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1、第11章热电式传感器本讲稿第一页，共五十页11.1概述概述 n温度是表征物体冷热程度的物理量。它体现了物体内温度是表征物体冷热程度的物理量。它体现了物体内部分子运动状态的特征。部分子运动状态的特征。n温度是不能直接测量的。只能温度是不能直接测量的。只能通过物体随温度变化的某些通过物体随温度变化的某些特性（如体积、长度、电阻等）来间接测量。特性（如体积、长度、电阻等）来间接测量。n热电式传感器将温度变化转换成电量（电阻、电势等），热电式传感器将温度变化转换成电量（电阻、电势等），应用广泛。应用广泛。n按测温方法不同，热电式传感器分为接触式和非接触式两种。按测温方法不同，热电式传感器分为接触式和非
2、接触式两种。本讲稿第二页，共五十页接触式测温是基于接触式测温是基于热平衡原理热平衡原理，即测温敏感元件，即测温敏感元件(传感传感器器)必须与被测介质接触，是两者处于平衡状态，具有同一必须与被测介质接触，是两者处于平衡状态，具有同一温度。如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。温度。如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。非接触式测温是利用非接触式测温是利用热辐射原理热辐射原理，测温的敏感元件不与，测温的敏感元件不与被测介质接触，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定被测介质接触，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测温。如辐射温度计，红外测温仪物体温度，故又称辐射测温。如辐射温度计，红外
3、测温仪等。等。本讲稿第三页，共五十页表表11.1 11.1 接触式与非接触式测温方法比较接触式与非接触式测温方法比较接触式接触式非接触式非接触式必要必要条件条件感温元件必须与被测物体相接感温元件必须与被测物体相接触。触。感温元件能接收到物体的感温元件能接收到物体的辐射能。辐射能。特点特点不适宜热容量小的物体温度测不适宜热容量小的物体温度测量；不适宜动态温度测量；便量；不适宜动态温度测量；便于多点、集中测量和自动控制于多点、集中测量和自动控制被测物体温度不变；适宜被测物体温度不变；适宜动态温度测量；适宜表面动态温度测量；适宜表面温度测量。温度测量。测量测量范围范围适宜适宜10001000以下的温
4、度测量以下的温度测量.适宜高温测量适宜高温测量.测温测温精度精度测量范围的测量范围的1%1%左右左右.一般在一般在1010左右左右.滞后滞后较大较大.较小较小.本讲稿第四页，共五十页表11.2 常用热电式传感器类型及特点测温测温方式方式传感器类型传感器类型测温范围测温范围（）精度精度（%）特特 点点接接触触式式热热膨膨胀胀式式水水 银银-100-1006006000.10.11 1结构简单、耐用，但感温结构简单、耐用，但感温部体积较大部体积较大双金属双金属-50-505005001 13 3压力压力液液-100-100600600-200-2006006001 1气气热热电电偶偶钨钨铼铼100
5、01000280028000.30.30.50.5种类多、适应性强，结构种类多、适应性强，结构简单，应用广泛。须注意简单，应用广泛。须注意冷端温度补偿及动圈式仪冷端温度补偿及动圈式仪表电阻对测量结果的影响表电阻对测量结果的影响铂铑铂铑-铂铂0 0160016000.20.20.50.5其他其他-200-200120012000.40.41.01.0热热电电阻阻铂铂镍镍铜铜-200-200600600-150-150300300-50-501501500.10.10.30.30.20.20.50.50.10.10.30.3标准化程度高，精度及灵标准化程度高，精度及灵敏度均较好，感温部大，敏度均较
6、好，感温部大，须注意环境温度的影响须注意环境温度的影响热敏电阻热敏电阻-50-503003000.30.31.51.5体积小，响应快，灵敏度体积小，响应快，灵敏度高；线性差，须注意环境高；线性差，须注意环境温度影响温度影响本讲稿第五页，共五十页非非接接触触式式辐射温度计辐射温度计光高温计光高温计10010035003500200200320032001 11 1非接触测温，不干扰被测温度场，非接触测温，不干扰被测温度场，辐射率影响小，应用简便，不能辐射率影响小，应用简便，不能用于低温用于低温热电探测器热电探测器热敏电阻探测器热敏电阻探测器光子探测器光子探测器20020020002000-50-
7、50320032000 0350035001 11 11 1非接触测温，不干扰被测温度场，非接触测温，不干扰被测温度场，响应快，测量范围大，适于测温响应快，测量范围大，适于测温度分布，易受外界干扰，定标困度分布，易受外界干扰，定标困难难本章主要介绍热电阻、本章主要介绍热电阻、热电偶热电偶及新型热电式传感器。及新型热电式传感器。本讲稿第六页，共五十页 温标是温度的数值表示方法，是用来衡量物体温度的尺温标是温度的数值表示方法，是用来衡量物体温度的尺度。它规定了温度读数的起点度。它规定了温度读数的起点(零点零点)和测量温度的单位，和测量温度的单位，常用的有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等常用的有摄氏
8、温标、华氏温标和热力学温标等。温标的基本概念温标的基本概念(1)(1)摄氏温标摄氏温标()()摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线性关系。分度方法是把标准大气压下水的冰点定为零度性关系。分度方法是把标准大气压下水的冰点定为零度（0），把水的沸点定为），把水的沸点定为100度（度（100），在这两固），在这两固定点间划分定点间划分100等分，每一等分为摄氏一度，计为等分，每一等分为摄氏一度，计为1。本讲稿第七页，共五十页(2)(2)华氏温标（华氏温标（F F）在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏
9、1度，符号为F。(3)(3)热力学温标热力学温标(K)(K)热力学温标是以热力学第二定律为基础，已由国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度（单位为K）。定义为水三相点（冰水气共存）的热力学温度的1/273.16为1K。即从绝对零度到水的三相点之间的温度分为273.16等分，一等分为1K。本讲稿第八页，共五十页11.2热电阻热电阻 利用导体或半导体的电阻值随温度的变化来测量温度。利用导体或半导体的电阻值随温度的变化来测量温度。热电阻按感温元件的材质分金属与半导体两类。热电阻按感温元件的材质分金属与半导体两类。金属热电阻金属热电阻常用铂、铜两种热电阻；半导
10、体热电阻为热敏电阻等常用铂、铜两种热电阻；半导体热电阻为热敏电阻等。1、金属热电阻、金属热电阻 对于绝大多数金属，具有对于绝大多数金属，具有正的温度系数正的温度系数，电阻随温度电阻随温度升高而增大的特性方程为升高而增大的特性方程为:不同的金属导体，不同的金属导体，a ai i取值的范围不同。通取值的范围不同。通常情况下，它是温度常情况下，它是温度的函数。的函数。本讲稿第九页，共五十页金属热电阻选用感温材料的要求金属热电阻选用感温材料的要求：（1 1）温度系数）温度系数a ai i值要大，热电阻的灵敏度就越高。值要大，热电阻的灵敏度就越高。（2 2）在测量范围内，其材料的物理、化学性质应稳定，以
11、保）在测量范围内，其材料的物理、化学性质应稳定，以保持电阻基值的稳定性。持电阻基值的稳定性。（3 3）在测量范围内，电阻温度系数要保持常数，以确保输入）在测量范围内，电阻温度系数要保持常数，以确保输入输出线性，提高测量精度。输出线性，提高测量精度。（4 4）具有较高的电阻率）具有较高的电阻率,采用较高电阻率的感温材料，可以采用较高电阻率的感温材料，可以减少热电阻体积和热惯性。减少热电阻体积和热惯性。（5 5）材料容易提纯，确保较好的复制性。）材料容易提纯，确保较好的复制性。本讲稿第十页，共五十页(1)(1)铂热电阻铂热电阻铂的物理、化学性能稳定，测量精度高、电阻率较高；铂的物理、化学性能稳定，
12、测量精度高、电阻率较高；铂铂丝在丝在00以上，其电阻值与温度之间具有较好的线性度。以上，其电阻值与温度之间具有较好的线性度。铂热电阻使用范围是铂热电阻使用范围是200200850850。除作为温。除作为温度标准外，还广泛用于高精度的工业测量。度标准外，还广泛用于高精度的工业测量。本讲稿第十一页，共五十页(2)(2)铜热电阻铜热电阻铜热电阻的铜热电阻的线性较好线性较好，具有电阻温度系数大，价格便宜，具有电阻温度系数大，价格便宜，互换性好等优点。铜热电阻的使用范围是互换性好等优点。铜热电阻的使用范围是-50150。热电阻的测量电路热电阻的测量电路电桥电路电桥电路本讲稿第十二页，共五十页2、热敏电阻
13、、热敏电阻热敏电阻是一种热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化电阻值随其温度成指数变化的半导体热的半导体热敏元件。敏元件。优点优点：(1)电阻温度系数大，电阻温度系数大，灵敏度高灵敏度高，比一般金属电阻，比一般金属电阻大大10100倍；倍；(2)结构简单，体积小，可以测量结构简单，体积小，可以测量“点点”温度；温度；(3)电阻率高，热惯性小，电阻率高，热惯性小，适宜动态测量适宜动态测量；(4)功耗小，不功耗小，不需要参考端补偿，适于需要参考端补偿，适于远距离的测量与控制。远距离的测量与控制。缺点缺点：阻值与温度的关系呈阻值与温度的关系呈非线性非线性，元件的稳定性和互换，元件的稳定性和互换性较差
14、。性较差。本讲稿第十三页，共五十页 热敏电阻是由两种以上的金属氧化物如热敏电阻是由两种以上的金属氧化物如MnMn、CoCo、NeNe、FeFe等氧化物构成的烧结体，根据组成的不同，可以调整温度特性等氧化物构成的烧结体，根据组成的不同，可以调整温度特性正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻(PTC)(PTC)、负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻(NTC)(NTC)和临界温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻(CTR)(CTR)。负温度系数的热敏电阻最常用，温度特性为负温度系数的热敏电阻最常用，温度特性为 RT本讲稿第十四页，共五十页热敏电阻由热敏探头，引线和壳体等构成。热敏电阻由热敏探头，引线和
15、壳体等构成。图示：图示：本讲稿第十五页，共五十页根据不同的使用需求，热敏电阻可制成不同的结构形式。根据不同的使用需求，热敏电阻可制成不同的结构形式。图示：图示：本讲稿第十六页，共五十页热敏电阻的测量电路热敏电阻的测量电路电桥电路电桥电路本讲稿第十七页，共五十页产品产品本讲稿第十八页，共五十页11.3热电偶热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测器件之一。热电偶是工业上最常用的温度检测器件之一。优点优点：n测量精度高测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。质的影响。n测量范围广测量范围广。常用的热电偶从。常用的热电偶从-50+1600-5
16、0+1600均可连续测均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到量，某些特殊热电偶最低可测到-269-269（如金铁镍铬），（如金铁镍铬），最高可达最高可达+2800+2800（如钨（如钨-铼）。铼）。n构造简单，使用方便构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小的限制，外有保护套管，使用非常方组成，而且不受大小的限制，外有保护套管，使用非常方便；适用于远距离测量和自动控制便；适用于远距离测量和自动控制 本讲稿第十九页，共五十页1、热电效应、热电效应 由由A A、B B两种不同的导体组成一个闭合回路，当两接点的两种不同的导体组成一个闭合回路
17、，当两接点的温度不等时，回路中就会产生电势，从而形成电流，这一现温度不等时，回路中就会产生电势，从而形成电流，这一现象通常称为象通常称为热电效应热电效应。相应的电势通常称为。相应的电势通常称为热电势热电势。本讲稿第二十页，共五十页 热电偶热电偶产生的热电势产生的热电势E EABAB(T,T(T,T0 0)是由两种导体的是由两种导体的接触电接触电势势E EABAB和单一导体的和单一导体的温差电势温差电势E EA A和和E EB B所形成。所形成。接接触触电电势势温温差差电电势势(a)电子扩散示意图电子扩散示意图(b)等价电路等价电路本讲稿第二十一页，共五十页接触电势接触电势温差电势温差电势由导体
18、由导体A A、B B组成的热电偶回路总的热电势为：组成的热电偶回路总的热电势为：由此可知：由此可知：只有当热电偶的两个电极材料不同，且两个接点的只有当热电偶的两个电极材料不同，且两个接点的温度也不同时，才会产生电势，热电偶才能进行温度测量。温度也不同时，才会产生电势，热电偶才能进行温度测量。本讲稿第二十二页，共五十页当热电偶的两个不同的电极材料确定后，热电势便与当热电偶的两个不同的电极材料确定后，热电势便与两个接点温度两个接点温度T T、T T0 0有关。即回路的热电势是两个接点的温有关。即回路的热电势是两个接点的温度函数之差。度函数之差。若使冷端温度若使冷端温度T T0 0保持不变，则热电势
19、为热端温度保持不变，则热电势为热端温度T T的单的单值函数。值函数。这就是热电偶测温的基本原理。这就是热电偶测温的基本原理。在实际测量中，不可能也没有必要单独测量接触电势和在实际测量中，不可能也没有必要单独测量接触电势和温差电势，而温差电势，而只需要用仪表测量总的热电势。只需要用仪表测量总的热电势。另外，温另外，温差电势与接触电势相比较，数值甚小，因此在工程应用差电势与接触电势相比较，数值甚小，因此在工程应用中认为中认为热电势近似等于接触电势热电势近似等于接触电势。本讲稿第二十三页，共五十页实用中，测量出热电势后如何确定温度值？通常不是利用实用中，测量出热电势后如何确定温度值？通常不是利用公式
20、计算，而是用查公式计算，而是用查热电偶分度表热电偶分度表来确定。来确定。热电偶分度表是将冷端温度保持为热电偶分度表是将冷端温度保持为0 0，通过实验建立起来，通过实验建立起来的热电势与温度之间的数值对应关系。的热电势与温度之间的数值对应关系。热电偶测温完全是建立在利用实验热特性和一些热电定热电偶测温完全是建立在利用实验热特性和一些热电定律的基础上。律的基础上。会产生新的会产生新的热电势吗？热电势吗？本讲稿第二十四页，共五十页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 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端两端的温度相等的
21、温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电势。势。本讲稿第二十五页，共五十页 根据中间导体定律，可以用开路热电偶对液态金属或根据中间导体定律，可以用开路热电偶对液态金属或金属壁面测温。金属壁面测温。本讲稿第二十六页，共五十页2)2)中间温度定律中间温度定律 当热电偶两个接点的温度分别为当热电偶两个接点的温度分别为T T和和T T0 0时，所产生的热电时，所产生的热电势等于该热电偶两接点温度为势等于该热电偶两接点温度为T T、T Tn n和和T Tn n、T T0 0时所产生的热时所产生的热电势之代数和，即电势之代数和，即:中中间间温温度度定定律
22、律是是制制定定热热电电偶偶分分度度表表的的理理论论基基础础。热热电电偶偶分度表都是以冷端温度为分度表都是以冷端温度为0 0时做出的时做出的。一一般般工工程程测测量量中中冷冷端端都都不不为为零零（任任一一恒恒定定值值），因因此此，只只要要测测出出热热端端、冷冷端端的的热热电电势势，便便可可利利用用利利用用热热电电偶偶分分度度表求出工作端的被测温度值。表求出工作端的被测温度值。本讲稿第二十七页，共五十页例如，用镍铬例如，用镍铬镍硅热电偶测量炉温时，当冷端温度镍硅热电偶测量炉温时，当冷端温度T T0 0=30=30时，测得热电势时，测得热电势E(T,TE(T,T0 0)=39.17mv)=39.17
23、mv，求实际炉温。，求实际炉温。由由T T0 0=30=30查分度表得查分度表得E E（3030，0 0）=1.2mv=1.2mv，根据中间温度，根据中间温度定律得定律得:E E（T T，0 0）=E=E（T T，3030）+E+E（3030，0 0）=39.17+1.2=39.17+1.2=40.37(mv)=40.37(mv)则查表得炉温则查表得炉温T=946T=946。本讲稿第二十八页，共五十页3)3)标准电极定律标准电极定律 已知两个导体已知两个导体A A、B B分别与另一导体分别与另一导体C C组成的热电偶的组成的热电偶的热电势已知热电势已知 ，则在相同接点温度，则在相同接点温度(T
24、,T(T,T0 0)下，由下，由A A、B B电极电极组成的热电偶的热电势组成的热电偶的热电势 E EABAB(T,T(T,T0 0)为为:C C称为标准电极称为标准电极ABTT0=ACTT0CBTT0本讲稿第二十九页，共五十页例如，铂铑例如，铂铑3030铂热电偶的铂热电偶的E EACAC（1084.5,01084.5,0）=13,976mv,=13,976mv,铂铑铂铑6 6铂热电偶的铂热电偶的E EBCBC（1084.5,01084.5,0）=8.354mv=8.354mv。根据标准电极定律：根据标准电极定律：铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶热电偶 E EABAB(1084.5,0(1
25、084.5,0）=13,976-8.354=5.613mv=13,976-8.354=5.613mv。在工程测量中，由于在工程测量中，由于纯铂纯铂的物理化学性能稳定，熔点较高，的物理化学性能稳定，熔点较高，易提钝，所以目前常将纯铂作为标准电极。易提钝，所以目前常将纯铂作为标准电极。标准电极定律使得热电偶电极的选配提供了方便。标准电极定律使得热电偶电极的选配提供了方便。本讲稿第三十页，共五十页3、常用热电偶及热电势的测量、常用热电偶及热电势的测量n常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。n标准热电偶标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度
26、的关是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。有与其配套的显示仪表可供选用。n非标准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，在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。常用热电偶常用热电偶本讲稿第三十一页，共五十页适于制作适于制作热电偶的材料热电偶的材料有有300300多种，其中广泛应用的有多种，其中广泛应用的有40405050种。常用种。常用8 8种标准化热电偶
27、为：种标准化热电偶为：本讲稿第三十二页，共五十页铂铑铂铑1010铂热电偶：铂热电偶：性能稳定，准确度高，可用于基准和标准热电偶。性能稳定，准确度高，可用于基准和标准热电偶。热电势较低，价格昂贵，不能用于金属蒸汽和还原性气体中；热电势较低，价格昂贵，不能用于金属蒸汽和还原性气体中；铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶：热电偶：较铂铑较铂铑1010铂热电偶更具较高的稳定性和机铂热电偶更具较高的稳定性和机械强度，最高测量温度可达械强度，最高测量温度可达18001800，室，室 温下热电势较低，可作标温下热电势较低，可作标准热电偶，一般情况下，不需要进行补偿和修正处理。由于其热电准热电偶，一般情况下，
28、不需要进行补偿和修正处理。由于其热电势较低，需要采用高灵敏度和高精度的仪表；势较低，需要采用高灵敏度和高精度的仪表；镍铬镍铬镍硅或镍铬镍硅或镍铬镍铝热电偶镍铝热电偶：热电势较高，热电特性具有较好：热电势较高，热电特性具有较好线性，良好的化学稳定性，具有较强的抗氧化性和抗腐蚀性。稳定线性，良好的化学稳定性，具有较强的抗氧化性和抗腐蚀性。稳定性稍差，测量精度不高。性稍差，测量精度不高。镍铬镍铬考铜热电偶：考铜热电偶：热电势较高，电阻率小，适于还原性和中性气热电势较高，电阻率小，适于还原性和中性气氛下测量，价格便宜，测量上限较低；氛下测量，价格便宜，测量上限较低；镍铬镍铬康铜热电偶：康铜热电偶：热电
29、势较高，价格低。高温下易氧化，适于低热电势较高，价格低。高温下易氧化，适于低温和超低温测量。温和超低温测量。本讲稿第三十三页，共五十页组成组成:n热电极（材料的热电特性稳定）；热电极（材料的热电特性稳定）；n绝缘套管（防止电极间短路）；绝缘套管（防止电极间短路）；n保护套管（隔离电极与介质，免受机械损伤或化学腐保护套管（隔离电极与介质，免受机械损伤或化学腐蚀等）；蚀等）；n接线盒。接线盒。本讲稿第三十四页，共五十页产品产品本讲稿第三十五页，共五十页热电势的测量热电势的测量 热电势在热电势在mvmv范围，通常用范围，通常用动圈式仪表动圈式仪表、电位差计电位差计、示波器示波器和和数字式测温仪表数字
30、式测温仪表等测量等测量。u动圈式仪表实际上是一个动圈式仪表实际上是一个磁电式毫伏计磁电式毫伏计，它是利用电流，它是利用电流流过仪表动圈时，动圈在磁场的作用下带动指针偏转的原理流过仪表动圈时，动圈在磁场的作用下带动指针偏转的原理进行工作的。进行工作的。精度不高精度不高。仪表指示电压为仪表指示电压为:RGRt+RlU EAB(T,T0)本讲稿第三十六页，共五十页 补偿法测量电动势需要一个数值可以调节、大小已知的补偿法测量电动势需要一个数值可以调节、大小已知的标准电源，以便能与被测电动势相补偿。标准电源，以便能与被测电动势相补偿。u补偿法测量原理：补偿法测量原理：测量回路中的测量回路中的电流为零，避
31、电流为零，避免了回路电阻免了回路电阻的影响，测量的影响，测量精度较高。精度较高。本讲稿第三十七页，共五十页电位差计原理：电位差计原理：校准回路校准回路补偿回路补偿回路测量回路测量回路本讲稿第三十八页，共五十页(1)K(1)K1 1合合,K,K2 2断，调断，调R R0 0使流过检流计使流过检流计G G1 1的的电流为零，得到一个恒定的工作电流电流为零，得到一个恒定的工作电流,I=EI=EH H/R/RH H，即，即abab两点之间的压降与两点之间的压降与E EH H平衡。平衡。(校准工作电流校准工作电流)(2)K(2)K1 1断断,K,K2 2合，调节电位器合，调节电位器R RP P，使，使G
32、 G2 2=0,=0,此时热电偶测量回路的电流为此时热电偶测量回路的电流为零。零。(3)(3)当热电偶因温度变化产生热电势当热电偶因温度变化产生热电势时，时，G G2 2将有电流流过，再次调节将有电流流过，再次调节R RP P使使G G2 2=0=0。由电位器。由电位器R RP P的刻度变化得到一的刻度变化得到一个电阻增量个电阻增量R RP P,则所测热电势为则所测热电势为由于由于E EH H和和R RH H均为定值，热电势的大小则可以用均为定值，热电势的大小则可以用R RP P来度量。来度量。本讲稿第三十九页，共五十页4、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的冷端温度补偿热电偶回路的热电势是两个接点
33、温度的函数，为此，热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使必须使冷端温度保持不变冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的，其输出热电势才是热端温度的单值函数。单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而，而难以保持恒定，从而引入测量误差。引入测量误差。冷端温度补偿冷端温度补偿：冷端温度恒定；补偿冷端温度：冷端温度恒定；补偿冷端温度t t0 0 00。补补偿方法：偿方法：0 0恒温法；修正法；补偿导线法；补偿电桥法等。恒温法；修正法；补偿导线
34、法；补偿电桥法等。本讲稿第四十页，共五十页00恒温法恒温法 将热电偶冷端放在冰和水混合的容器中，保持冷将热电偶冷端放在冰和水混合的容器中，保持冷端为端为0不变。这种方法精度高，但在工程中应用很不变。这种方法精度高，但在工程中应用很不方便，一般在实验室用于校正标准热电偶等高精不方便，一般在实验室用于校正标准热电偶等高精度温度测量。度温度测量。本讲稿第四十一页，共五十页修正法修正法 实际使用中，设法使冷端温度保持不变（放置在恒温器实际使用中，设法使冷端温度保持不变（放置在恒温器中），然后采用冷端温度修正的方法，可得到冷端为中），然后采用冷端温度修正的方法，可得到冷端为00时的热电势。时的热电势。根
35、据根据中间温度定律中间温度定律，E EABAB(T,T(T,T0 0)E EABAB(T,Tn)(T,Tn)E EABAB(Tn,T)(Tn,T)，因为保持温度，因为保持温度TnTn不变，因而不变，因而E EABAB(Tn,0)(Tn,0)常值，常值，该值可以从热电偶分度表中查出。该值可以从热电偶分度表中查出。测量的热电势与查表得到的相加，就可得到冷端为测量的热电势与查表得到的相加，就可得到冷端为00时时的热电势，然后再查热电偶分度表，便可得到被测温度的热电势，然后再查热电偶分度表，便可得到被测温度T T。本讲稿第四十二页，共五十页补偿导线法补偿导线法延长热电极法延长热电极法 将热电偶的自由端
36、引至显示仪表，而显示仪表放在恒温将热电偶的自由端引至显示仪表，而显示仪表放在恒温或温度波动较小的地方。或温度波动较小的地方。采用某两种导线组成的采用某两种导线组成的热电偶补偿导线，在一热电偶补偿导线，在一定温度范围内（定温度范围内（0 0100100）具有与所连接的）具有与所连接的热电偶热电偶相同的热电性能。相同的热电性能。不同的热电偶要配不同不同的热电偶要配不同的导线，极性也不能接的导线，极性也不能接错。错。图示：图示：图示：图示：本讲稿第四十三页，共五十页补偿电桥法补偿电桥法 补偿电桥法是利用不平衡电桥补偿电桥法是利用不平衡电桥(又称冷端补偿器又称冷端补偿器)产生不产生不平衡电压来自动补偿
37、热电偶因冷端温度变化而引起的热电势平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。变化。2020为电桥平衡温度，此时为电桥平衡温度，此时电桥输出电压电桥输出电压Uac=0;Uac=0;当温度升高时，当温度升高时，Uac Uac 0 0；同时；同时由于热电偶冷端温度升高，由于热电偶冷端温度升高，使热电势减小使热电势减小EE。若。若UacUacEE便达到自动补偿冷端温度便达到自动补偿冷端温度目的。目的。本讲稿第四十四页，共五十页5、热电偶的校验和标定、热电偶的校验和标定校验和标定的目的：校验和标定的目的：a.a.核对热电偶的热电势核对热电偶的热电势温度曲线和热电偶的电阻温度曲线和热电偶的
38、电阻温温度曲线是否符合标准。度曲线是否符合标准。b.b.标定非标准热电偶的热电势标定非标准热电偶的热电势温度曲线；温度曲线；c.c.确定测量系统的系统误差并加以修正。确定测量系统的系统误差并加以修正。校验的方法有定点法和比较法校验的方法有定点法和比较法。对工业热电偶较多采用比。对工业热电偶较多采用比较法（标准热电偶和被校准的热电偶）。较法（标准热电偶和被校准的热电偶）。若热电偶经校验，发现误差超出规定范围时，可将原若热电偶经校验，发现误差超出规定范围时，可将原来的热端剪去一段，重新焊接后再校验。来的热端剪去一段，重新焊接后再校验。本讲稿第四十五页，共五十页温控器温控器电子体温计电子体温计应用应用本讲稿第四十六页，共五十页炉温检测炉温检测本讲稿第四十七页，共五十页11.4新型热电式传感器新型热电式传感器 半导体半导体PNPN结温度传感器结温度传感器压电型温度传感器压电型温度传感器磁热敏传感器磁热敏传感器本讲稿第四十八页，共五十页本章小结：本章小结：1.1.工作原理及特性工作原理及特性 2.2.测量电路（测量电路（热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿）3.3.传感器的应用传感器的应用本讲稿第四十九页，共五十页习题与思考题：习题与思考题：P2281、3、5本讲稿第五十页，共五十页