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1、8 88 8将温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度而变化的特性来达到测量目的。将温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度而变化的特性来达到测量目的。8.1 热电阻8.2 热电偶8.3 热敏电阻8.1 热电阻 热电阻测温的基础：电阻率随温度升高而增大（正温度系数）特点:精度高，适于测中低温(-200 700)8.1.1 热电阻的材料及工作原理热电阻相对变化率与温度关系二、铜电阻铂=9.8x108铜=1.7x108热电阻的结构电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷支架上，支架起支撑和绝缘作用。8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线
2、、四线接法8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法0432测温电桥的两线接法8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法1008.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法测温电桥的两线接法目标：消除导线电阻造成的测量误差。问题：接触电阻8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法测温电桥的三线连接法+0=22=32=38.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法测温电桥的三线连接法8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法测温电桥的三线连接法测温电桥的四线连接法8.1.2 测量电路（1）测温电桥电路与三线、四线接法1r4r2r3
3、rtRIV引线电阻r2、r3支路无电流；引线电阻r1、r4支路虽有电流，但不在电压测量范围内；高精度测量。8.1.2 测量电路（2）另一种四线连接法恒流源热电阻应用总结：热电阻的特点是精度高，适于测中低温。温度测量的范围为-200700。热电阻测温通常采用电桥电路。采用三线或四线制接法。通过热电阻的电流一般不超过10mA。8.2 热电偶8.2 热电偶8.2 热电偶结构简单、性能稳定；具有较高的准确度和灵敏度；测量范围宽（-50到1600），特殊材料达到-200到+2800的温度；输出为电势，测量方便；热容量和热惯性很小，能用于快速测量。热电效应热电偶基本定律材料及常用热电偶测温电路冷端补偿8.
4、2.1 热电效应两种不同类型的金属，两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不同时，回路产生热电势，形成电流（赛贝克效应）。8.2.1 热电效应 BA00ABNNlneKTTE 8.2.1 热电效应 BA00ABABNNlnT-TeKTE-TE 8.2.1 热电效应8.2.1 热电效应动能大TATTABdTTE0),(0TTnnTTekBATTBAdln008.2.1 热电效应nnABAB,TnnTTekBATTBAdln008.2.1 热电效应S型(铂铑10-铂)热电偶分度表=+8.2.2 热电偶基本定律中间导体定律标准电极定律连接导体定律和中间温度定律1、中间导体定律在热电偶回路中接入
5、中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，那么对热电偶回路的总热电势无影响。EABC(T,T0)=EAB(T,T0)ETkTennBAJBA00ln 0000000lnlnln,TEnnnnekTnnnnekTTETTETEJBAACCBACCBJCAecJBC可证在A处断开，C两端温度相等时，也无影响。推论：在回路中接入多个导体后，只要每个导体两端温度相等，那么.2、标准电极定律如果将导体C作为标准电极，并已知此标准电极与任意导体配对的热电势，则在相同结点温度(T，T0)下，任意导体A、B组成热电偶的热电势为：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)应用：简化了热电偶选配工作
6、。=1000=0，(100,0)(100,0)100,0【解】AB100,0=A100,0 B100,03、连接导体定律和中间温度定律如果热电极A、B分别与连接导线、连接，结点温度分别为T、Tn、T0，那么回路热电势等于热电偶的热电势EAB(T,Tn)与连接导线、在温度Tn、T0时热电势EAB(T,Tn)的代数和EABBA(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)3、连接导体定律和中间温度定律如果热电极A、B分别与连接导线、连接，结点温度分别为T、Tn、T0，那么回路热电势等于热电偶的热电势EAB(T,Tn)与连接导线、在温度Tn、T0时热电势EAB(T,Tn)的代数和EAB
7、BA(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)(),()(,0nJBBneBJABnAABBTETTETETTTE),()(),()(),(000TTETETTETETTEneAnJAAneAJABneB),()()(),()(),(),()(000neAJABnJBAneBnJBAneAneBJABTTETETETTETETTETTETE0,TTETTEnBAnAB：中间温度定律：热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值EAB(T,T0)，等于热电偶在(T,Tn)、(Tn,T0)时相应热电势EAB(T,Tn)、EAB(Tn,T0)的代数和。EAB(T,Tn,T0)=EAB(T
8、,Tn)+EAB(Tn,T0)Tn称为中间温度应用：简化热电偶分度表的制定。E，0=，0+（0，0）8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（1）材料及型号标准化热电偶国家标准规定热电势与温度关系、允许误差、有统一标准分度表的热电偶。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，没有统一分度表，主要用于某些特殊场合测量。钨铼热电偶，铱铑热电偶，镍钴-镍铝热电偶。S铂铑10-铂B铂铑30铂铑6K镍铬镍硅T铜康铜E镍铬考铜J铁康铜R铂铑13-铂N镍铬硅镍硅8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（1）材料及型号钨铼热电偶范围-铂铑01800。（100的热电势极小，为0.033mv）10-铂01600小（
9、100热电势为0.646mv。非线性大）用于高温测量。-镍硅）-2001200100热电势为4.095mv）、价格低。普通金属中性能最稳定。-康铜）-2001000100的热电势为6.319mv）、稳定性好、价格低。-康铜温）-200800 E型，100的热电势为5.269mv）。铁易腐蚀和氧化。-康铜）-200300 标准热电偶的热电特性镍铬硅镍硅铂铑13-铂普通热电偶:气体、蒸汽、液体等，棒形结构；铠装热电偶:狭小对象，结构细长、可弯曲；薄膜热电偶:火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；快速消耗热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）1、普通热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）
10、接 线 盒热 电 极热 端绝 缘 管保 护 管贵金属丝直径0.3 0.6mm,普通金属直径0.5 3mm长度250-300mm;石英、陶瓷铜、铝、不锈钢热电极、绝缘材料、保护套管拉制成型，成为坚实的组合体。也称缆式热电偶。2、铠装热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）铠装式热电偶应用通过真空蒸镀将两种热电极材料镀到绝缘基板上形成热电偶。热接点约0.010.lm。尺寸约为 6060.2mm。反应时间仅为几us。3、薄膜热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）适用于对壁面温度的快速测量。用粘结剂将它粘贴在物体壁面。3、薄膜热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）AB直径0.05
11、0.lmm铂铑10一铂铑30装于石英管，铸以高温绝缘水泥，外盖保护钢帽组成。热惯性小，测量精度可达57。14235678 9快速快速消耗热电偶消耗热电偶1234567894、快速消耗热电偶8.2.3 热电偶材料及常用热电偶（2）测量熔融金属温度单点温度的基本测量电路：电位差计：不必考虑测量线路电阻对测温精度的影响；动圈式仪表：考虑测量线路电阻的影响。Rr+Rc+RG=常数Rr热电偶电阻；Rc连接导线电阻；RG指示仪表的内阻；灵敏度提高，可以测量微小温度变化；精度比单支高。=1+2+=1仪表0000123+nEEEEnG 21 仪表123+123120仪表0（1）0恒温法（2）参考端温度为时的补
12、正方法（1）0恒温法冰点器参考端0=0，E(,0)（2）参考端温度为时的补正方法热电势补正调整仪表起始点法冷端延长线法电桥补偿法镍铬镍硅热电偶(K型)分度表【例】参考温度为30，输出1.647mv，被测温度=？【解】E(t,0)=E(t,30)+E(30,0),0=,0+(0,0)（2）参考端温度为时的补正方法中间温度定律=1.647+1.203=2.85（2）参考端温度为时的补正方法冷端温度恒定，精度要求不高，可将仪表机械零点调整至热电偶冷端处的温度0处。ET T TET TET TABA BnABnA Bn,00则：则：nn,nABnA BET TET Tnn00,nABABA BET T
13、 TET T（2）参考端温度为时的补正方法补偿导线作用：延长参考端，节约热电偶材料，减小回路电阻。注意：只能与相应型号热电偶配用；极性不能接反；与热电偶连接的两接点温度必须相同；接点温度不得超出规定的使用温度范围。（2）参考端温度为时的补正方法（2）参考端温度为时的补正方法【例】采用镍铬镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800，冷端温度为50。采用铜导线或补偿导线两种方式将热电势信号传输至控制室显示，仪表示值各为多少？（设控制室温度为20）80033.277V(500)2.022(2000.798若热电偶与仪表之间用铜导线连接，输入仪表的热电动势为(8005080005033.2772.02231
14、.255若热电偶与仪表之间用补偿导线连接，输入仪表的热电动势为800208000(20033.2770.79832.479=,+,+,0（2）参考端温度为时的补正方法零点20锰铜铜0=4=4k=4=4460.004=6mV5=0.006 1=665.7图5-25 桥路补偿法的温度补偿电路热电偶传感器应用总结：灵敏度与材料的粗细无关，因而有极高响应速度，可测量快速变化过程(燃烧、爆炸)性能稳定、可靠 无须激励，无自热问题 灵敏度较低，不适合测量微小的温度变化 精度很少优于0.58.3 热敏电阻M、Cu、Ni、Co、Ti混合、成型、烧结36%0.4%NTC负温度系数。具有明显非线性。应用于温度测量
15、、温度补偿。PTC正温度系数且有很大斜率域，当温度超过某一数值时，其电阻值朝正的方向快速变化。应用于过流保护、过热保护、。CTR具有负温度系数，在某个温度范围内电阻值急剧下降，曲线斜率陡，灵敏度极高。用作温度开关关。8.3 热敏电阻温度T/0C电阻RT/0NTCPTCCTR三类热敏电阻的温度特性曲线8.3.1 热敏电阻的主要特性8.3.2 热敏电阻特性的线性化8.3.3 热敏电阻的应用举例8.3 热敏电阻=0+1+22+33+44=(0+1)=(0+1+22+33)=8.3.1 热敏电阻的主要特性一、电阻-温度特性8.3.1 热敏电阻的主要特性一、电阻-温度特性/R2以一个温度点的阻值为参数：
16、R=R1e（B/T-B/T1）取R1=R25（25的阻值）：R=R25e（B/T-B/298）8.3.1 热敏电阻的主要特性一、电阻-温度特性=1(/1)【举例1】珠状NTC热敏电阻=232702982=3.7%/=32703732=2.4%/=40002982=4.5%/【举例2】玻壳测温型NTC热敏电阻可应用于高温和高湿环境工作区间的选择：线性段：温度测量；负阻段：测风速、流量、真空等。8.3.1 热敏电阻的主要特性二、伏安特性负温度系数热敏电阻伏安特性恒温条件下自热 W=2 耗散原理【例】热电阻、NTC在0的阻值分别为100、10k，耗散系数均为5mW/,电流1mA时，测量误差？【解】热
17、电阻 =25/=0.02NTC =25/=2 耗散系数：使电阻温度升高1需要消耗的功率。8.3.1 热敏电阻的主要特性二、伏安特性=2耗散系数 在不同外加电压下，电流达到稳定最大值所需的时间。延迟时间：在自热过程中为达到新的热平衡状态所必需。电流/mA8.3.1 热敏电阻的主要特性三、电流-时间特性热时间常数热时间常数：热敏电阻温升63.2%的时间5 5温差小于.%0 0串联补偿电阻8.3.2热敏电阻的特性线性化并联补偿电阻8.3.2热敏电阻的特性线性化8.3.3 热敏电阻的应用举例迅速8.3.3 热敏电阻的应用举例半导体点温计测量电路原理图锰铜电阻3=0=热敏电阻医用体温探头NTC热敏电阻 2550：精度0.20.4 375：精度0.1电磁炉中用到的NTC热敏电阻玻璃封装热敏电阻：适合高温高湿环境、工作温度200环境温度为、范围时，分别对应、的色温。LED灯自动色温调节红外线测温仪NTC热敏电阻芯片