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1、第第12章热电传感器章热电传感器(2)本讲稿第一页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第1212章章 温度传感器温度传感器主要内容：12.2 温度传感器的分类及温标 12.2 热电偶 12.3 热电阻、热敏电阻 12.4 集成温度传感器 本讲稿第二页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 温度是诸多物理现象中具有温度是诸多物理现象中具有温度是诸多物理现象中具有温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量代表性的物理量代表性的物理量代表性的物理量，是现代生活中不可缺少的信息内容，是现代生活中不可缺少的信息内容，是现代生活
2、中不可缺少的信息内容，是现代生活中不可缺少的信息内容，更是更是更是更是科学实验科学实验科学实验科学实验与与与与工业过程控制工业过程控制工业过程控制工业过程控制中检测的重要参数。中检测的重要参数。中检测的重要参数。中检测的重要参数。许多生产过程和日常生活都需要温度参数和温度控制。许多生产过程和日常生活都需要温度参数和温度控制。许多生产过程和日常生活都需要温度参数和温度控制。许多生产过程和日常生活都需要温度参数和温度控制。如电冰箱、空调、电饭煲、如电冰箱、空调、电饭煲、如电冰箱、空调、电饭煲、如电冰箱、空调、电饭煲、微波炉。微波炉。微波炉。微波炉。随着测温技术的发展，测温随着测温技术的发展，测温随
3、着测温技术的发展，测温随着测温技术的发展，测温范围范围范围范围和和和和精度精度精度精度都有很大的提高，都有很大的提高，都有很大的提高，都有很大的提高，新型新型新型新型温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器不断出现，如红外、光纤、微波、核磁共振等都获得广泛应用。不断出现，如红外、光纤、微波、核磁共振等都获得广泛应用。不断出现，如红外、光纤、微波、核磁共振等都获得广泛应用。不断出现，如红外、光纤、微波、核磁共振等都获得广泛应用。测温系统主要由两部分组成：传感器及转换电路。测温系统主要由两部分组成：传感器及转换电路。测温系统主要由两部分组成：传感器及转换电路。测温系统主要由两部分组成：传感器及转换
4、电路。12.1 温度传感器的分类及温标现场现场现场现场 控制室控制室控制室控制室感温元件感温元件转换转换显示显示E E E Et t t tR R R Rt t t tT T本讲稿第三页，共六十页 热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目前实行的是热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目前实行的是热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目前实行的是热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目前实行的是1990199019901990年国际温标年国际温标年国际温标年国际温标(ITS(ITS(ITS(ITS90909090）(ITS(ITS(ITS(ITS90909090）定义）定义）定义）定义
5、:国际开尔文温度（国际开尔文温度（国际开尔文温度（国际开尔文温度（T T T T90909090）：单位，开尔文（符号）：单位，开尔文（符号）：单位，开尔文（符号）：单位，开尔文（符号K K K K）国际摄氏温度（国际摄氏温度（国际摄氏温度（国际摄氏温度（t t t t90909090）：）：）：）：单位，摄氏（符号单位，摄氏（符号单位，摄氏（符号单位，摄氏（符号）两者关系为：两者关系为：两者关系为：两者关系为：t t t t90909090/=T/=T/=T/=T90909090/K/K/K/K 273.15 273.15 273.15 273.15 或表示为或表示为或表示为或表示为 t/=
6、T/Kt/=T/Kt/=T/Kt/=T/K 273.15 273.15 273.15 273.15 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器为定量描述温度的高低，必须建立温度标尺（为定量描述温度的高低，必须建立温度标尺（为定量描述温度的高低，必须建立温度标尺（为定量描述温度的高低，必须建立温度标尺（温标温标温标温标），各种温），各种温），各种温），各种温度计和温度传感器的温度数值均由度计和温度传感器的温度数值均由度计和温度传感器的温度数值均由度计和温度传感器的温度数值均由温标温标温标温标确定。确定。确定。确定。1.1.温度单位温度单
7、位温度单位温度单位本讲稿第四页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 温度传感器按温度传感器按温度传感器按温度传感器按工作原理工作原理工作原理工作原理主要有以下几类：主要有以下几类：主要有以下几类：主要有以下几类：1.1.1.1.热电偶，热电偶，热电偶，热电偶，利用利用利用利用金属的温差电动势金属的温差电动势金属的温差电动势金属的温差电动势测温，特点：耐高温、精度高，可测量测温，特点：耐高温、精度高，可测量测温，特点：耐高温、精度高，可测量测温，特点：耐高温、精度高，可测量上千度上千度上千度上千度；2.2.2.2.热电
8、阻热电阻热电阻热电阻，利用，利用，利用，利用金属金属金属金属导体电阻导体电阻导体电阻导体电阻随温度变化，可测温几百度；随温度变化，可测温几百度；随温度变化，可测温几百度；随温度变化，可测温几百度；3.3.3.3.热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻，利用，利用，利用，利用半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料电阻随温度变化测温，特点：体积小、灵敏度高、电阻随温度变化测温，特点：体积小、灵敏度高、电阻随温度变化测温，特点：体积小、灵敏度高、电阻随温度变化测温，特点：体积小、灵敏度高、使用方便，稳定性差；使用方便，稳定性差；使用方便，稳定性差；使用方便，稳定性差；4.4.4.4.红外温度传感器红外温
9、度传感器红外温度传感器红外温度传感器-利用物体红外辐射能，将光转化为热，再将热转换为电信号，特点是利用物体红外辐射能，将光转化为热，再将热转换为电信号，特点是利用物体红外辐射能，将光转化为热，再将热转换为电信号，特点是利用物体红外辐射能，将光转化为热，再将热转换为电信号，特点是非接触测量，动态误差小，响应时间短。非接触测量，动态误差小，响应时间短。非接触测量，动态误差小，响应时间短。非接触测量，动态误差小，响应时间短。2.2.温度传感器分类方法温度传感器分类方法本讲稿第五页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器测温方法
10、测温原理温度传感器接触式 固体热膨胀体积变化 液体热膨胀 气体热膨胀双金属温度计玻璃管液体温度计气体温度计、压力温度计电阻变化金属电阻温度传感器半导体热敏电阻接触式热电效应贵金属热电偶普通金属热电偶非金属热电偶频率变化石英晶体温度传感器光学特性光纤温度传感器；液晶温度传感器声学特性超声波温度传感器非接触式 亮度法热辐射 全辐射法 比色法 红外法光学高温计全辐射高温计比色高温计红外温度传感器气流变化射流温度传感器 按按按按测温方式测温方式测温方式测温方式分类：分类：分类：分类：本讲稿第六页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度
11、传感器12.212.212.212.2 热电偶热电偶热电偶热电偶热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A自由端自由端参考端参考端冷端冷端测量端测量端工作端工作端热端热端热电极热电极B B热电势热电势AB本讲稿第七页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2 12.2 热电效应热电效应热电效应热电效应 18211821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其年，德国物理学家赛贝
12、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？）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电流在回路中流动，电流显然，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有关。的强弱与两个结点的温差有关。两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度
13、不两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。利用这种效应，等有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。本讲稿第八页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2 12.2 接触电势接触电势接触电势接触电势 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属两种不同的金属互相接
14、触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和和B的的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的扩散到密度小的金属金属B，使，使A失去电子带正电，失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。得到电子带负电，从而产生热电势。自由自由电子电子ABeAB（T T）T T本讲稿第九页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.212.2接触电势接触电势接触电势接触电势e eABAB(T T)导体导体A A、B B结点在温度结点
15、在温度T T时形成的接触电动势；时形成的接触电动势；e e单位电荷，单位电荷，e e=1.610=1.610-19-19C C；k k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，k k=1.3810=1.3810-23-23 J/K J/K；N NA A、N NB B 导体导体A A、B B在温度为在温度为T T时的电子密度。时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。本讲稿第十页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2 12.2 温差电势温差电势温差电势温差电势
16、 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。AeA(T,T0)T0T e eA A(T T,T T0 0)-)-导体导体A A两端温度为两端温
17、度为T T,T T0 0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T T，T T0 0-高低端的绝对温度；高低端的绝对温度；A A-汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A A两端的温度差为两端的温度差为11时所产生的温差时所产生的温差电动势，例如在电动势，例如在00时，铜的时，铜的=2V/=2V/。本讲稿第十一页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2 12.2 回路总电势回路总电势回路总电势回路总电势 由导体材料由导体材料A A、B B组成的闭合回路，其接点温度分别为组成的闭合回路，其接点温度分别为T T、T
18、 T0 0,如果如果T TT T0 0，则必存在着，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)AB本讲稿第十二页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2 12.2 回路总电势回路总电势回路总电势回路总电势 由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。则有电动势可以忽略不计，
19、在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。则有结论：结论：1.若热电偶两电极若热电偶两电极材料相同材料相同（NA=NB、A=B），无论两端点温度如何，总热电势），无论两端点温度如何，总热电势EAB为零；为零；2.如果热电偶两接点如果热电偶两接点温度相同温度相同（T=T0）时，）时，A、B 材料不同，回路总电势材料不同，回路总电势EAB为零；为零；3.因此，热电偶必须用因此，热电偶必须用不同材料不同材料做电极，在做电极，在T、T0 两端必须有两端必须有温差梯度温差梯度，这是热电偶，这是热电偶产生热电势的必要条件。产生热电势的必要条件。本讲稿第十三页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第1
20、2121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.2 12.2.2 12.2.2 12.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律(1)(1)(1)(1)中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体在热电偶回路中接入第三种导体C C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。电动势不变。T0T0BTAC右图回路中的总电动势为：右图回路中的总电动势为：本讲稿第十四页，共六十页 如果回路中三个接点的温度都相同，即如果回路中三个接点的温度都相同，即T TT
21、T0 0，则回路总电动势必为零，即：，则回路总电动势必为零，即：即即则则 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.2 12.2.2 12.2.2 12.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律(1)(1)(1)(1)中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律本讲稿第十五页，共六十页T1CT0T1TBA 如果按右图接入第三种导体如果按右图接入第三种导体C C，则回路，则回路中的总电动势为：中的总电动势为：而而所以所以意义：可用电器测量仪表直接测量热电势意义：可用电器测量仪表直接测量热电势(1)(
22、1)(1)(1)中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律本讲稿第十六页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.2 12.2.2 12.2.2 12.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律(2)(2)(2)(2)标准电极定律标准电极定律标准电极定律标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就
23、可知。T T0 0T TE EABAB (T T,T T0 0)A AB BT T0 0T TE EACAC(T T,T T0 0)A AC CT T0 0T TE EBCBC (T T,T T0 0)B BC C本讲稿第十七页，共六十页两式相减得：两式相减得：若一个热电偶由若一个热电偶由A A、B B、C C三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路总三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：电动势必为零，即：(2)(2)(2)(2)标准电极定律标准电极定律标准电极定律标准电极定律本讲稿第十八页，共六十页或或意义：大大简化了热电偶的选配工作。意义：大大简化
24、了热电偶的选配工作。代入（代入（1 1）式可得：）式可得：(2)(2)(2)(2)标准电极定律标准电极定律标准电极定律标准电极定律本讲稿第十九页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.2 12.2.2 12.2.2 12.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律热电偶基本定律(3)(3)(3)(3)中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律B BB BA A T T T Tn n n n T T T T T T T T0 0 0 0 A AA AB B 热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度
25、分别为T T、T T0 0时的热电动势等于该热电偶在时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为接点温度分别为T T、T Tn n和接点温度分别为和接点温度分别为T Tn n、T T0 0时的相应热电动势时的相应热电动势的代数和。的代数和。本讲稿第二十页，共六十页证明：证明：即：即：(3)(3)(3)(3)中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律本讲稿第二十一页，共六十页当当T Tn n=0=0时，则：时，则：上式说明：只要上式说明：只要A A、B B组成的热电偶在冷端温度为零时的组成的热电偶在冷端温度为零时的“热电动势热电动势温度温度”关系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。关
26、系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。意义：为制定热电偶分度表奠定了基础。意义：为制定热电偶分度表奠定了基础。(3)(3)(3)(3)中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律本讲稿第二十二页，共六十页热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶自由端温度为热电偶自由端温度为0 0 时，热电偶工作端的温度与输出电动时，热电偶工作端的温度与输出电动时，热电偶工作端的温度与输出电动时，热电偶工作端的温度与输出电动势之间的对应关系的表格。势之间的对应关系的表格。势之间的对应关系的表格。势之间的对应关系的表格。本讲稿第
27、二十三页，共六十页温度0102030405060708090热 电 动 势 mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818
28、.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.02432.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12
29、238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.879100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82649.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807镍铬镍铬镍硅热电偶镍硅热电
30、偶(K型型)分度表分度表 （参考端温度为（参考端温度为0）本讲稿第二十四页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类 贵金属贵金属贵金属贵金属热电偶热电偶热电偶热电偶 铂铑铂铑铂铑铂铑 铂铑（铂铑（铂铑（铂铑（60060017001700）铂铑铂铑铂铑铂铑 铂铂铂铂 （0 016001600）普通金属普通金属普通金属普通金属热电偶热电偶热电偶热电偶 镍铬镍铬镍铬镍铬 镍硅（镍硅（镍硅（镍硅（-20
31、0-20012001200）镍铬镍铬镍铬镍铬 镍铜（镍铜（镍铜（镍铜（-40-40750750），铁铁铁铁 康铜（康铜（康铜（康铜（0 0400400）1.1.1.1.热电偶种类热电偶种类热电偶种类热电偶种类 国际电工委员会国际电工委员会IEC (International Electro Technical Commission)推荐种标准化热电偶，已列入工业标准化文件，具有统一的分度表。推荐种标准化热电偶，已列入工业标准化文件，具有统一的分度表。本讲稿第二十五页，共六十页?41.2769.58710.5064.8341000C热电势/mV-501768 C铂铑13铂R270800C镍铬康铜
32、E-2701370 C镍铬镍铬(铝)K-501768 C铂铑10铂S501820 C铂铑30铂铑6B测量温度范围 名称 分度号 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类1.1.1.1.热电偶种类热电偶种类热电偶种类热电偶种类v热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它接热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它接触式温度传感器无法替代的。触式温度传感器无法替代的。本讲稿第二十六页，共
33、六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲；铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲；表面热电偶，用于弧形表面物体测温；表面热电偶，用于弧形表面物体测温；消耗式
34、热电偶，主要用于钢水温度测量。消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。2.2.2.2.热电偶结构热电偶结构热电偶结构热电偶结构本讲稿第二十七页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类普通热电偶：普通热电偶：测量气体、蒸汽、液体等测量气体、蒸汽、液体等本讲稿第二十八页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2
35、.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类薄膜热电偶：薄膜热电偶：用于火箭、飞机喷用于火箭、飞机喷嘴等温度测量嘴等温度测量本讲稿第二十九页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类铠装热电偶：铠装热电偶：内部的热电偶丝与外界空内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、氧化、抗低温水蒸
36、气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。曲、超长等优点。本讲稿第三十页，共六十页原因原因 热电偶热电势的大小是热端温度和冷端热电偶热电势的大小是热端温度和冷端温度温度的函数差，为保证的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度00为依据，否则会为依据，否则会产生误差。
37、产生误差。传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.312.2.312.2.312.2.3冷端处理及补偿冷端处理及补偿冷端处理及补偿冷端处理及补偿本讲稿第三十一页，共六十页1.1.冰点槽法冰点槽法 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T T0 0=0=0。这种办法仅。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。接点分别置于两个玻璃试管
38、里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。本讲稿第三十二页，共六十页2.2.补偿导线法补偿导线法 利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所。根利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所。根据中间温度定律，只要热电偶的两个热电极分别与两补偿导线的据中间温度定律，只要热电偶的两个热电极分别与两补偿导线的接点温度一致，就不会影响热电动势的输出。接点温度一致，就不会影响热电动势的输出。本讲稿第三十三页，共六十页3.3.计算修正法计算修正法 用室温计算出参比端实际温度用室温计算出参比端实际温度T TH H，利用公式计算，利用公式计算EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例例 用
39、铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T T，参比端在室温环境，参比端在室温环境T TH H中，测得热电中，测得热电动势动势E EABAB(T T，T TH H)=1.979mV)=1.979mV，又用室温计测出，又用室温计测出T TH H=21,=21,查此种热电偶的查此种热电偶的分度表可知，分度表可知，E EABAB(21,0)=0.84mV(21,0)=0.84mV，故得，故得E EABAB(T T，0)=0)=E EABAB(T T，21)+21)+E EABAB(21(21，T T0 0)=2.819(mV)=2.819(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.819mV
40、2.819mV对应的热端温度对应的热端温度T T=69=69。本讲稿第三十四页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.412.2.412.2.412.2.4 热电偶应用热电偶应用热电偶应用热电偶应用本讲稿第三十五页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.412.2.412.2.412.2.4 热电偶应用热电偶应用热电偶应用热电偶应用本讲稿第三十六页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感
41、器温度传感器温度传感器温度传感器12.2.412.2.412.2.412.2.4 热电偶应用热电偶应用热电偶应用热电偶应用本讲稿第三十七页，共六十页12.3 12.3 热电阻传感器热电阻传感器热电阻效应热电阻效应-电阻率都随本身温度的变化而变化。电阻率都随本身温度的变化而变化。根据电阻和温度之间的函数关系，将温度变化量转换为相应的电参根据电阻和温度之间的函数关系，将温度变化量转换为相应的电参量，从而实现温度的电测量。利用这一原理制成的温度敏感元件称为热量，从而实现温度的电测量。利用这一原理制成的温度敏感元件称为热电阻。电阻。热电阻材料可分为金属热电阻热电阻材料可分为金属热电阻(热电阻热电阻)和
42、半导体热电阻和半导体热电阻(热敏电热敏电阻阻)。本讲稿第三十八页，共六十页12.3.1 金属热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。相同。取一只取一只 100W/220V 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十
43、欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484484欧姆欧姆 。本讲稿第三十九页，共六十页12.3.1 金属热电阻1.1.热电阻材料的特点热电阻材料的特点(1)(1)高温度系数、高电阻率。在同样条件下可加快反应速度，提高灵敏度，高温度系数、高电阻率。在同样条件下可加快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。减小体积和重量。(2)(2)化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性。准确性。(3)(3)良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性的输出。良好的输出特性。即必须有线性的或者
44、接近线性的输出。(4)(4)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。适宜制作热电阻的材料有适宜制作热电阻的材料有铂铂、铜铜、镍镍、铁铁等。等。本讲稿第四十页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 普通金属热电阻一般用于普通金属热电阻一般用于普通金属热电阻一般用于普通金属热电阻一般用于-200-200+850+850温度测量温度测量温度测量温度测量,少数可测少数可测少数可测少数可测10001000。铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、铂、铜为应用最广
45、的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。12.3.1 12.3.1 12.3.1 12.3.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻R RT T热电阻电路符号热电阻电路符号热电阻电路符号热电阻电路符号本讲稿第
46、四十一页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 按按按按IECIECIECIEC（国际电工委员会国际电工委员会国际电工委员会国际电工委员会 ）标准标准标准标准铂热电阻铂热电阻铂热电阻铂热电阻阻值与温度变化阻值与温度变化阻值与温度变化阻值与温度变化范围之间的关系近似为：范围之间的关系近似为：范围之间的关系近似为：范围之间的关系近似为：12.3.1 12.3.1 12.3.1 12.3.1 铂热电阻铂热电阻铂热电阻铂热电阻-200-200OO +0+0850850 Rt为温度为温度t 时的电阻值，时的电阻值，R R0 0为
47、为0的标称值。的标称值。铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。量精度高。本讲稿第四十二页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.3.1 12.3.1 12.3.1 12.3.1 铂热电阻铂热电阻铂热电阻铂热电阻分度号分度号分别为：分别为：PtPt1010、PtPt100100 目前我国规定工业用铂热目前我国规定
48、工业用铂热电阻有两种电阻有两种公称值公称值：国际温标国际温标ITS90ITS90标准标准中中,A、B、C 常数规定为常数规定为铂电阻的温度特性多为正特性铂电阻的温度特性多为正特性铂电阻的温度特性多为正特性铂电阻的温度特性多为正特性本讲稿第四十三页，共六十页本讲稿第四十四页，共六十页 传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.3.1 12.3.1 12.3.1 12.3.1 铜热电阻铜热电阻铜热电阻铜热电阻其中，其中，其中，其中，A A、B B、C C为常数：为常数：为常数：为常数：A A=4.28899=4.28899 10 1
49、0-3-3/B B=-2.133 =-2.133 10 10-7-7/2 2 C C=1.233 =1.233 10 10-9-9/3 3 -50 150 模型模型模型模型1 1：精确计算时：精确计算时：精确计算时：精确计算时模型模型模型模型2 2：简便计算，常用二项式计算：简便计算，常用二项式计算：简便计算，常用二项式计算：简便计算，常用二项式计算其中，其中，其中，其中，R Rt t、R R0 0 温度为温度为温度为温度为 t t 和和和和 t t0 0时的电阻；时的电阻；时的电阻；时的电阻；温度为温度为温度为温度为 t t0 0 时的温度系数。时的温度系数。时的温度系数。时的温度系数。本讲
50、稿第四十五页，共六十页 我国工业用铜热电阻有两种初始电阻值，我国工业用铜热电阻有两种初始电阻值，R R0 0=50=50欧姆欧姆欧姆欧姆 和和R R0 0=100=100欧姆欧姆欧姆欧姆，分度号分别为，分度号分别为u50和和u100。根据式。根据式2 2可制成铜热电可制成铜热电阻的标准化分度表。阻的标准化分度表。优 点（1）易提纯；（2）物理、化学特性稳定；（3）输出近线性；（4）价格低廉。缺 点（1）电阻率低；（2）体积较大，热惯性较大；（3）温度高于100易氧化。传感与检测技术传感与检测技术第第第第12121212章章章章 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器12.3.1 12.3.1