1、热 电 式 传 感 器 论 文12 自 动 化 李 伟 强 1241202038摘要：热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用，并且有与其相配套的显示仪表与记录仪表。关键字：热电式热电偶、工作原理、应用热 电 式 传 感 器 定 义热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。把温
2、度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。工作原理热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度 T 和 T0 不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。由热点效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。其产生的机理为：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要
3、多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻广泛用来测量200850 范 围内的温度，少数情况下，低温可测量至 1K，高温达 1000标准铂电 阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。热电传感器的应用1.无触点恒温控制器无触点自动温控电路如下图所示。其控温范围从室温到 150，精度为0 .1。测温用的热敏电阻 RT 作为偏置电阻接在 T1、T2 组成的差分放大器电路内，当温度变化时，热敏电阻阻值变化，引起 T1 集电极电流变化，影响二极管 D 支路电流，从而使电容 C
4、 充电电流发生变化，则电容电压达到单结晶体管 BT 峰点电压的时刻发生变化，即单结晶体管的输出脉冲产生相移，改变了可控硅 SCR 的导通角，改变了加热丝的电源电压，从而达到自动控温的目的。图中电位器 Rp 用以调节不同的设定温度。2.室内空气加热 室内空气加热器 PTC 热敏元件由于具有升温快、能自控、安全节能、组成电路简单等特点，因而在各种取暖器上到了广泛的应用。下图是空气加热器的电路结构示意图，其中PTC 元件上有许多小孔，后面装有散热用的鼓风机。当接通电源后，PTC 元件由于阻值小会有大电流通过而开始加热，鼓风机同时工作，它吹出的空气把 PTC 元件产生的热量带向室内空间。由于空气流速和
5、 PTC 热量的自动平衡，出风口的温度达 5060。当鼓风机由于故障原因停止转动时，PTC 元件的阻值会急剧增大，从而限制了电流的通过，温度便下降到很低，可以避免意外事故的发生。 PTC 元件的形状常用的有方形板状和圆盘状两种。方形板状的尺寸为 70mm70mm10mm，在厚度方向上约 1800 个小孔。圆盘状的尺寸为50(3.57.0)mm。PTC 元件的功率为 3001000W。3.自动门控制电路下图是自动门控制电路原理图。人体移动探测采用新型热释电红外线探测模块HN911。场效应管 T1 用作延时控制，通过调节电位器 RP1 便可改变延时控制的时间。光耦合器件 MOC3020 起交直隔离
6、作用。当无人通过自动门时，HN911 输出端为低电平，T1 无控制信号输出，双向晶闸管 T2 关闭，负载机不工作，门处于关闭状态。当有人行走接近自动门时，HN911 模块检知到人体红外能量，输出端 1 为高电平输出，双向晶闸管导通，负载电机工作，打开自动门。当自动门运行到位时，由限位开关 S 切断电源。由于 HN911 模块的输出端 2 输出的电平正和 1 端输出的电平相反，故可用 2 端端的输出信号控制自动门关闭。4.客房火灾报警器下图是客房火灾报警器原理电路图。在每个客房中安装有由 TT201 温控晶闸管组成的火灾传感器，在每一路中又都串有发光二极管 LED，其总线串接报警电路再与电。为及
7、时了解灾情，发光二极管及报警电路均设置在总监控台。若某一房间发生火灾时，房内的环境温度升高，当环境温度升高到温控晶闸管的开启电压温度时，该路的温控晶闸管导通，相应发光二极管发光显示，同时，由于温控晶闸管导通会使总线电流增大，产生报警信号，再经报警电路检测处理后，立即发出火灾警笛声响。5.液位报警器用集成温度传感器的液位报警器的原理电路。它由两个 AD590 集成温度传感器、运算放大器及报警电路等组成，其中传感器 B2 设置在警式液面的位置，传感器 B1 设置在外部。正常情况下，两个传感器在相同的温度条件下，调节电位器 RP1，使运算放大器输出为零。当液面升高时，传感器 B2 将会被液体淹没，由
8、于液体温度与环境温度的差别，使运算放大器工作输出不为零的控制信号，驱动报警电路报警。小 结 ：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势值和电阻值的方法最为普遍。如：热电偶就是将温度转换为电势值的传感器；金属热电阻和半导体热敏电阻将温度转换为电阻值。它们在工业生产中都得到了广泛的应用。利用半导体 PN 结的伏安特性与温度之间的关系，可以制成温敏二极管、温敏三极管、温敏晶闸管以及集成温度传感器，它们在窄温场中也得到了十分广泛的应用。除此之外，本章还讨论了热释电红外传感器及其应用。学完本章之后，初步掌握热电偶、金属热电阻、半导体热敏电阻、集成温度传感器，热释电红外传感器的工作原理及应用。
