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1、4.8 4.8 熱電式傳感器熱電式傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。最常用的熱電式傳感器：最常用的熱電式傳感器：將溫度轉(zhuǎn)換為電勢的變化熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為電勢的變化熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為電阻的變化熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻的變化熱電阻11.熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理熱電效應熱電效應TT0AB熱端（工作端）冷端（自由端）兩兩種種不不同同的的導導體體(或或半半導導體體)A A和和B B組組合合成成如如圖圖所所示示閉閉合合回回路路，若若導導體體A A和和B B的的兩兩個個連連接接點點處處溫溫度度不不同同（設設T TT T0 0），則則在在此此閉閉合合回回路路中中就就有有電

2、電流流產(chǎn)產(chǎn)生生，也也就就是是說說回回路路中中有有電電動動勢勢存存在在，該該電電動動勢勢的的方方向向和和大大小小與與導導體體的的材材料料及及兩兩接接點點的的溫溫度度有有關關。這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象叫叫做做熱熱電電效效應應。兩兩種種導導體體組組成成的的回回路路稱稱為為“熱熱電電偶偶”，這兩種導體稱為這兩種導體稱為“熱電極熱電極”，產(chǎn)生的電動勢則稱為，產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電勢熱電勢”。這種現(xiàn)象早在這種現(xiàn)象早在18211821年首先由塞貝克（年首先由塞貝克（SeeSeebackback）發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn),所以又稱塞貝克效應。所以又稱塞貝克效應。4.8.1 4.8.1 熱電偶熱電偶2熱熱電電動動勢勢由由兩兩部部分分

3、電電動動勢勢組組成成，一一部部分分是是兩兩種種導導體體的的接接觸觸電電勢勢，另另一一部部分分是單一導體的是單一導體的溫差電勢溫差電勢。熱電偶原理圖TT0AB接觸電勢接觸電勢溫差電勢溫差電勢熱電勢熱電勢 EAB(T,T0)3（1 1）接觸電勢）接觸電勢所所有有金金屬屬中中都都有有大大量量自自由由電電子子，而而不不同同的的金金屬屬材材料料其其自自由由電電子子密密度度不不同同。當當兩兩種種不不同同的的金金屬屬導導體體接接觸觸時時，若若金金屬屬A A的的自自由由電電子子密密度度大大于于金金屬屬B B的的 ，則則在在同同一一瞬瞬間間由由A A擴擴散散到到B B的的電電子子將將比比由由B B擴擴散散到到A

4、 A的的電電子子多多，因因而而A A對對于于B B因因失失去去電電子子而而帶帶正正電電，B B獲獲得得電電子子而而帶帶負負電電，在在接接觸觸處處便便產(chǎn)產(chǎn)生生電電場場。A A、B B之間便產(chǎn)生了一定的接觸電動勢。之間便產(chǎn)生了一定的接觸電動勢。接觸電勢原理圖+ABTEAB(T)-EAB(T)導體A、B結(jié)點在溫度T 時形成的接觸電動勢；e單位電荷，e=1.610-19C；K波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23 J/K；nA、nB 導體A、B在溫度為T 時的電子密度。上式說明接觸電動勢的大小與接點溫度的高低及導體中的電子密度有關。上式說明接觸電動勢的大小與接點溫度的高低及導體中的電子密度有關。4對對于

5、于任任何何一一種種導導體體，當當其其兩兩端端溫溫度度不不同同時時，兩兩端端的的自自由由電電子子濃濃度度也也不不同同，溫溫度度高高的的一一端端濃濃度度大大，具具有有較較大大的的動動能能；溫溫度度低低的的一一端端濃濃度度小小，動動能能也也小小。因因此此高高溫溫端端的的自自由由電電子子要要向向低低溫溫端端擴擴散散，高高溫溫端端因因失失去去電電子子而而帶帶正正電電，低低溫端得到電子而帶負電，形成溫端得到電子而帶負電，形成溫差電動勢溫差電動勢，又稱湯姆森電動勢。，又稱湯姆森電動勢。（2 2）溫差電勢）溫差電勢AEA(T,To)ToT溫差電勢原理圖T、T0高、低溫端的絕對溫度；湯姆遜系數(shù)，表示導體A兩端的

6、溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢。其大小與材料和溫度有關5由由導導體體材材料料A、B組組成成的的閉閉合合回回路路，其其接接點點溫溫度度分分別別為為T、T0,如如果果TT0，nAnB 則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB（3 3）回路總電勢回路總電勢6由此可以得出以下結(jié)論：由此可以得出以下結(jié)論：如如果果熱熱電電偶偶兩兩電電極極材材料料相相同同，即即，即即使使兩兩端端溫溫度度不不同同，但但閉閉合合回回路路的的總總電電勢勢仍仍為為0，因因此此熱熱電電偶偶必必須須用用兩兩種

7、種不不同同材材料料作熱電極作熱電極；如如果果熱熱電電偶偶兩兩電電極極材材料料不不同同，而而熱熱電電偶偶兩兩端端的的溫溫度度相相同同，即即 ，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。熱熱電電偶偶回回路路的的熱熱電電動動勢勢只只與與組組成成熱熱電電偶偶的的材材料料及及兩兩端端接接點點的的溫溫度度有有關；與熱電偶的長度、粗細、形狀無關。關；與熱電偶的長度、粗細、形狀無關。7由由于于在在金金屬屬中中自自由由電電子子數(shù)數(shù)目目很很多多，溫溫度度對對自自由由電電子子密密度度的的影影響響很很小小，故故溫溫差電動勢可以忽略不計，差電動勢可以忽略不計，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動勢在熱電偶回

8、路中起主要作用的是接觸電動勢。在工程上常用上式來表征熱電偶回路的總電勢。在工程上常用上式來表征熱電偶回路的總電勢。并并通通常常使使為為常常數(shù)數(shù),這這樣樣回回路路總總熱熱電電勢勢就就是是測測量量端端溫溫度度的的單單值值函數(shù)，這給工程中熱電偶測量溫度帶來極大方便。函數(shù)，這給工程中熱電偶測量溫度帶來極大方便。在在不不同同的的測測量量端端溫溫度度下下精精確確地地測測量量出出回回路路中中的的總總熱熱電電勢勢，并并將將所所測的結(jié)果繪制成曲線或表格，以供在使用時查閱。測的結(jié)果繪制成曲線或表格，以供在使用時查閱。89為什么所有的曲線均過原點（零度點）？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？102.熱電偶基本定理

9、熱電偶基本定理由由一一種種均均質(zhì)質(zhì)導導體體組組成成的的熱熱電電偶偶，即即使使兩兩個個接接點點的的溫溫度度不不同同，回回路路中中的的總總電電勢也等于零。勢也等于零。（1 1）均質(zhì)導體定律）均質(zhì)導體定律如如果果兩兩個個熱熱電電極極是是非非均均質(zhì)質(zhì)導導體體，在在不不均均勻勻溫溫度度場場中中測測溫溫時時將將造造成成測測量量誤誤差，所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標之一。差，所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標之一。因因此此在在熱熱電電偶偶的的檢檢定定實實驗驗中中要要檢檢查查兩兩種種導導體體材材料料是是否否相相同同，也也要要檢檢查查熱熱電極材料的均勻性，以便判斷熱電偶是否合格。

10、電極材料的均勻性，以便判斷熱電偶是否合格。11（2 2）中間導體定律）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體在熱電偶回路中接入第三種導體C，只要第三種導體的兩接點溫度相同，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變，即中間導體對回路總電勢沒有影響。則回路中總的熱電動勢不變，即中間導體對回路總電勢沒有影響。T T0 0T T0 0B BT TA AC C右圖回路中的總電動勢為：右圖回路中的總電動勢為：如如果果回回路路中中三三個個接接點點的的溫溫度度都都相相同同，即即T TT T0 0，則回路總電動勢必為零，即：則回路總電動勢必為零，即：即即則則12如如果果按按右右圖圖接接入入第第

11、三三種種導導體體C C，則回路中的總電動勢為：，則回路中的總電動勢為：T T1 1C CT T0 0T T1 1T TB BA A而而所以所以由以上分析可見，在利用熱電偶測溫時，一定要盡量保證接入的導線和儀表由以上分析可見，在利用熱電偶測溫時，一定要盡量保證接入的導線和儀表在其兩接入端點溫度相同，否則測試結(jié)果不準確。在其兩接入端點溫度相同，否則測試結(jié)果不準確。同時利用這個定則還可以使用開路熱電偶測量液態(tài)金屬和金屬壁面的溫度。同時利用這個定則還可以使用開路熱電偶測量液態(tài)金屬和金屬壁面的溫度。13在煉鋼廠中有時直接將廉價熱電極在煉鋼廠中有時直接將廉價熱電極(易耗品，例如鎳鉻易耗品，例如鎳鉻-鎳硅熱

12、偶絲，時鎳硅熱偶絲，時間稍長即熔化間稍長即熔化)插入鋼水中測量鋼水插入鋼水中測量鋼水溫度，如圖所示：試說明溫度，如圖所示：試說明1)為什么不必將工作端焊在一起為什么不必將工作端焊在一起?2)要滿足哪些條件才不影響測量精要滿足哪些條件才不影響測量精度度?采用上述方法是利用了熱電偶什采用上述方法是利用了熱電偶什么定律？么定律？3)如果檢測物不是鋼水，而是熔化如果檢測物不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？的塑料行嗎？為什么？14 用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當熱電偶具有相同用熱電偶測量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當熱電偶具有相同的參考端溫度的參考端溫度t t0 0時，問

13、在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？時，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？為什么？為什么？15（3 3）中間溫度定律）中間溫度定律如如果果不不同同的的兩兩種種導導體體材材料料組組成成熱熱電電偶偶回回路路,其其接接點點溫溫度度分分別別為為T、T0時時,則則其其熱熱電電勢勢EAB(T,T0)等等于于該該熱熱電電偶偶在在接接點點溫溫度度為為(T,Tm)和和(Tm,T0)時時相相應應的的熱電勢的代數(shù)和。熱電勢的代數(shù)和。BATm T T0 ABTm證明：證明：即：即：即該定則為使用分度表奠定了理論基礎。即該定則為使用分度表奠定了理論基礎。該該定定律律是是參參考考端端溫溫度度計計算算修

14、修正正法法的的理理論論依依據(jù)據(jù)。實實際際中中利利用用熱熱電電偶偶測測溫溫時時，常常參考端不為常常參考端不為0 0C C，可以利用此定律進行修正。，可以利用此定律進行修正。1617熱熱電電偶偶分分度度表表表表達達的的是是在在參參考考端端溫溫度度為為0C時時，熱熱端端溫溫度度與與熱熱電電勢勢之之間間的的對對應關系，并以表格的形式加以表示。應關系，并以表格的形式加以表示。例例題題：用用鎳鎳鉻鉻鎳鎳硅硅（K型型）熱熱電電偶偶測測量量某某一一溫溫度度時時，若若冷冷端端（參參考考端端）溫溫度度，測測得得的的熱熱電電勢勢為為，求求測測量量端端實實際際溫度溫度18（4 4）標準（參考）電極定律標準（參考）電極

15、定律如如果果兩兩種種導導體體分分別別與與第第三三種種導導體體組組成成的的熱熱電電偶偶所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱電電動動勢勢已已知知，則則由由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC19兩式相減得：兩式相減得：根據(jù)中間導體定則可知：根據(jù)中間導體定則可知：代入前式可得：代入前式可得：由由于于純純鉑鉑絲絲的的物物理理化化學學性性能能穩(wěn)穩(wěn)定定，溶溶點點教教高高，易易提提純純，所所以以在在工工程程上上常常用用作作標準電極。標準電極。由由此此可可見見，當當任任一一電電極極B

16、,C,與與一一標標準準電電極極A組組成成的的熱熱電電偶偶所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱電電勢勢為為已已知知時時，就就可可以以利利用用上上述述定定律律求求出出這這些些電電極極任任意意組組合合而而成成熱熱電電偶偶時的熱電勢。時的熱電勢。20解解：由由標標準準電電極極定定律律，鎳鎳鉻鉻和和考考銅銅熱熱電電偶偶的的熱熱電電動動勢勢應應等等于于鎳鎳鉻鉻合合金金與與純鉑熱電偶與考銅與純鉑熱電偶的熱電動勢的差，即純鉑熱電偶與考銅與純鉑熱電偶的熱電動勢的差，即例例熱熱端端為為100、冷冷端端為為0時時，鎳鎳鉻鉻合合金金與與純純鉑鉑組組成成的的熱熱電電偶偶的的熱熱電電動動勢勢為為2.95mV，而而考考銅銅與與純純鉑鉑組組

17、成成的的熱熱電電偶偶的的熱熱電電動動勢勢為為-4.0mV，求求鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢。鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢。2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV213.常用熱電偶及其結(jié)構、特點常用熱電偶及其結(jié)構、特點工工程程上上實實用用的的熱熱電電偶偶應應該該線線性性度度好好、穩(wěn)穩(wěn)定定性性好好、互互換換性性好好、響響應應快快，以及便于加工。以及便于加工。國國際際電電工工委委員員會會共共推推薦薦了了8種種標標準準化化熱熱電電偶偶。所所謂謂標標準準化化是是指指工工藝藝上上比比較較成成熟熟，能能批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)、性性能能穩(wěn)穩(wěn)定定、應應用用廣廣泛泛，具具有有統(tǒng)統(tǒng)一一分

18、分度度表表并并已已列列入入國際和國家標準文件中的熱電偶。國際和國家標準文件中的熱電偶。從從1988年年1月月1日日起起，我我國國熱熱電電偶偶和和熱熱電電阻阻的的生生產(chǎn)產(chǎn)全全部部按按國國際際電電工工委委員員會會（IEC）的的標標準準，并并指指定定S、B、E、K、R、J、T（分分度度號號）七七種種標標準準化化熱熱電電偶偶為為我我國國統(tǒng)統(tǒng)一一設設計計型型熱熱電電偶偶。但但其其中中的的R型型（鉑鉑銠銠13-鉑鉑）熱熱電電偶，因其溫度范圍與偶，因其溫度范圍與S型（鉑銠型（鉑銠10-鉑）重合鉑）重合,我國沒有生產(chǎn)和使用。我國沒有生產(chǎn)和使用。22幾種常用熱電偶的測溫范圍及特點幾種常用熱電偶的測溫范圍及特點分

19、度號 名稱 測量溫度范圍 特點E鎳鉻銅鎳40800 C優(yōu)點：適用于還原氣氛中，靈敏度高，價格低缺點：使用溫度區(qū)窄，易氧化，高溫有滯后現(xiàn)象K鎳鉻鎳硅-401000 C優(yōu)點：線性度好，適于氧化性氣體，耐金屬蒸汽，價格低缺點：略有滯后現(xiàn)象，高溫還原氣氛中易腐蝕S鉑銠10鉑01400 C優(yōu)點：穩(wěn)定性好，可做標準電極，可在氧化性和中性介質(zhì)中使用缺點：鉑分子易揮發(fā)而變質(zhì)，熱電勢小，成本高B鉑銠30鉑銠63001700 C優(yōu)點：可長期應用于1600C以上高溫，適合于氧化及中性介質(zhì)中使用缺點：常溫時熱電勢小，價格高2324普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭25接線盒接

20、線盒引出線套管引出線套管熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端）不銹鋼不銹鋼保護管保護管 普通裝配型熱電普通裝配型熱電偶的結(jié)構放大圖偶的結(jié)構放大圖固定螺紋（出廠時用固定螺紋（出廠時用塑料包裹）塑料包裹）26鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達上百米長達上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護保護套管（鎧體）套管（鎧體）BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶橫截面鎧裝型熱電偶橫截面27鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶特點：鎧裝熱電偶特點：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力著良好的抗高溫氧化、抗

21、低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合微小、狹窄場合的的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。28薄膜型熱電偶薄膜型熱電偶用用真真空空蒸蒸鍍鍍、化化學學涂涂層層等等方方法法將將熱熱電電偶偶材材料料蒸蒸鍍鍍到到絕絕緣緣基基板板上上面面制制成成。其其本本身身熱熱容容量量小小，動動態(tài)態(tài)響響應應快快，故故適適合合于于測測量微小面積和瞬時變化的溫度。量微小面積和瞬時變化的溫度。29 熱電偶的特點熱電偶的特點 優(yōu)點優(yōu)點:結(jié)構簡單，制造容易，使用方便。結(jié)構簡單，制造容易，使

22、用方便。輸出信號為電動勢，因此測量時，可不要外加電源。輸出信號為電動勢，因此測量時，可不要外加電源。測量范圍廣，可從測量范圍廣，可從26926918001800。測量精度高，與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量精度高，與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響。便于遠距離測量、自動記錄及多點測量。便于遠距離測量、自動記錄及多點測量。缺點缺點：體積大、靈敏度低：體積大、靈敏度低.輸出靈敏度一般為輸出靈敏度一般為VV。304.熱電偶參考端（冷端）的補償熱電偶參考端（冷端）的補償原因：原因：l為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須

23、使冷端溫度保持恒定；l熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)。為依據(jù)。方法方法u冷端恒溫法冷端恒溫法u熱電偶導線補償法熱電偶導線補償法u參考端溫度自動補償法參考端溫度自動補償法31（1 1）冷端恒溫法冷端恒溫法把把熱熱電電偶偶的的兩兩個個冷冷端端分分別別插插入入盛盛有有絕絕緣緣油油的的試試管管中中，然然后后放放入入裝裝有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，使使T0=0。也也稱稱為為冰冰點點槽槽法法。這這是是一一種種精精度度很很高高的的冷端溫度處理方法，適合于實驗室中的精密測量和檢定熱電偶時使用。冷端溫度處理方法，適合于實驗室中的精密測量和檢定熱電偶

24、時使用。由由于于半半導導體體制制冷冷技技術術和和精精密密控控溫溫技技術術的的發(fā)發(fā)展展，目目前前我我國國已已研研制制出出電電子子式式冰冰點點恒恒溫溫裝裝置置，它它使使參參考考端端保保持持在在0，穩(wěn)穩(wěn)定定性性在在正正負負0.05以以內(nèi)內(nèi)，體體積小，操作簡單，使用方便。積小，操作簡單，使用方便。32（2 2）熱電偶導線補償熱電偶導線補償利用補償導線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所。利用補償導線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所。根根據(jù)據(jù)中中間間溫溫度度定定律律，只只要要熱熱電電偶偶的的兩兩個個熱熱電電極極分分別別與與兩兩補補償償導導線線的的接接點點溫溫度度一致，就不會影響熱電動勢的輸出。一致，

25、就不會影響熱電動勢的輸出。熱熱電電偶偶補補償償導導線線是是在在一一定定溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)（0 0100100或或0 0200200），與與配配用用熱熱電電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導線。偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉金屬導線。33（3 3）參考端參考端(冷端冷端)溫度自動補償法（電橋補償法）溫度自動補償法（電橋補償法）工工業(yè)業(yè)中中，常常采采用用參參考考端端溫溫度度自自動動補補償償法法，這這種種方方法法就就是是在在熱熱電電偶偶和和測測量量儀儀表表之間增加一個不平衡直流電橋（也稱為溫度補償器）。之間增加一個不平衡直流電橋（也稱為溫度補償器）。冷端補償器的作用冷端補償器的作用注

26、注意意：橋橋臂臂RCu必必須須和和熱熱電電偶偶的的冷冷端端靠靠近近，使使處處于于同同一一溫溫度度之之下。下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值34T0EAB(T,T0)Rcu Uba為正，補償冷端溫度變化引起的回路電動勢變化；為正，補償冷端溫度變化引起的回路電動勢變化；反之亦然反之亦然供電供電4V直流，在直流，在040或或-2020的范圍起補償作用。的范圍起補償作用。注注意意，不不同同材材質(zhì)質(zhì)的的熱熱電電偶偶所所配配的的冷

27、冷端端補補償償器器，其其中中的的限限流流電電阻阻R不不一一樣樣，互互換換時時必須重新調(diào)整。必須重新調(diào)整。不平衡電橋由不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制銅絲繞制)四橋臂和電源組成。四橋臂和電源組成。設計時，在設計時，在20下使電橋平衡下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時此時Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。冷端補償器的作用冷端補償器的作用注注意意：橋橋臂臂RCu必必須須和和熱熱電電偶偶的的冷冷端端靠靠近近，使使處處于于同同一一溫溫度度之之下。下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R352.用用

28、鎳鎳鉻鉻-鎳鎳硅硅熱熱電電偶偶測測某某一一水水池池內(nèi)內(nèi)水水的的溫溫度度，測測出出的的熱熱電電動動勢勢為為2.436mV。再再用用溫溫度度計計測測出出環(huán)環(huán)境境溫溫度度為為30(且且恒定恒定)，求池水的真實溫度。，求池水的真實溫度。1.利用熱電偶測溫必須具備哪兩個條件利用熱電偶測溫必須具備哪兩個條件?作 業(yè)364.8.2 4.8.2 熱電阻熱電阻熱熱電電阻阻傳傳感感器器是是利利用用導導體體或或半半導導體體的的電電阻阻值值隨隨溫溫度度變變化化而而變變化化的的原原理理進進行行測測溫的。這種現(xiàn)象稱為溫的。這種現(xiàn)象稱為熱阻效應熱阻效應。根據(jù)熱電阻材料的不同分為：根據(jù)熱電阻材料的不同分為：金屬熱電阻金屬熱電

29、阻通常簡稱為通常簡稱為熱電阻熱電阻；半導體熱電阻半導體熱電阻通常簡稱為通常簡稱為熱敏電阻熱敏電阻。熱電阻測溫的優(yōu)點是信號可以遠傳、靈敏度高、無需參比溫度；熱電阻測溫的優(yōu)點是信號可以遠傳、靈敏度高、無需參比溫度；缺點是需要電源激勵、有自熱現(xiàn)象會影響測量精度。缺點是需要電源激勵、有自熱現(xiàn)象會影響測量精度。37金屬熱電阻金屬熱電阻材料的選擇：材料的選擇：n選擇電阻隨溫度變化成單值連續(xù)關系的材料，最好是呈線性或平滑選擇電阻隨溫度變化成單值連續(xù)關系的材料，最好是呈線性或平滑特性，這一特性可以用分度公式和分度表描述。特性，這一特性可以用分度公式和分度表描述。n有盡可能大的電阻溫度系數(shù)。電阻溫度系數(shù)一般表示

30、為有盡可能大的電阻溫度系數(shù)。電阻溫度系數(shù)一般表示為在某一溫度在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化間隔內(nèi)，溫度變化1 1 時的電阻相對變化量，單位為時的電阻相對變化量，單位為1/1/。n有較大的電阻率，以便制成小尺寸元件，較小測溫熱慣性。有較大的電阻率，以便制成小尺寸元件，較小測溫熱慣性。n測溫范圍內(nèi)物理化學性能穩(wěn)定。測溫范圍內(nèi)物理化學性能穩(wěn)定。n復現(xiàn)性好、易于得到高純物質(zhì)，價格便宜等。復現(xiàn)性好、易于得到高純物質(zhì)，價格便宜等。工業(yè)熱電阻：工業(yè)熱電阻：熱電阻材料主要是鉑、銅、鎳、銦、錳等。用的熱電阻材料主要是鉑、銅、鎳、銦、錳等。用的最多的是鉑和銅。最多的是鉑和銅。n鉑熱電阻鉑熱電阻 Pt10、Pt100n

31、銅熱電阻銅熱電阻 G（R53歐）、歐）、Cu50、Cu100應用于應用于-200800-200800范圍內(nèi)的溫度測量范圍內(nèi)的溫度測量 38 1）鉑電阻）鉑電阻 鉑電阻的電阻體是用直徑為鉑電阻的電阻體是用直徑為0.02mm0.07mm的鉑絲，按一定規(guī)律繞在云母、的鉑絲，按一定規(guī)律繞在云母、石英或陶瓷支架上而制成的。鉑絲繞阻的端頭與銀線相焊，并套以瓷管加以石英或陶瓷支架上而制成的。鉑絲繞阻的端頭與銀線相焊，并套以瓷管加以絕緣保護。絕緣保護。鉑電阻主要用于制成標準電阻溫度計鉑電阻主要用于制成標準電阻溫度計,其測量范圍一般為其測量范圍一般為-200650。當溫度當溫度t為為0650時，時，當溫度當溫度

32、t為為-2000范圍內(nèi)范圍內(nèi) 式中：式中：A、B、C常數(shù)常數(shù)；鉑鉑容容易易提提純純，其其物物理理、化化學學性性能能在在高高溫溫和和氧氧化化性性介介質(zhì)質(zhì)中中很很穩(wěn)穩(wěn)定定,且且測測量量精精度度高高，所所以以它它能能用用作作工工業(yè)業(yè)測測溫溫元元件件和和作作為為溫溫度度標標準準。按按國國際際溫溫標標IPTS-68IPTS-68規(guī)定，在規(guī)定，在-259.34630.73-259.34630.73溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計作基準器。溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計作基準器。查分度表得相應溫度值。一般采用小電流工作方式。查分度表得相應溫度值。一般采用小電流工作方式。39 2）銅電阻）銅電阻 銅電阻是由銅電阻是由0.1mm

33、直徑的漆包絕緣銅絲分層雙向繞在圓形骨架上。為了防止直徑的漆包絕緣銅絲分層雙向繞在圓形骨架上。為了防止松散，整個元件要經(jīng)過酚醛樹脂浸漬后，在溫度為松散，整個元件要經(jīng)過酚醛樹脂浸漬后，在溫度為120的烘箱內(nèi)保持的烘箱內(nèi)保持24小時，小時，然后自然冷卻至常溫才能使用。在然后自然冷卻至常溫才能使用。在-50150的溫度范圍內(nèi)，銅電阻阻值與的溫度范圍內(nèi)，銅電阻阻值與溫度關系幾乎是線性的溫度關系幾乎是線性的，可用下式近似表示，可用下式近似表示 式中式中 溫度為溫度為 時的電阻值；時的電阻值；溫度為溫度為 時的電阻值；時的電阻值；銅電阻溫度系數(shù)，銅電阻溫度系數(shù)，。銅熱電阻國家標準的銅熱電阻國家標準的R0有有

34、100、50、53等幾種。等幾種。在在-50-50150150范范圍圍內(nèi)內(nèi)，銅銅電電阻阻化化學學、物物理理性性能能穩(wěn)穩(wěn)定定，輸輸出出 輸輸入入特特性性接近線性，價格低廉。接近線性，價格低廉。銅銅電電阻阻的的缺缺點點是是電電阻阻率率低低，體體積積大大，熱熱慣慣性性大大，易易氧氧化化，不不適適合合在在腐腐蝕蝕性性介介質(zhì)或高溫下工作。質(zhì)或高溫下工作。40溫度（0C）0102030405060708090電阻（）-5041.74-053.0050.7548.5046.2443.99053.0055.2557.5059.7562.0164.2666.5268.7771.0273.2710075.5277

35、.7880.0382.2884.5486.79WZBWZB型銅熱電阻型銅熱電阻G G分度表分度表41 銦電阻銦電阻銦銦電電阻阻用用99.999%99.999%高高純純度度的的銦銦絲絲繞繞成成電電阻阻，適適宜宜在在-269-269-258-258溫溫度度范范圍圍內(nèi)使用。實驗證明，在內(nèi)使用。實驗證明，在4.2K15K4.2K15K范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高1010倍。倍。銦電阻的缺點是材料軟，復制性差。銦電阻的缺點是材料軟，復制性差。3）其他熱電阻）其他熱電阻 錳電阻錳電阻錳錳電電阻阻適適宜宜在在-271-271-210-210溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)使使用用。其其優(yōu)

36、優(yōu)點點是是在在2K 2K 63K63K溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)電電阻阻隨隨溫溫度度變變化化大大，靈靈敏敏度度高高。錳錳電電阻阻的的缺缺點點是是材材料料脆脆，難難拉拉成成絲。絲。碳電阻碳電阻碳碳電電阻阻適適宜宜在在-273-273-268.5-268.5溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)使使用用。其其優(yōu)優(yōu)點點是是熱熱容容量量小小，靈靈敏度高，價格低廉，操作簡便。但是碳電阻的熱穩(wěn)定性較差。敏度高，價格低廉，操作簡便。但是碳電阻的熱穩(wěn)定性較差。42熱電阻結(jié)構與熱電偶類似 WZP2-240/A級級3線線300/150mmE(0-300)隔爆熱電阻隔爆熱電阻WZC-111/12*1000mmCu50銅熱電阻銅熱電阻WZP

37、K2-103/B級級6*515mm(0-300)鉑熱電阻鉑熱電阻4）熱電阻結(jié)構）熱電阻結(jié)構435)熱電阻測量線路熱電阻測量線路熱電阻測量電路一般采用電橋電路熱電阻測量電路一般采用電橋電路.若若熱熱電電阻阻安安裝裝的的地地方方與與指指示示儀儀表表相相距距甚甚遠遠時時，則則其其連連線線的的導導線線電電阻阻r r也也要要受受到到溫溫度度的的影影響響而而發(fā)發(fā)生生改改變變，這這樣樣測測得得的的溫溫度度就就存存在在誤誤差差。為為了了減減小小這這個個誤誤差差，可可采采用用三線三線或四線連接法?；蛩木€連接法。44當熱電阻的三根連接導線直徑和長度相同，即當熱電阻的三根連接導線直徑和長度相同，即r1=r2=r3r

38、1=r2=r3r r時時,電橋平衡，則有電橋平衡，則有可見：可見：且電橋平衡狀態(tài)下，即可消除連線電阻對橋路平衡的影響。且電橋平衡狀態(tài)下，即可消除連線電阻對橋路平衡的影響。當當溫溫度度變變化化時時，只只要要r1r1、r2r2、r3r3的的長長度度和和電電阻阻溫溫度度系系數(shù)數(shù)相相同同，就就可可以以減減小小或或消消除除導導線電阻隨溫度變化帶來的溫度測量誤差線電阻隨溫度變化帶來的溫度測量誤差。45熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻是用金屬氧化物或半導體材料作為電阻體的新型測溫元件。熱敏電阻是用金屬氧化物或半導體材料作為電阻體的新型測溫元件。n有三種基本類型：有三種基本類型：正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PTC）：以）

39、：以MZ為其型號為其型號負溫度系數(shù)（負溫度系數(shù)（NTC）：）：以以MF為其型號為其型號臨界溫度系數(shù)（臨界溫度系數(shù)（CTR）：可作開關器件）：可作開關器件n熱敏電阻的特點熱敏電阻的特點 1）電阻溫度系數(shù)絕對值大，靈敏度高，測試線路）電阻溫度系數(shù)絕對值大，靈敏度高，測試線路簡單，甚至不用放大器也可以輸出幾伏電壓。簡單，甚至不用放大器也可以輸出幾伏電壓。2）體積小，重量輕，熱慣性小。）體積小，重量輕，熱慣性小。3）本身電阻值大，適用于遠距離測量。）本身電阻值大，適用于遠距離測量。4）制作簡單，壽命長。制作簡單，壽命長。5）熱敏電阻是非線性電阻，但用微機進行非線性）熱敏電阻是非線性電阻，但用微機進行非

40、線性補償，可得到滿意效果。補償，可得到滿意效果。46n熱敏電阻外形熱敏電阻外形聚脂塑料封裝熱敏電阻MF58 型熱敏電阻 玻璃封裝 NTC熱敏電阻47其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻48其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻貼片貼片式式NTC熱敏熱敏電阻電阻49熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測量的溫度測量 50n熱敏電阻測量線路熱敏電阻測量線路熱熱敏敏電電阻阻測測量量電電路路一一般般采采用用電電橋橋電電路路，主主要要考考慮慮非非線線性性的的線線性性化化處處理。理。對對熱熱敏敏電電阻阻進進行行線線性性化化處處理理的的最

41、最簡簡單單方方法法是是用用溫溫度度系系數(shù)數(shù)很很小小的的精精密密電電阻阻與與熱熱敏敏電電阻阻串串或或并并聯(lián)聯(lián)構構成成電電阻阻網(wǎng)網(wǎng)絡絡(常常稱稱為為線線性性化化網(wǎng)網(wǎng)絡絡)代代替替單單個個熱熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關系。敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關系。51E Er rc cR RT T串聯(lián)補償電路串聯(lián)補償電路r rc cR RT T+r rc cR RT T溫度溫度溫度溫度電阻電阻電阻電阻圖圖中中熱熱敏敏電電阻阻RT與與補補償償電電阻阻rc串串聯(lián)聯(lián),串串聯(lián)聯(lián)后后的的等等效效電電阻阻R=RT+rc，只只要要rc的阻值選擇適當，可使溫度在的阻值選擇適當，可使溫度在某一范圍內(nèi)與電阻

42、成線性關系某一范圍內(nèi)與電阻成線性關系。52R RT T/r rc cr rc cR RT T電阻電阻電阻電阻溫度溫度溫度溫度并聯(lián)補償電路r rc cR RT T圖中熱敏電阻圖中熱敏電阻RT與補償電阻與補償電阻rc并聯(lián)，其等效電阻并聯(lián)，其等效電阻R=RT/rc。由圖可知，。由圖可知，R與溫度的關系曲線便顯得比較平坦。因此可以在與溫度的關系曲線便顯得比較平坦。因此可以在某一溫度范圍內(nèi)得到線性某一溫度范圍內(nèi)得到線性的輸出特性的輸出特性。53熱電阻式溫度傳感器的熱電阻式溫度傳感器的優(yōu)點優(yōu)點:電電阻阻溫溫度度系系數(shù)數(shù)大大，靈靈敏敏度度高高；電電阻阻率率高高，熱熱慣慣性性小??；結(jié)構簡單。結(jié)構簡單。熱電阻式

43、溫度傳感器的熱電阻式溫度傳感器的缺點缺點:阻值與溫度變化呈非線性；穩(wěn)定性和互換性差。阻值與溫度變化呈非線性；穩(wěn)定性和互換性差。541.1.掌握熱電偶、熱電阻、熱敏電阻測溫的工作原理和應掌握熱電偶、熱電阻、熱敏電阻測溫的工作原理和應用方法；用方法；2.2.熟悉熱電偶溫度測量中冷端溫度不為熟悉熱電偶溫度測量中冷端溫度不為0 0時，如何應用時，如何應用分度表判斷熱端溫度；分度表判斷熱端溫度；3.3.熟悉熱電阻溫度計測量電橋的接橋方式；熟悉熱電阻溫度計測量電橋的接橋方式；4.4.了解熱敏電阻分類、特點及其應用。了解熱敏電阻分類、特點及其應用。小結(jié)小結(jié)55測測量量精精度度高高,傳傳感感驅(qū)驅(qū)動動電電路路、

44、信信號號處處理理電電路路等等都都與與溫溫度度傳傳感感部部分分集集成成在在一一起起,因因而而封封裝裝后后的的組組件件體體積積非非常常小小,使使用用方方便便,價價格格便便宜宜,故在測溫技術中越來越得到廣泛應用。故在測溫技術中越來越得到廣泛應用。集成溫度傳感器測溫（溫敏晶體管測溫）集成溫度傳感器測溫（溫敏晶體管測溫）IC溫溫度度傳傳感感器器就就是是依依據(jù)據(jù)半半導導體體的的溫溫漂漂特特性性，經(jīng)經(jīng)過過精精心心設設計計而而制制造造出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。電壓型電壓型IC溫度傳感器溫度傳感器（特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量）；（特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量）；電流型電流型I

45、C溫度傳感器溫度傳感器（遠距離測溫，（遠距離測溫，AD590）;數(shù)字輸出型數(shù)字輸出型IC溫度傳感器溫度傳感器（DS18B20）。）。56電流電流-電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路（10mV/K）增加負載電阻的阻值增加負載電阻的阻值可提高輸出電壓。可提高輸出電壓。AD590AD590基本測溫電路基本測溫電路 廣泛應用于高精度溫廣泛應用于高精度溫度計和溫度計量方面。度計和溫度計量方面。57DS1820DS1820的特性的特性u單線接口：僅需一根口線與單線接口：僅需一根口線與MCU連接；連接；u無需外圍元件；無需外圍元件；u由總線提供電源；由總線提供電源；u測溫范圍為測溫范圍為-55125，精度為，精度為0.5；u九位溫度讀數(shù)；九位溫度讀數(shù)；uA/D變換時間為變換時間為200ms；u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。器。581 1）輻射式溫度傳感器）輻射式溫度傳感器2 2）光學高溫傳感器）光學高溫傳感器3 3）比色溫度傳感器）比色溫度傳感器非接觸式溫度測量非接觸式溫度測量59