傳感器及檢測技術(shù)第二版胡向東著第八章 熱電式傳感器

1、下頁下頁返回返回 第第8 8章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。而變化的特性來達到測量目的。 8.1 熱電偶熱電偶 8.2 熱電阻熱電阻 8.3 熱敏電阻熱敏電阻 本章要點本章要點l 溫標溫標 不是溫度標準不是溫度標準(Temperature Standard)(Temperature Standard)，而是溫，而是溫度標尺度標尺(Temperature Scale)(Temperature Scale)的簡稱

2、。的簡稱。 國際上規(guī)定的溫標有很多種，最常用的是華氏溫國際上規(guī)定的溫標有很多種，最常用的是華氏溫標標( (美國美國) )、攝氏溫標、熱力學溫標等。、攝氏溫標、熱力學溫標等。下頁下頁上頁上頁返回返回溫標名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標（ ）1714年， Fahrenheit把標準大氣壓下純水的沸點和冰點這兩個恒定溫度作固定點(212 和32 )，這兩個溫度點之間用水銀溫度計分成180等份，每等份定為1華氏度( )。列氏溫標(oR)1731年Raumur提出：水的冰點被定為列氏0度，而沸點則為列氏80度。因為標準濃度的酒精在水的冰點和沸點之間體積從1000單位膨脹到1080單位。 攝氏溫標 ()1742年Ce

3、lsius提出：最初定義“水的冰點定為一百攝氏度，沸點定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用，即當今用法。當前應用最廣，ITS-90有專門定義。開氏溫標 (K)1854年Kelvin提出：把絕對零度(0K)到水的三相點溫度(273.16K)等分為273.16份，每份就是1開氏度。其分度間隔和攝氏溫標間隔一致，t(1)=T(1K)。蘭氏溫標(oR)Rankine 溫標是美國工程界使用的一種溫標。起點也為絕對零度，水的冰點和沸點分別為491.67和671.67蘭氏度(oR) ，中間分成180等分，每一等分為1oR 。下頁下頁上頁上頁返回返回幾種溫標間的換算關(guān)系

4、攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度=華氏度= 1.8攝氏度+32華氏度= 1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32=開氏度=攝氏度+273.15開氏度= 1.25列氏度+273.15開氏度= 5(華氏度-32)/9 +273.15開氏度= 5蘭氏度/9 下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回8.1 熱電偶熱電偶 把兩種不同導體或半導體連接成閉合回路，如果把兩種不同導體或半導體連接成閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度各為將它們的兩個接

5、點分別置于溫度各為T T和和T T0 0（設(shè)（設(shè)T TT T0 0) )的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱作熱電效應。象稱作熱電效應。由這兩種導體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換由這兩種導體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢的傳感器稱為熱電偶。成熱電勢的傳感器稱為熱電偶。圖圖8-1 8-1 熱電效應示意圖熱電效應示意圖熱電偶作為敏感元件優(yōu)點為：熱電偶作為敏感元件優(yōu)點為： 結(jié)構(gòu)簡單：其主體實際上是由兩種不同性質(zhì)的導結(jié)構(gòu)簡單：其主體實際上是由兩種不同性質(zhì)的導體或半導體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的；體或半導體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的； 具有較高的準

6、確度具有較高的準確度 ； 測量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測到測量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測到-50-50，高溫可以達到高溫可以達到16001600左右，配用特殊材料的熱電極，左右，配用特殊材料的熱電極，最低可測到最低可測到-180-180，最高可達到，最高可達到+2800+2800的溫度；的溫度； 具有良好的敏感度；具有良好的敏感度； 使用方便。使用方便。下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回8.1.1 熱電效應熱電效應 熱電偶產(chǎn)生的熱電勢稱為溫熱電偶產(chǎn)生的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電勢?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱

7、電流，導體流，導體A、B稱為熱電極。測稱為熱電極。測溫時結(jié)點溫時結(jié)點1置于被測的溫度場中，置于被測的溫度場中，稱為測量端稱為測量端(工作端、熱端工作端、熱端)；結(jié)；結(jié)點點2一般一般處在某一恒定溫度，稱處在某一恒定溫度，稱為參考端為參考端(自由端、冷端自由端、冷端)。 熱電效應（塞貝克效應熱電效應（塞貝克效應 Seekbeck 1821Seekbeck 1821） ：下頁下頁上頁上頁返回返回 式中式中 k 波爾茲曼常數(shù)，為波爾茲曼常數(shù)，為1.3810-23 J/K； t 接觸處的絕對溫度；接觸處的絕對溫度； e 電子電荷數(shù)；電子電荷數(shù)； NA、NB 金屬金屬A、 B在溫度為在溫度為T時的自由電子

8、密度。時的自由電子密度。圖8-2 接觸電勢 )()(lntNtNekttEBAABl 接觸電勢接觸電勢( (兩種導體）兩種導體）下頁下頁上頁上頁返回返回 同理可以計算出同理可以計算出A、B兩種金屬構(gòu)成回路在溫度兩種金屬構(gòu)成回路在溫度t0端的端的 接觸電勢為：接觸電勢為： 但但 與與 方向相反，所以回路的總接觸電勢方向相反，所以回路的總接觸電勢 由上式可見，當兩結(jié)點的溫度相同，即由上式可見，當兩結(jié)點的溫度相同，即t=t0 ，回路中，回路中總電勢將為零?？傠妱輰榱?。 )()(ln0000tNtNekttEBAAB )()(ln)()(ln0000tNtNekttNtNekttEtEBABAABA

9、B tEAB 0tEAB 含義含義：同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動：同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。勢。l 溫差電勢溫差電勢（單一導體）（單一導體）機理：機理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。)()(1,00ttNdtNekttEAttA

10、A)()(1,00ttNdtNekttEBttBB下頁下頁上頁上頁返回返回熱電偶回路中產(chǎn)生的熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢總熱電勢 EAB(t, t0)=EAB(t)EB(t,t0)EAB(t0)EA(t,t0) 溫差電勢較小，溫差電勢較小，忽略忽略，故熱電偶的熱電勢可表示為：，故熱電偶的熱電勢可表示為： 00000000,lnlnABABABABABABAABBEt tEtEt tEt tEtEtEtntntktktentent下頁下頁上頁上頁返回返回影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關(guān)影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關(guān)兩熱電極相同時，總電動勢為兩熱電極相同時，總電動勢

11、為0兩接點溫度相同時，總電動勢為兩接點溫度相同時，總電動勢為0對于已選定的熱電偶，當參考端溫度對于已選定的熱電偶，當參考端溫度t0恒定時，恒定時，eAB(t0)=c為常為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即成單值函數(shù)關(guān)系，即 可見：只要測出可見：只要測出E EAB（t,t0）的大小，就能得到被測溫度）的大小，就能得到被測溫度t，這就是利用熱電偶測溫的原理。這就是利用熱電偶測溫的原理。 討論討論00( , )( )( )( )( )ABEt tf tf tf tCt 0000,lnlnAAABBBntntktktEt tentent下頁下頁上頁上頁返回返

12、回熱電偶的分度表 不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實驗的方法來確定，并將不同溫度下測數(shù)關(guān)系，一般通過實驗的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即分得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即分度表。度表。 供查閱使用，每供查閱使用，每1010分檔分檔 。中間值按內(nèi)插法計算。中間值按內(nèi)插法計算。()MLMLHLHLEEttttEE下頁下頁上頁上頁返回返回S型型(鉑銠鉑銠10-鉑鉑)熱電偶分度表熱電偶分度表 8.1.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律 中間導體定律中間導體定律

13、 下頁下頁上頁上頁返回返回 圖圖8-3 具有中間導體的熱電偶電路具有中間導體的熱電偶電路C0AB00( , )( )( )( , )ABABABEt tEtEtEt t 在熱電偶回路中，只要中間導體兩端的溫度相同，那么接在熱電偶回路中，只要中間導體兩端的溫度相同，那么接入中間導體后，對熱電偶回路的總熱電勢無影響?？捎檬阶颖砣胫虚g導體后，對熱電偶回路的總熱電勢無影響?？捎檬阶颖硎緸椋菏緸椋合马撓马撋享撋享摲祷胤祷谽ABC(t t0, t0)=EAB(t t0)EBC(t0)+ECA(t0) =0對于對于(a)：（1 1）當）當t=t0時，回路總電勢為時，回路總電勢為0 0，即：，即：（2 2）當

14、當A和和B兩點溫度分別為兩點溫度分別為t,t0 且且tt0時：時：EABC(t t, t0)=EAB(t t)EBC(t0)+ECA(t0) =0由由 EBC(t0)+ECA(t0) = EAB(t0)EABC(t, t0)=EAB(t) EAB(t0) = EAB(t, t0)故故EABC(t t, t0)=EAB(t)eBC(t1)+eCB(t1) + E EBABA( (t t0 0) )對于對于(b)：回路總電勢為：回路總電勢為：由于由于EBC( (t t1)=-)=-E ECB( (t t1) )EABC(t, t0)=EAB(t) EAB(t0) = EAB(t, t0)故故下頁下

15、頁上頁上頁返回返回例：測量儀表及引線作為第三種導體的熱電偶回路例：測量儀表及引線作為第三種導體的熱電偶回路 利用熱電偶進行測溫，必須在回路中引入連接導線和利用熱電偶進行測溫，必須在回路中引入連接導線和儀表，接入導線和儀表后不會影響回路中的熱電勢。儀表，接入導線和儀表后不會影響回路中的熱電勢。應用應用下頁下頁上頁上頁返回返回中間溫度定律中間溫度定律EAB(t,t0)=EAB(t,tc)+EAB(tc,t0) 在熱電偶測溫回路中，在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，為熱電極上某一點的溫度，熱電偶熱電偶AB在接點溫度為在接點溫度為t、t0時的熱電勢時的熱電勢EAB(t, t0)等于熱等于

16、熱電偶電偶AB在接點溫度在接點溫度t、tc和和tc、t0時的熱電勢時的熱電勢EAB(t, tc)和和EAB(tc, t0)的代數(shù)和，即的代數(shù)和，即 下頁下頁上頁上頁返回返回應用應用l 根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導體根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導體A A和和B B ，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應用為熱電偶回路中應用補償導線補償導線提供了理論依據(jù)。提供了理論依據(jù)。l 該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)。在實際熱該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)。在實際熱電偶測溫回路中電偶測溫回路中, , 利用

17、熱電偶這一性質(zhì)利用熱電偶這一性質(zhì), , 可對參考端溫度可對參考端溫度不為不為00的熱電勢進行修正。的熱電勢進行修正。下頁下頁上頁上頁返回返回標準導體（電極）定律標準導體（電極）定律0C0C0( , )( , )( , )ABABEt tEt tEt t下頁下頁上頁上頁返回返回 通常選用高純鉑絲作標準電極。通常選用高純鉑絲作標準電極。 只要測得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動勢，則只要測得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動勢就可根據(jù)標各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動勢就可根據(jù)標準電極定律計算出來。準電極定律計算出來。 應用應用【例例】熱端為熱端為100，冷

18、端為，冷端為0時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為偶的熱電動勢為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為動勢為4.0mV，則鎳鉻和考銅組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動，則鎳鉻和考銅組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢應為：勢應為： =2.95(4.0)=6.95(mV)0C0C0( , )( , )( , )ABABEt tEt tEt t下頁下頁上頁上頁返回返回均質(zhì)導體定律均質(zhì)導體定律 由兩種均質(zhì)導體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小由兩種均質(zhì)導體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小只與兩材料及兩接點溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、只與兩材料

19、及兩接點溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即熱電偶必須由兩形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。 應用：應用： 有助于檢驗兩個熱電極材料成分是否相同及材料的均有助于檢驗兩個熱電極材料成分是否相同及材料的均勻性。勻性。 下頁下頁上頁上頁返回返回普通型熱電偶結(jié)構(gòu) 接線盒熱電極熱端絕緣管保護管8.1.2 8.1.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類下頁下頁上頁上頁返回返回 優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應快；機械強度高，撓性優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應快；機械強度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復雜的裝置上（好，可

20、安裝在結(jié)構(gòu)復雜的裝置上（1100以下）。以下）。 鎧裝型熱電偶下頁下頁上頁上頁返回返回薄膜熱電偶 特點：熱接點可以做得很小（特點：熱接點可以做得很?。╩），具有熱容量小、），具有熱容量小、反應速度快（反應速度快（s）等特點，適用于微小面積上的表面溫度以）等特點，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量（及快速變化的動態(tài)溫度測量（ 300以下）。以下）。 下頁下頁上頁上頁返回返回l 熱電極材料的選取熱電極材料的選取性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定 溫度測量范圍廣溫度測量范圍廣物理物理-化學性能穩(wěn)定化學性能穩(wěn)定 導電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小導電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小材料的機械強度要高，復制性

21、好、復制工藝簡單，價格便宜。材料的機械強度要高，復制性好、復制工藝簡單，價格便宜。標準化熱電偶有：鉑銠標準化熱電偶有：鉑銠10鉑（鉑（S型）熱電偶、鎳鉻型）熱電偶、鎳鉻鎳硅（鎳硅（K型）熱電偶、鎳鉻型）熱電偶、鎳鉻康銅（康銅（E型）熱電偶等型）熱電偶等。 下頁下頁上頁上頁返回返回v 常用熱電偶常用熱電偶鉑銠鉑銠10鉑熱電偶（鉑熱電偶（S型）型） 這種熱電偶可在這種熱電偶可在1300以下范圍內(nèi)長期使用，短期可測以下范圍內(nèi)長期使用，短期可測1600高溫，復制精度和測量準確性高，但熱電偶的材料為高溫，復制精度和測量準確性高，但熱電偶的材料為貴金屬，成本較高。貴金屬，成本較高。鎳鉻鎳鉻鎳硅熱電偶（鎳硅

22、熱電偶（K型）型） 化學穩(wěn)定性較高，復制性好，產(chǎn)生熱電勢大，線性好，化學穩(wěn)定性較高，復制性好，產(chǎn)生熱電勢大，線性好，價格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。價格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。鎳鉻鎳鉻銅鎳（康銅）熱電偶（銅鎳（康銅）熱電偶（E型）型） 適用于還原性或中性介質(zhì)，熱電偶靈敏度高，價格便適用于還原性或中性介質(zhì)，熱電偶靈敏度高，價格便宜，但測溫范窄而低。宜，但測溫范窄而低。下頁下頁上頁上頁返回返回熱電偶名稱正熱電極負熱電極分度號測溫范圍特點鉑銠30鉑銠6鉑銠30鉑銠6B01700（超高溫）適用于氧化性氣氛中測溫，測溫上限高，穩(wěn)定性好。在冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應用。鉑銠10

23、鉑鉑銠10純鉑S01600（超高溫）適用于氧化性、惰性氣氛中測溫，熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強，精度高，但價格貴、熱電動勢較小。常用作標準熱電偶或用于高溫測量。鎳鉻鎳硅鎳鉻合金鎳硅K2001200（高溫）適用于氧化和中性氣氛中測溫，測溫范圍很寬、熱電動勢與溫度關(guān)系近似線性、熱電動勢大、價格低。穩(wěn)定性不如B、S型熱電偶，但是非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。鎳鉻康銅鎳鉻合金銅鎳合金E200900（中溫）適用于還原性或惰性氣氛中測溫，熱電動勢較其他熱電偶大，穩(wěn)定性好，靈敏度高，價格低。鐵康銅鐵銅鎳合金J200750（中溫）適用于還原性氣氛中測溫，價格低，熱電動勢較大，僅次于E型熱電偶。缺點是鐵極易氧化

24、。銅康銅銅銅鎳合金T200350（低溫）適用于還原性氣氛中測溫，精度高，價格低。在2000可制成標準熱電偶。缺點是銅極易氧化。 標準化熱電偶特性標準化熱電偶特性下頁下頁上頁上頁返回返回 當熱端溫度為當熱端溫度為t時，分度表所對應的熱電勢時，分度表所對應的熱電勢EAB(t, 0)與與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢EAB(t,t0)之間的關(guān)系可根據(jù)之間的關(guān)系可根據(jù)中間中間溫度定律溫度定律得到下式：得到下式： EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0，0) 由此可見，由此可見，EAB(t0，0)是冷端溫度是冷端溫度t0的函數(shù)，因此需要對熱的函數(shù)，因此需要對熱電偶冷端溫度進行

25、處理。電偶冷端溫度進行處理。 8.1.3 8.1.3 熱電偶的冷端溫度補償熱電偶的冷端溫度補償下頁下頁上頁上頁返回返回 (1) 熱電偶補償導線熱電偶補償導線 下頁下頁上頁上頁返回返回補償導線是在一定溫度范圍內(nèi)補償導線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫包括常溫)具有與所匹配的熱具有與所匹配的熱電偶的熱電動勢的標稱值相同的一對帶有絕緣層的導線。用它們連電偶的熱電動勢的標稱值相同的一對帶有絕緣層的導線。用它們連接熱電偶與測量裝置，從而可接熱電偶與測量裝置，從而可將熱電偶的參考端移到離被測介質(zhì)較將熱電偶的參考端移到離被測介質(zhì)較遠且溫度比較穩(wěn)定的場合遠且溫度比較穩(wěn)定的場合，以免參比端溫度受到被測介質(zhì)的熱干擾。

26、，以免參比端溫度受到被測介質(zhì)的熱干擾。AB0A B00AB0( , )( , )( , )EEt tEt tEt t t0變化頻繁變化頻繁t0較為穩(wěn)定較為穩(wěn)定l補償導線類型補償導線類型(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補償原理分為補償型及延伸型兩種；按補償原理分為補償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用按使用溫度可分為一般用(0100)和耐熱用和耐熱用(0150)；(4)按精度可分為普通級與精密級。按精度可分為普通級與精密級。l補償導線作用補償導線作用(1)(1)用用廉價廉價的補償導線作為貴金屬熱電偶的延長導線，以節(jié)約貴金的補償導線作為貴金屬

27、熱電偶的延長導線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；屬熱電偶；(2)(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對象較遠且環(huán)境溫度較恒定的將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對象較遠且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于地方，有利于參考端溫度的修正參考端溫度的修正和測量誤差的減少；和測量誤差的減少；(3)(3)用粗直徑和導電系數(shù)大的補償導線作為熱電偶的延長線，可用粗直徑和導電系數(shù)大的補償導線作為熱電偶的延長線，可減減小熱電偶回路電阻小熱電偶回路電阻，以利于動圈式儀表的正常工作。，以利于動圈式儀表的正常工作。下頁下頁上頁上頁返回返回常用補償導線 熱電偶類型補償導線類型補償導線正極負極鉑銠10鉑銅銅鎳合金銅銅鎳合金（鎳的質(zhì)量分數(shù)為0.6

28、%）鎳鉻鎳硅I型：鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅II型：銅康銅銅康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鐵康銅鐵康銅鐵康銅銅康銅銅康銅銅康銅l補償導線的使用補償導線的使用(1)(1)各種補償導線只能與相應各種補償導線只能與相應型號型號的熱電偶用；的熱電偶用； (2)(2)使用時必須注意極性，切勿將其使用時必須注意極性，切勿將其極性極性接反；接反；(3)(3)熱電偶和補償導線連接點的溫度不能超過規(guī)定的使用熱電偶和補償導線連接點的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度溫度范圍，范圍，規(guī)定為規(guī)定為0 0100100及及 0 0150150兩種。兩種。下頁下頁上頁上頁返回返回 在實驗室及精密測量中，通常把冷端放入在實驗室及精密測量

29、中，通常把冷端放入0恒溫器恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持0。 這是一種理想的補償方法，但工業(yè)中使用不便。這是一種理想的補償方法，但工業(yè)中使用不便。 (2) (2) 冷端冷端00恒溫法恒溫法 下頁下頁上頁上頁返回返回 當冷端溫度當冷端溫度t0不等于不等于0，需要對熱電偶回路的測量電，需要對熱電偶回路的測量電勢值勢值EAB（t，t0）加以修正。當工作端溫度為）加以修正。當工作端溫度為t時，分度表時，分度表可查可查EAB(t,0)與與EAB(t0,0)。 根據(jù)根據(jù)中間溫度定律中間溫度定律得到：得到： EAB(t,0)= EAB(t,t0)+

30、EAB(t0，0) (3) (3) 冷端溫度修正法冷端溫度修正法 下頁下頁上頁上頁返回返回【例】用鎳鉻【例】用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度溫度t0=30，測得熱電勢，測得熱電勢E EABAB( (t t, ,t t0 0) )為為33.29mV, 求加熱求加熱爐溫度。爐溫度。 解：查鎳鉻解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得鎳硅熱電偶分度表得EAB(30,0)=1.203 mV。 可得可得 E EABAB( (t t,0)=,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV 由鎳鉻由鎳鉻-鎳硅熱電偶（鎳硅熱電偶（

31、K）分度表得：）分度表得： 8 .829)820830(095.34502.34095.34493.34820t（）下頁下頁上頁上頁返回返回(4) (4) 冷端溫度自動補償法（電橋補償法）冷端溫度自動補償法（電橋補償法）000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值下頁下頁上頁上頁返回返回 8.1.4 8.1.4 熱電偶測溫線路熱電偶測溫線路l 測量單點的溫度下頁下頁上頁上頁返回返回l 測量兩點間溫度差（反向串聯(lián)）102012( , )( , )( , )TABABABEEt tEt tEt t下頁下頁上頁上頁返回返回l 測量平均溫度特點：當有一只熱電偶燒斷時，特

32、點：當有一只熱電偶燒斷時，難以覺察出來難以覺察出來, 不會中斷整個測不會中斷整個測溫系統(tǒng)的工作。溫系統(tǒng)的工作。12310203012301230( , )( , )( , )33(,3 )(, )33ABABABTABABEEEEt tEt tEt tEEtttttttEt1.1.并聯(lián)并聯(lián)下頁下頁上頁上頁返回返回優(yōu)點：熱電動勢大，儀表的靈敏度大優(yōu)點：熱電動勢大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。在的缺點，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點：只要有一支熱電偶斷路，整個缺點：只要有一支熱電偶斷路，整個測溫系統(tǒng)將停止工作。測溫系統(tǒng)將

33、停止工作。0123102030012301230( , )( , )( , )(,3 )(, )TABABABtABABEEEEEt tEt tEt tEttttEttt t2.2.正向串聯(lián)正向串聯(lián)下頁下頁上頁上頁返回返回8.1.5 熱電偶的應用熱電偶的應用 毫伏定值器給出給定溫度的相應毫伏值，熱電偶的熱電勢毫伏定值器給出給定溫度的相應毫伏值，熱電偶的熱電勢與定值器的偏差經(jīng)放大器送入調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過晶閘管觸發(fā)器推與定值器的偏差經(jīng)放大器送入調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過晶閘管觸發(fā)器推動晶閘管執(zhí)行器來調(diào)整電爐絲的加熱功率，直到偏差被消除，動晶閘管執(zhí)行器來調(diào)整電爐絲的加熱功率，直到偏差被消除，從而實現(xiàn)控制溫度從而實現(xiàn)

34、控制溫度。爐溫測量控制系統(tǒng)爐溫測量控制系統(tǒng)下頁下頁上頁上頁返回返回 熱電阻傳感器是利用導體的電阻熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。的。大多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高大多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，即具有正溫度系數(shù)。而增大，即具有正溫度系數(shù)。 熱電阻廣泛用來測量熱電阻廣泛用來測量-200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至測量至1K，高溫達，高溫達1000。標準鉑電。標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復現(xiàn)國際阻溫度計的精確度高，作為復現(xiàn)國際溫標的標準儀器。溫標的標準儀器。 8.2 8.2 熱電阻

35、傳感器熱電阻傳感器下頁下頁上頁上頁返回返回熱電阻的結(jié)構(gòu) 直徑直徑1 mm的銀的銀絲或鍍銀銅絲絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶云母、石英或陶瓷塑料瓷塑料雙線無感雙線無感繞法繞法外接線路外接線路相連相連電阻絲和電阻絲和電阻支架電阻支架下頁下頁上頁上頁返回返回 1. 1. 常用熱電阻常用熱電阻 對用于制造熱電阻材料的要求：對用于制造熱電阻材料的要求：l 具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率l R-tR-t關(guān)系最好成線性關(guān)系最好成線性l 物理化學性能穩(wěn)定物理化學性能穩(wěn)定l 容易加工、價格盡量便宜等。容易加工、價格盡量便宜等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻

36、。此外目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。此外還有其它一些材料熱電阻。還有其它一些材料熱電阻。 下頁下頁上頁上頁返回返回 (1) (1) 鉑熱電阻（鉑熱電阻（PtPt） 鉑熱電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，鉑熱電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應用。所以在溫度傳感器中得到了廣泛應用。 按按IECIEC標準，鉑熱電阻的使用溫度范圍為標準，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200-200850850。鉑熱電阻的特性方程為：。鉑熱電阻的特性方程為： 在在-200-20000的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi) Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在在0850的

37、溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi) Rt = R0(1+At+Bt2) A=3.9710-13/ B=-5.8510-7/2 C=-4.2210-12/4 下頁下頁上頁上頁返回返回 可見：熱電阻在溫度可見：熱電阻在溫度t時的電阻值與時的電阻值與0時的電阻值時的電阻值R0有關(guān)。有關(guān)。 目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和和R0=100兩種，兩種，它們的分度號分別為它們的分度號分別為Pt10和和Pt100，其中以，其中以Pt100為常用。為常用。 鉑熱電阻鉑熱電阻不同分度號亦有相應分度表，即不同分度號亦有相應分度表，即Rt-t的關(guān)系表，這樣在實際測量的關(guān)系表，這樣在實際測量中，

38、只要測得熱電阻的阻值中，只要測得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對應的溫度，便可從分度表上查出對應的溫度值。值。 鉑電阻的純度通常用鉑電阻的純度通常用W(100)W(100)表示（表示（R R100100與與R R0 0的比值），目的比值），目前鉑電阻的純度最高可達前鉑電阻的純度最高可達5 5個九。個九。下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回 在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，可采用銅在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，可采用銅熱電阻進行測溫，熱電阻進行測溫， 它的測量范圍為它的測量范圍為-50150。 銅熱電阻在測量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線銅熱電阻在測量范圍

39、內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為：性的，可近似地表示為：Rt=R0（1+t） =4.2810-3/ 兩種分度號：兩種分度號：Cu50(R0=50)和和Cu100（R0=100）。）。 (2) (2) 銅熱電阻（銅熱電阻（CuCu）下頁下頁上頁上頁返回返回銅熱電阻的分度表下頁下頁上頁上頁返回返回銅熱電阻的特點：銅熱電阻的特點： 銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價格便宜。銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價格便宜。 缺點：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，缺點：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在穩(wěn)定性較差，在100100以上時容易氧化，因此

40、只能用以上時容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。下頁下頁上頁上頁返回返回 銦電阻：是一種高精度低溫熱電阻。在銦電阻：是一種高精度低溫熱電阻。在4.2-15K4.2-15K測測溫范圍內(nèi)靈敏度極高，缺點是材料很軟，復制性溫范圍內(nèi)靈敏度極高，缺點是材料很軟，復制性很差。很差。 錳電阻：在錳電阻：在63-2K63-2K低溫范圍內(nèi)，靈敏度高，缺點是低溫范圍內(nèi)，靈敏度高，缺點是脆性大，難以拉制成絲。脆性大，難以拉制成絲。 碳電阻：低溫下靈敏度高，熱容量小，對磁場不碳電阻：低溫下靈敏度高，熱容量小，對磁場不敏感，價格便宜，使用方便。缺點是熱穩(wěn)定性較敏感，價格便宜，使用

41、方便。缺點是熱穩(wěn)定性較差。差。 鐵電阻和鎳電阻：這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較鐵電阻和鎳電阻：這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高的高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學穩(wěn)定性差，電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學穩(wěn)定性差，不易提純，復制性差，而且電阻值與溫度的線性不易提純，復制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差關(guān)系差。(3) (3) 其它熱電阻其它熱電阻下頁下頁上頁上頁返回返回幾種純金屬的電阻相對變化率與溫度變化間關(guān)系幾種純金屬的電阻相對變化率與溫度變化間關(guān)系下頁下頁上頁上頁返回返回用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋

42、用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋電路。電路。 熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。引線對測量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。8.2.3 8.2.3 熱電阻的測量電路熱電阻的測量電路下頁下頁上頁上頁返回返回內(nèi)部引線方式內(nèi)部引線方式 電阻體二線制電阻體三線制電阻體四線制下頁下頁上頁上頁返回返回l 兩線制這種引線方式簡單、費用低，但是引線電阻以及引線電阻這種引線方式簡單、費用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會帶來附加誤差。的變化

43、會帶來附加誤差。兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。1322tR RRRr1322tR RRrRn平衡條件：平衡條件：n誤差來源：誤差來源：下頁下頁上頁上頁返回返回l 三線制三線制用于工業(yè)測量，一般精度用于工業(yè)測量，一般精度 132)()(RrRRrRt2213)(RrRRrRRt12RR下頁下頁上頁上頁返回返回l 四線制四線制實驗室場合，高精度測量實驗室場合，高精度測量 下頁下頁上頁上頁返回返回8.2.4 熱電阻的應用熱電阻的應用鉑電阻采用三線制接法。鉑電阻采用三線制接法。A1進行信號放大，經(jīng)進行信號放大，經(jīng)R、C組成的低通濾波組成的低通濾

44、波器濾去無用雜波，再經(jīng)器濾去無用雜波，再經(jīng)A2放大。輸出電壓（放大。輸出電壓（02V）可直接輸入單片）可直接輸入單片機供顯示和控制用（測溫范圍：機供顯示和控制用（測溫范圍：20120）。）。下頁下頁上頁上頁返回返回8.3 8.3 熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻是利用半導體（某些金屬氧化物如熱敏電阻是利用半導體（某些金屬氧化物如NiO,MnO2, CuO,TiO2)的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，其特點是電阻率隨溫度而顯著變化。一般測溫范敏元件，其特點是電阻率隨溫度而顯著變化。一般測溫范圍：圍：50 300符號：符號：下頁下頁上頁上頁返回返回8.3.1 8.3.1 熱敏電阻的特性