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1、第七章热电传感器第第七七章章 热热电传感器电传感器热电传感器是一类能将温度变化转换为电量变化的元件。热电传感器是一类能将温度变化转换为电量变化的元件。7.1热电偶热电偶一热电偶测温原理一热电偶测温原理1.热电效应热电效应两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生电动个闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，该电动势称势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，该电动势称为热电动势。为热电动势。第七章热电传感器热电动势主要是由热电动势主要是由接触电势构成的接
2、触电势构成的T端的接触电动势：端的接触电动势：同理，同理，T0端的接触电动势：端的接触电动势：第七章热电传感器回路总电动势回路总电动势(1)如果热电热偶两电极材料相同，无论两接点温度如果热电热偶两电极材料相同，无论两接点温度如何，总电动勢为零。如何，总电动勢为零。(2)如果热电偶两接点温度相同，尽管、材料不同，如果热电偶两接点温度相同，尽管、材料不同，回路总电动勢为零。回路总电动勢为零。第七章热电传感器2热电偶的基本定律热电偶的基本定律(1)中间导体定律中间导体定律在在A、B材料组成的热电偶回路中接入第三种导体材料组成的热电偶回路中接入第三种导体C，只要引入的第三种导体两端温度相同，则此导引体
3、的只要引入的第三种导体两端温度相同，则此导引体的引入不会改变电动势引入不会改变电动势EAB(T,T0)的大小。这个规律称中的大小。这个规律称中间导体定律。间导体定律。第七章热电传感器第一种情况：第一种情况：总电动势为总电动势为第七章热电传感器第二种情况：第二种情况：总电动势为总电动势为第七章热电传感器（2）标准电极定律）标准电极定律如果两种导体（如果两种导体（A和和B）分别与第三种导体（分别与第三种导体（C）组成热组成热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体（电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体（A、B）组成组成的热电偶产生的热电动势可由下述标准电极定律来确定：的热电偶产生的热电动势可由
4、下述标准电极定律来确定：第七章热电传感器证明：证明：第七章热电传感器二二热电偶的结构与种类热电偶的结构与种类1结构结构第七章热电传感器2种类种类名称分度标准材质成分t=100oCt0=0oC热电动势/mV最高使用温度国际我国(旧)正极负极长期短期铂铑10-铂SLB-3Pt90Rh10Pt1000.6431300oC1600oC铂铑30-铂铑6BLL-2Pt70Rh30Pt94Rh60.0341600oC1800oC镍铬-镍硅KEU-2Ni90Cr10Ni97Si2.5Mn0.54.0951000oC1200oC铜-康铜TCKCu100Cu55Ni104.277200oC300oC（1）常用热电
5、偶）常用热电偶第七章热电传感器快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶钨铼热电偶（超高温热电偶）钨铼热电偶（超高温热电偶）金铁金铁-镍铬热电偶（低温热电偶）镍铬热电偶（低温热电偶）非金属热电偶非金属热电偶（2）特殊热电偶）特殊热电偶铠装热电偶铠装热电偶第七章热电传感器三三热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿1冷端温度校正法（又称计算修正法）冷端温度校正法（又称计算修正法）T0实际的冷端温度；（测出）实际的冷端温度；（测出）E(T,T0)热电偶工作在热电偶工作在T与与T0时，热电偶的输出热电势时，热电偶的输出热电势E(T0,0)热电偶工作端为热电偶工作端为T0，冷端为冷端为0oC时，热电偶时，热电偶
6、的输出热电势（由的输出热电势（由T0在分度表中查出）在分度表中查出）算出算出E(T,0o)查表求出查表求出T第七章热电传感器2冷端恒温法冷端恒温法3补偿导线法补偿导线法要求两种情况下要求两种情况下的热电势相同的热电势相同第七章热电传感器整理可得整理可得即即4自动补偿法自动补偿法（1）热电偶补偿）热电偶补偿第七章热电传感器2补偿电桥补偿电桥第七章热电传感器自动补偿在测温仪表中运用得很多，它使得测温自动补偿在测温仪表中运用得很多，它使得测温仪表使用方便，测量准确。仪表使用方便，测量准确。例如例如NI公司的推出的公司的推出的PCI总线所配的前端测量模块总线所配的前端测量模块一些半导体生产厂家（如一些
7、半导体生产厂家（如AD公司）制造出专用公司）制造出专用于温度测量的运算放大器，在运算放大器芯片的设计于温度测量的运算放大器，在运算放大器芯片的设计中加入了常用热电偶的补偿电路中加入了常用热电偶的补偿电路5软件补偿法软件补偿法用另一个温度传感器测出冷端温度用另一个温度传感器测出冷端温度T0，用软件处用软件处理的方法实现温度补偿理的方法实现温度补偿第七章热电传感器四热电偶实用测温电路四热电偶实用测温电路1测量某点温度的基本电路测量某点温度的基本电路2测量两点之间温度差测量两点之间温度差第七章热电传感器3测量平均温度测量平均温度第七章热电传感器7.2热电阻热电阻热电阻也是一种测温元件，它是利用导体的
8、电阻随温热电阻也是一种测温元件，它是利用导体的电阻随温度变化的特性来测量温度的。工业上被广泛地应用来测量度变化的特性来测量温度的。工业上被广泛地应用来测量中低温区（中低温区（-200500oC）的温度。的温度。一常用热电阻一常用热电阻1.铂电阻铂电阻铂电阻与温度的关系铂电阻与温度的关系第七章热电传感器2.铜电阻铜电阻在在-50150oC的温度范的温度范围围内，内，铜电铜电阻与温度近似呈阻与温度近似呈线线性关系，可用下式表示性关系，可用下式表示第七章热电传感器二热电阻的测量电路与应用举例二热电阻的测量电路与应用举例1.测量电路测量电路（1）三线制接法）三线制接法第七章热电传感器（2）四线制接法）
9、四线制接法第七章热电传感器7.3热敏电阻热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件。一特性制成的一种热敏元件。半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有灵敏度半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有灵敏度高、体积小、热惯性小、响应速度快等优点，但目前它高、体积小、热惯性小、响应速度快等优点，但目前它存在的主要缺点是互换性和稳定性较差，非线性严重，存在的主要缺点是互换性和稳定性较差，非线性严重，且不能在高温下使用，所以限制了其应用领域。且不能在高温下使用，所以限制了其应用领域。第七章热电传感器一热敏电阻的电阻一热敏电阻的电阻
10、温度特性温度特性大多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称负温大多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称负温度系数型热敏电阻。其阻值与温度的关系，可用下式度系数型热敏电阻。其阻值与温度的关系，可用下式表示：表示：二主要技术参数二主要技术参数第七章热电传感器三热敏电阻的应用举例三热敏电阻的应用举例1串联补偿电阻串联补偿电阻第七章热电传感器2并联补偿电阻并联补偿电阻第七章热电传感器3温度温度-频率转换电路频率转换电路第七章热电传感器第七章热电传感器第七章热电传感器第七章热电传感器时时令令第七章热电传感器调节td1使4.4.温度控制温度控制5.5.温度补偿温度补偿6.6.测量管道流量测量管道流量第七章热电传
11、感器7.4PN结型和集成温度传感器结型和集成温度传感器 在一定电流条件下，在一定电流条件下，PN结的正向电压与温度有关，利结的正向电压与温度有关，利用这一特性制成的温度传感器称为用这一特性制成的温度传感器称为PN结型温度传感器。其结型温度传感器。其体积小，反应快，而且线性比热敏电阻好得多。体积小，反应快，而且线性比热敏电阻好得多。一分立元件一分立元件PN结型温度传感器结型温度传感器1.二极管温度传感器二极管温度传感器当当时时第七章热电传感器而而2.2.晶体管温度传感器晶体管温度传感器第七章热电传感器二集成温度传感器二集成温度传感器 两个特性完全相同的晶体管，在不同的两个特性完全相同的晶体管，在不同的 I IC C下工作，则下工作，则两管的两管的 U Ube be 之差为之差为第七章热电传感器T T3 3和和T T4 4构成电流镜使构成电流镜使 I1=I2 T T1 1和和T T2 2是感温用的晶体管它是感温用的晶体管它们的材质和制造工艺完全相同，们的材质和制造工艺完全相同，只是集成制造时只是集成制造时T T1 1实际上由实际上由8个个性能完全相同的晶体管并联组性能完全相同的晶体管并联组成，则电阻成，则电阻 R R上的电压为上的电压为第七章热电传感器第七章热电传感器