)放大處置，為了穩(wěn)定可靠又經(jīng)嚴(yán)厲的溫度補(bǔ)償及各種功能調(diào)理設(shè)置，再經(jīng)線性處置后輸出，電路原理框圖如圖8.6.3所示。圖8.6.3 國(guó)產(chǎn)過(guò)程H-T系列紅外測(cè)溫儀測(cè)溫原理258.7 8.7 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是將溫敏元件及其電路集成在同一芯片上的集成化溫度傳感器。這種傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)