《温敏式传感器》课件

温敏式传感器测量、监控和控制温度变化的关键元件课程目标理解基本原理掌握温敏传感器的工作机制和特性分类识别能力辨别不同类型传感器的特点和应用场景实际应用技能学会选型、安装和故障排除发展趋势把握目录基础知识1概述、原理和分类主要类型2热电阻、热敏电阻、热电偶、半导体应用与发展3选型、应用场景、未来趋势第一部分温敏式传感器概述基本介绍定义与作用工作原理温度与电信号转换分类方式按材料和特性发展历程从简单到复杂什么是温敏式传感器？定义工作原理能将温度变化转换为可测量电信利用材料的物理特性随温度变化号的器件的规律输出形式电阻值、电压、电流或数字信号温敏式传感器的基本原理温度变化材料特性变化环境温度发生改变电阻、电势差等物理属性改变信号处理信号转换放大、滤波、数字化变化量转为电信号温敏式传感器的分类半导体型集成化高、数字接口1热电偶2高温测量、耐恶劣环境热敏电阻3灵敏度高、成本低热电阻4线性好、精度高温敏式传感器的发展历史早期探索半导体时代1800年代塞贝克发现热电效应1960年代热敏电阻普及1234工业应用智能化阶段1920年代铂电阻标准化2000年后集成数字传感器第二部分热电阻传感器线性关系高精度宽量程多种材料电阻与温度近似线性测量精确度高覆盖多种工业应用铂、铜、镍等金属变化热电阻传感器原理物理现象数学关系金属导体电阻随温度升高而增大R=R₀[1+αT-T₀]纯金属导体呈现良好线性特性为温度系数，各金属不同α金属热电阻

0.00385铂电阻系数标准温度系数Ω/Ω/°C

0.00427铜电阻系数灵敏度高于铂

0.00617镍电阻系数最高灵敏度-200~850测量范围铂电阻工作温度°C铂电阻（）特性Pt100铜电阻特性温度系数约

0.00427/°C，灵敏度较高测量范围-50°C至+150°C，范围较窄特点线性度好，价格低，容易氧化用途电机绕组温度监测，变压器温控镍电阻特性优势局限性•温度系数大（

0.00617/°C）•线性度较差•灵敏度高•温度范围窄（-60°C至+180°C）•成本低于铂电阻•长期稳定性不如铂电阻热电阻的优缺点优点精度高，稳定性好良好线性关系，标准化程度高长期稳定性好，漂移小缺点自热效应，需电流激励响应时间较长成本较高，对冲击敏感热电阻的应用场景第三部分热敏电阻传感器热敏电阻PTC材料构成正温度系数，温度升高电阻增大金属氧化物半导体材料热敏电阻NTC应用领域负温度系数，温度升高电阻减小家电、汽车、医疗设备热敏电阻传感器原理半导体特性利用半导体材料电阻温度效应载流子变化温度改变半导体中载流子数量电阻变化载流子数量变化引起电阻值变化信号输出转换为电压信号进行测量热敏电阻的类型和NTC PTC特性NTC热敏电阻PTC热敏电阻温度系数负温度系数正温度系数电阻-温度关系温度升高，电阻减小温度升高，电阻增大主要应用温度测量、补偿过流保护、自控加热热敏电阻特性NTC电阻温度关系特点-R=R₀e^B1/T-1/T₀•灵敏度高，温度分辨率可达

0.1°C•非线性特性，需校准B值材料常数，典型值3000-5000K•价格低廉，结构简单热敏电阻特性PTC热敏电阻的优缺点优点缺点•灵敏度高，响应快•非线性特性明显•体积小，价格低•长期稳定性较差•测量范围宽（-50°C至+300°C）•自热效应显著•互换性不如热电阻热敏电阻的应用场景家用电器汽车电子过流保护冰箱温控、空调、电饭煲水温传感器、进气温度监测PTC作为可复位保险丝第四部分热电偶传感器18211700发现年份最高温度塞贝克发现热电效应特殊类型可测量温度°C8标准类型国际标准化热电偶类型数量热电偶传感器原理塞贝克效应两种不同金属形成闭合回路温度差产生两端存在温度梯度热电动势产生与温差成比例的电动势电压测量通过精密仪表测量微弱电压热电偶的类型类型材料组成温度范围°C主要应用K型镍铬/镍硅-200~1300通用型J型铁/康铜-40~750还原性环境T型铜/康铜-200~350低温环境E型镍铬/康铜-200~900高灵敏度需求热电偶的特性曲线热电偶的冷端补偿问题来源测量端需要参考端作为基准传统方法冰水混合物保持参考端0°C现代方法电子补偿，测量参考端温度补偿电路自动调整输出电压，消除参考点误差热电偶的优缺点优点缺点测量范围宽（-270°C~2300°C）精度较低（±

0.5°C~±2°C）结构简单，坚固耐用需要冷端补偿响应速度快，成本低输出信号弱，易受干扰热电偶的应用场景钢铁冶金玻璃制造陶瓷烧制高温熔炉监控熔化炉温度控制窑炉温度曲线控制第五部分半导体温度传感器集成化数字输出高精度单芯片完成温度检测和提供标准数字接口如可达±

0.1°C的测量精度信号处理I²C、SPI低功耗微安级工作电流，适合电池供电半导体温度传感器原理结特性带隙基准PN1利用PN结电压与温度线性关系补偿温度影响，提供稳定参考2信号处理模数转换4校准、线性化、数字化处理3将模拟信号转换为数字值结温度传感器PN物理原理典型电路PN结正向电压随温度线性变化恒流源驱动PN结约-2mV/°C的温度系数差分放大电路检测电压变化集成温度传感器IC半导体温度传感器的优缺点优点•线性度好，无需复杂校准•集成数字接口，直接与微控制器连接•功耗低，适合便携设备缺点•温度范围窄（通常-55°C至+150°C）•自热效应影响测量精度•静电敏感，需防护措施半导体温度传感器的应用场景计算机硬件消费电子CPU温度监控，风扇控制智能手机电池温度监测汽车电子医疗设备发动机控制单元温度监测电子体温计，可穿戴设备第六部分其他类型温敏传感器光纤传感器利用光学特性测量温度石英晶体振荡频率随温度变化声表面波波传播特性受温度影响光纤温度传感器工作原理优势特点利用光在光纤中传播特性随温度变化•抗电磁干扰•可在恶劣环境工作•光强调制型•可实现分布式测量•波长调制型•本质安全，适用于易爆环境•相位调制型石英晶体温度传感器谐振原理信号转换1晶体振荡频率随温度变化频率变化转换为温度值2应用领域特性优势4精密科学仪器，计量标准3高精度，分辨率可达

0.001°C声表面波温度传感器基本原理声表面波传播速度随温度变化工作方式测量波传播延迟时间变化关键特点无需电源，可远程无线询问应用场景旋转设备，高压环境监测第七部分温敏传感器的选型最终决策综合评估选择最适合的传感器经济因素预算限制，成本效益分析性能要求精度、响应时间、稳定性应用环境温度范围、恶劣条件、干扰源选型考虑因素精度要求温度范围控制系统对温度精度的需求应用所需的测量上下限响应特性系统对温度变化响应速度要求成本预算工作环境初始成本和长期维护费用湿度、振动、化学物质等测量范围精度要求±°

0.1C精密半导体高端数字传感器精度±°

0.3C工业铂电阻标准Pt100传感器±°

1.0C热敏电阻校准后典型精度±°

1.5C型热电偶K工业应用常见精度响应时间环境条件高温环境•热电偶最适合（达2300°C）•陶瓷保护套延长寿命腐蚀环境•钛或铂材料保护套•封装完全的传感器强电磁场•光纤传感器理想选择•屏蔽措施必不可少振动和冲击•固态传感器更可靠•避免使用热电阻成本因素初始成本长期拥有成本•传感器本体价格•校准周期和费用•配套设备费用•维护和更换成本•安装调试成本•能源消耗•停机损失风险第八部分温敏传感器的应用工业过程家用电器医疗设备炉温控制，反应釜监测冰箱，空调，热水器体温监测，实验室仪器工业过程控制高温工艺化工过程冶金，陶瓷，玻璃制造反应控制，蒸馏塔温度食品加工动力系统杀菌，发酵，烘焙锅炉，汽轮机，发电家用电器汽车电子发动机管理冷却液温度，进气温度电池监控电池包温度管理系统空调系统蒸发器温度，车内温度传动系统变速箱油温，差速器温度医疗设备体温检测医疗设备控制•电子体温计•血液分析仪温控•红外额温枪•培养箱温度监测•连续体温监测设备•医疗冰箱温度控制•灭菌设备温度监控环境监测气象监测农业生产设施监控气象站，环境监测网络温室控制，土壤温度数据中心，仓库温度第九部分温敏传感器的发展趋势微型化体积更小，集成度更高智能化自诊断，自校准功能网络化无线通信，物联网集成多功能温度与其他参数复合感知微型化和集成化技术MEMS微机电系统传感器，微米级尺寸集成SOC传感器与信号处理单片集成超低功耗纳瓦级功耗，长效电池供电柔性基材可弯曲，贴合各种表面智能化和网络化智能化特点网络化技术•自校准算法•Zigbee、LoRa通信•数字滤波和信号处理•蓝牙低功耗BLE•自诊断和故障报告•Wi-Fi直接连接•边缘计算能力•5G-IoT集成高精度和宽量程多功能复合传感器湿度检测温度感知相对湿度百分比基础测量功能1气压监测大气压力变化光照强度气体分析环境光线条件有害气体浓度总结未来发展更智能、更小、更集成应用领域从工业到消费，从医疗到环境传感器类型热电阻、热敏电阻、热电偶、半导体等基础知识原理、分类、特性、选型方法问答环节关于课程内容实际应用技术咨询欢迎提问任何温敏传感器相关问题可分享具体应用案例和经验解答选型、安装和故障排除疑问。