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1、第9讲 热电式传感器第1页，本讲稿共20页绝对零度:所有的原子和分子热量运动都将停止温度范围小故事温度范围小故事 研究一下研究一下下面的数字如果带上修饰单位下面的数字如果带上修饰单位“”，分别表示什么意思呢？，分别表示什么意思呢？-273.15-273.1570070060006000-190-190100100-170-170-130-130空气变成浅蓝色液体生命存活的低温极限,伤寒杆菌在该温度仍能生存地球最低温度水的沸点烟头的温度太阳表面温度地球上最低温出现在南极最高峰文生峰，这里年平均气温-129，夏日平均气温-117.7-117.7。而地球上第一高峰珠穆朗玛峰夏日平均气温也有-45，南
2、极地区的冷烈可见一斑。烟头的表面温度虽然只有250300，烟头的中心温度一般在700800第2页，本讲稿共20页第八章热电式传感器第八章热电式传感器v第一节热电偶传感器第一节热电偶传感器 v第二节第二节 热电阻传感器热电阻传感器v第三节第三节 热敏电阻传感器热敏电阻传感器v第四节集成温度传感器第四节集成温度传感器第3页，本讲稿共20页实验-热电偶工作原理演示 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端（参自由端（参考端、冷端）考端、冷端）左端称为：左端称为：测量端（工测量端（工作端、热端）作端、热端）热电极热电极B B热电势热电势A AB B第4页，本讲稿共20页从实验到理论：热电效应 n1
3、821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。有关。第5页，本讲稿共20页第一节热电偶传感器第一节热电偶传感器一、热电偶的工作原理一、热电偶的工作原理 v 热电效应热电效应 将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不同
4、（T0T），则在两导体间产生热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应热电效应。T0TBA热电极热电极热端热端（工作端）（工作端）冷端冷端（参比端）（参比端）热电极热电极第6页，本讲稿共20页有关热电偶回路的几点结论：有关热电偶回路的几点结论：v热电偶必须采用两种不同的材料作为热电热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极。极。v如果热电偶两结点温度相等，则尽管导体如果热电偶两结点温度相等，则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路内的总电动势亦的材料不同，热电偶回路内的总电动势亦为零。为零。v热电偶热电偶AB的热电动势与的热电动势与A、B材料的中间材料的中间温度无关，只与结点温度有关。
5、温度无关，只与结点温度有关。第7页，本讲稿共20页二、常用热电偶二、常用热电偶v1铂铑铂铑10铂热电偶铂热电偶 v2镍铬镍铬镍硅热电偶镍硅热电偶 v3镍铬镍铬考铜热电偶考铜热电偶 v4钨铼钨铼5钨铼钨铼20热电偶热电偶 第一节热电偶传感器第一节热电偶传感器第8页，本讲稿共20页常用热电偶的结构类型1工业用热电偶下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝1234第9页，本讲稿共20页(a)(b)(c)(d)132 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）
6、优点是小型化（直径从12mm到0.25mm）、寿命、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。铠装式热电偶断面结构示意图1金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型第10页，本讲稿共20页1.1.热电偶的选择、安装使用热电偶的选择、安装使用热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，下图是安装在管道上常用的两种方法。在工业
7、生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可热电偶安装图通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。三、热电偶的选择、安装使用和校验第11页，本讲稿共20页2.2.热电偶的定期校验热电偶的定期校验校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。下图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。78564321稳压电源220V1-调压变压器；2-管式电炉；3标准热电偶；4-被校热电偶；5-冰瓶；6-切换开关；7-测试仪表；8-试管第12页，本讲稿共20页第二节第二
8、节 热电阻传感器热电阻传感器一 概述v金属热电阻传感器（简称热电阻传感器）是金属热电阻传感器（简称热电阻传感器）是利用导体的电阻随利用导体的电阻随温度变化的特性温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置。，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置。v主要优点是：主要优点是：测量精度高；测量精度高；有较大的测量范围，尤其在低温有较大的测量范围，尤其在低温方面；方面；易于使用在自动测量和远距离测量中；易于使用在自动测量和远距离测量中；与热电偶相比，与热电偶相比，它没有参比端误差问题。热电阻传感器之所以有较高的测量精度，它没有参比端误差问题。热电阻传感器之所以有较高的测量精度，主要是一些材
9、料的电阻温度特性稳定，复现性好。主要是一些材料的电阻温度特性稳定，复现性好。第13页，本讲稿共20页二、热电阻材料和常用热电阻热电阻材料必须具有以下特点：热电阻材料必须具有以下特点：v高且稳定的温度系数和大的电阻率，以便提高灵高且稳定的温度系数和大的电阻率，以便提高灵敏度和保证测量精度；敏度和保证测量精度；v良好的输出特性，即电阻温度的变化接近于线性关良好的输出特性，即电阻温度的变化接近于线性关系；系；v在使用范围内，其化学、物理性能保持稳定；在使用范围内，其化学、物理性能保持稳定；v良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。第14页，本讲稿共20页第三节
10、第三节 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 一、热敏电阻的工作原理一、热敏电阻的工作原理 半导体热敏电阻（简称热敏电阻）工作原理同金半导体热敏电阻（简称热敏电阻）工作原理同金属热电阻一样，也是利用电阻随温度变化的特性测量温属热电阻一样，也是利用电阻随温度变化的特性测量温度。度。不同的热敏电阻材料，具有不同的电阻温度特不同的热敏电阻材料，具有不同的电阻温度特性，按温度系数的正负，将其分为正温度系数热敏电阻，性，按温度系数的正负，将其分为正温度系数热敏电阻，负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。第15页，本讲稿共20页各热电阻的温度特性曲线如图所示各热电阻的
11、温度特性曲线如图所示 第三节第三节 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 第16页，本讲稿共20页v二、热敏电阻的结构二、热敏电阻的结构 热敏电阻主要由热敏探头热敏电阻主要由热敏探头1 1、引线、引线2 2、壳体、壳体3 3构成。电阻一般做构成。电阻一般做成二端器件，但也有构成三端或四端的。根据不同的要求，可成二端器件，但也有构成三端或四端的。根据不同的要求，可以把热电阻做成不同的形状结构以把热电阻做成不同的形状结构 ，如图，如图第三节第三节 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 第17页，本讲稿共20页第四节集成温度传感器第四节集成温度传感器一、概述 随着半导体技术的发展，各种集成温度传感器件越来越多地应 用于各种温度计量、温度控制领域。按照输出信号的形式，集成温度传感器可分为电流、电压和数字三类。主要特点有：v 灵敏度高v 线性较好v 重复性好v 温度范围较窄v 准确度较低第18页，本讲稿共20页二、集成温度传感器应用举例v AD590v DS18B20第19页，本讲稿共20页作业作业v名词解释名词解释热电效应、热电偶、金属热电阻传感器、热电效应、热电偶、金属热电阻传感器、热敏电阻传感器、集成温度传感器热敏电阻传感器、集成温度传感器第20页，本讲稿共20页