常用溫度傳感器原理講義匯總

1、常用溫度傳感器原理概述:1.定義:傳感器是一種轉(zhuǎn)換裝置，其作用是借助檢測(cè)元件把被測(cè)對(duì)象的力、位移、 速度、加速度、溫度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換為可以檢測(cè)、傳輸、處理的信號(hào)（如電 壓信號(hào)、電流信號(hào)等）。又稱變換器或檢測(cè)器，在聲學(xué)里也稱換能器，測(cè)量振 動(dòng)的傳感器又稱拾振器。2.分類:電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器加速度傳感器（輸出電量與加速度成1E比）速度傳感器（輸出電與速度成正比）傳感器V壓電武位移傳感器（輸出電量與 位移成正比）接觸式電阻式應(yīng)變式（電容式 怦式k跨流式按輸入量性質(zhì)的不同可分為加速度、速度、位移、溫度、壓力傳感器等。 按變換原理的不同可分為電阻式、 等。電荷輸出型咆壓輸出型（內(nèi)置放

2、大電路）應(yīng)變式r動(dòng)圈式接觸式 動(dòng)磁式I壓電式（內(nèi)S積分放大電路）非接觸式（變間隙武）溫度傳感滯I壓力位感器按測(cè)量參數(shù)分類r變阻式傳感讎（用于測(cè)量直線位移、角位移等）電賦式彳君阻應(yīng)變成傳感器（用于測(cè)量&移，力，壓力、扭矩、加速度尊）【固態(tài)壓阻式傳感器（用于測(cè)量壓力、加速度等）；自感式電感式町變磁阻式（用干測(cè)量較大位移等）互感式（川于測(cè)*直線位移、壓力、廣流式（用丁測(cè)ft位移、轉(zhuǎn)速、零件計(jì)轂等）重量等）扱距變化型（用于測(cè)量位移、謹(jǐn)度，電容或V面積愛化型用T測(cè)大直線位移、（用于測(cè)量液位等）I介質(zhì)變化型傳感器壓電式加速度等）電荷輸出型（內(nèi)置放大電路）電圧輸出型壓電式速度型傳感器（內(nèi)置積分r放大電路）壓

3、電武加速度傳感器磁電式動(dòng)圈或（用干測(cè)gfe動(dòng)連度、位移.加速度等） 磁阻式（用于測(cè)a轉(zhuǎn)速等光電式（用于測(cè)量轉(zhuǎn)速等）（用于測(cè)溫度等） （用于測(cè)量溫度等）按工作原理分類溫度傳感器:溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中 需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)，也是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的一個(gè)重要物 理量。通常把長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量等基準(zhǔn)物理量稱作“外延量”，它們可以疊 加，例如把長(zhǎng)度相同的兩個(gè)物體連接起來，其總長(zhǎng)度為原來的單個(gè)物體長(zhǎng)度的 兩倍。溫度是一種“內(nèi)涵量”，疊加原理不再適用，例如把兩瓶90C的水倒在一起，其溫度絕不可能增加，更不可能成為18 0C。從熱平衡的觀點(diǎn)看，溫度是物體內(nèi)

4、部分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志，溫度高的物體，其內(nèi)部分 子平均動(dòng)能大；溫度低的物體，其內(nèi)部分子的平均動(dòng)能小。熱力學(xué)的第零定律 指出：具有相同溫度的兩個(gè)物體，它們必然處于熱平衡狀態(tài)；當(dāng)兩個(gè)物體分別 與第三個(gè)物體處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，這兩個(gè)物體也處于熱平衡狀態(tài)，即這三個(gè)物 體處于同一溫度。因此，如果我們能用可復(fù)現(xiàn)的手段建立一系列基準(zhǔn)溫度值， 就可將其他待測(cè)物體的溫度和這些基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，從而得到待測(cè)物體的溫 度。溫標(biāo)與標(biāo)定:1、a）溫標(biāo):現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然建立了溫度和分子動(dòng)能之間的函數(shù)關(guān)系，但由于目前還 難以直接測(cè)量物體內(nèi)部的分子動(dòng)能，因而只能利用一些物質(zhì)的某些物性（諸如 尺寸、密度、硬度、彈性模量

5、、輻射強(qiáng)度等）隨溫度變化的規(guī)律，通過這些量 來對(duì)溫度進(jìn)行間接測(cè)量。為了保證溫度量值的準(zhǔn)確并利于傳遞，需要建立一個(gè) 衡量溫度的統(tǒng)一尺度，即溫標(biāo)。隨著溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)也經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展，不斷修改和完善 的漸進(jìn)過程。從早期建立的一些經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，發(fā)展為后來的理想熱力學(xué)溫標(biāo)和絕 對(duì)氣體溫標(biāo)，到現(xiàn)今使用的具有較高精度的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，其間經(jīng)歷了幾百年 時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)根據(jù)某些物質(zhì)的體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的 溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。* 華氏溫標(biāo)：00 度按水F”。按照F。17 14年德國(guó)人法勒海特（Fahrenheit ）以水銀為測(cè)溫介 質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合

6、物的溫度為溫度計(jì)的零攝 氏度，人體溫度為溫度計(jì)的100 度，把水銀溫度計(jì)從0 度到1 銀的體積膨脹距離分成100份，每一份為1 華氏度，記作“1 華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為3 2 F,沸點(diǎn)為212* 攝氏溫標(biāo)：sius ）提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，0度。根據(jù)水這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)來對(duì)玻 0等份，每一份稱為1攝氏度，記作把水的1 7 4 0年瑞典人攝氏（Ce 冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為10 璃水銀溫度計(jì)進(jìn)行分度，平均分成101 C。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為T = (9 / 5 )* t+32 *式中，T為華氏溫度值；t為攝氏溫度值。除華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)外，還有一些類似經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，如列氏溫標(biāo)、蘭氏溫 標(biāo)等，這

7、里不再一一列舉。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均依賴于其規(guī)定的測(cè)量物質(zhì)，測(cè)溫范圍也不能超過其上、下限（如攝氏溫標(biāo)為0C、10 0C），超過了這個(gè)溫區(qū)，攝氏溫標(biāo)將不能進(jìn)行溫度標(biāo)定。總之，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)具有很大的局限性，很快就不能適應(yīng)工業(yè)和科技等領(lǐng) 域的測(cè)溫需要。熱力學(xué)溫標(biāo)1 8 4 8年由開爾文（Kelv in）提出的以卡諾循環(huán)（Carnot cycle ）為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫 標(biāo)，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫 標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度絕對(duì)零度（在實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到的理論溫度，低于OK 的溫度不可能存在）與水的三相點(diǎn)溫度分成2 7 3.16

8、份，每份為lK（Kelvi n）。熱力學(xué)溫度的單位為“ K”。b） 標(biāo)定：對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng) 的方法建立起一系列國(guó)際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)（恒溫）作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定 溫度計(jì)（或傳感器）依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值 （或傳感器的輸出），并利用國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)（傳感器）的 分度進(jìn)行對(duì)比記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定。標(biāo)定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫 度計(jì)使用。另一種更為一般和常用的標(biāo)定方法是把被標(biāo)定溫度計(jì)（傳感器）與已被標(biāo) 定好的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)（傳感器），緊靠在一起，共同置于可調(diào)節(jié)的恒 溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選擇的若

9、干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲 得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫、降溫，重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)定，即可把 記錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，完成對(duì)被標(biāo)定溫度計(jì)的標(biāo)定。 各國(guó)都根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)，并定期和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比，以保 證其精度和可靠性。我國(guó)的國(guó)家溫度標(biāo)準(zhǔn)保存在中國(guó)計(jì)量科學(xué)院。各省（直轄 市、自治區(qū)）市縣計(jì)量部門的溫度標(biāo)準(zhǔn)定期進(jìn)行下級(jí)與上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比（修 正）、標(biāo)定，據(jù)此進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，從而保證溫度標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確與統(tǒng)一。 2 、 測(cè)量方法分類及其特點(diǎn)：根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通常可分為接觸式和非接觸式 兩大類。接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件直接與被測(cè)對(duì)象

10、相接觸，兩者進(jìn)行充分 的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時(shí)感溫元件的溫度與被測(cè)對(duì)象的溫度必然相 等，溫度計(jì)的示值就是被測(cè)對(duì)象的溫度。接觸式測(cè)溫的測(cè)溫精度相對(duì)較高，直 觀可靠，測(cè)溫儀表價(jià)格較低，但由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，會(huì)影響被 測(cè)介質(zhì)的熱平衡狀態(tài)，而接觸不良又會(huì)增加測(cè)溫誤差；若被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性 或溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫元件的性能和壽命。根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸 式測(cè)溫可分為膨脹式、熱阻式、熱電式等多種形式。非接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是通過接 受被測(cè)物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。因此，非接觸 式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小，測(cè)

11、溫上限可設(shè)計(jì)得很高， 便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。兩類測(cè)溫方法的主要特點(diǎn) 如下表：方式樓觸式非接觸式測(cè)敏條件橫溫尤件要與被測(cè)對(duì)隊(duì)良好接觸； 感溫兀件的加入兒乎不改變對(duì)線的 溫度：披測(cè)溫度不超過感溫兀件能承 養(yǎng)的上限溫度:被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元 件產(chǎn)主腐蝕需淮確知道被測(cè)對(duì)彖表而發(fā)肘率； 被測(cè)對(duì)象的輻射能允分戀姑到檢測(cè)兀 件上測(cè)3范闌特別適合1 200 C XF熱容犬.無 腐蝕性對(duì)彖的連續(xù)在線測(cè)溫對(duì)鬲于 1 30()上的溫度測(cè)呈較困堆原理上測(cè)范田可以尿趙低需到極 鬲濫，( E TOO TC以下.測(cè)就溟差人，能 測(cè)運(yùn)動(dòng)物體和熱容小的物體溫度1業(yè)出去通常為1,0.0. 5.0.2及0.丨

12、級(jí).實(shí)驗(yàn)室用農(nóng)可達(dá)(J.1)1級(jí)通常為】.lKt.5、Z5級(jí)響應(yīng)速度慢，通常為兒r秒到兒分快.通常為2-3s方式接觸式并接觸式具他 特點(diǎn)幣個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)幻;構(gòu)簡(jiǎn)卑，休積小 可靠維護(hù)方便t價(jià)格低廉昇文表讀數(shù) 育搖反映被測(cè)物體實(shí)際溫度；可方扯 地組成多略柴屮測(cè)過與控制系統(tǒng)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，f術(shù)積人，調(diào) 燃麻煩，價(jià)格昂貴；儀:/i讀數(shù)通常U反 映被測(cè)物休表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn) 換)；不易組.成測(cè)溫、控溫一體化的溫 度控制滅置各類溫度檢測(cè)方法構(gòu)成的測(cè)溫儀表的大體測(cè)溫范圍如表:測(cè)溫方式類別原理典里儀表測(cè)溫范1制接融式測(cè)溫利用粥H本氣休的熱蔽脹及物質(zhì) 的蘆氣壓變化玻璃液休溫度訃-W0-600壓力式溫度計(jì)一

13、1 00500利用兩種金屬的熱膨脹爵取血屈溫愷計(jì)別mo熱電類利用熱電效應(yīng)熱電偶-200- 1 WO屯阻類周體材料的電陰隨編度而變化鉗熱電阻2別E50銅熱屯阻50 150熱嫌電31 507300其他電學(xué)類半體器件的溫麼效應(yīng)崇成溫度怙感器-50-150肘休的崗有頻率隨溫度血變化石英品體溫復(fù)訃-53-120光纖婁厠用光纖的溫度特性或作対傳 光介質(zhì)光纖溫度傳惑器5Qz4fl0非接觸 式測(cè)溫光纖輻射溫度計(jì)200-4 000福射光利用普朗克疋律光電高溫訃SOO ：！ 200輻射傳感器400 -2 000比色溫度汁500-3 200熱阻式測(cè)溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻 值的變化轉(zhuǎn)

14、換為電信號(hào)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。用于制造熱電阻的材料，電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要 小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性。另外，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定， 復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時(shí)價(jià)格盡可能便宜。熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)靈敏度高，易于連續(xù)測(cè)量，可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶 相比），無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高，互換性好，精度高，可以用作 基準(zhǔn)儀表。熱電阻主要缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象（會(huì)影響測(cè)量精 度），測(cè)量溫度不能太高。常用熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。a）鉑電阻測(cè)溫：鉑電阻的電阻率較大，電阻一溫度關(guān)系呈非線性，但測(cè)溫范圍廣，精度 高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)

15、中，甚至高溫下，其物理、化學(xué) 性質(zhì)都很穩(wěn)定。國(guó)際ITS 90規(guī)定，在 259.35961.78C溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度儀器。鉑的純度用百度電阻比 W10 0表示。它是鉑電阻在100 r時(shí)電阻值R100 與0 C時(shí)電阻值R0之比，即W100 = R100/R0。W100越大，其純度越高。 目前技術(shù)已達(dá)到W10 0 = 1.3 9 3 0，其相應(yīng)的鉑純度為9 9.9 9 9 5 %。國(guó)際ITS 9 0規(guī)定，作為標(biāo)準(zhǔn)儀器的鉑電阻 W10 0應(yīng)大于1 .39 2 5。一般工業(yè)用鉑電阻的 W10 0應(yīng)大于1 .3 8 5 0。tio 0更為r以上的測(cè)溫。c以上高溫（真空鉑電阻與溫度目前工

16、業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為P t10 0和Pt10，其中P 常用；而Pt10是用較粗的鉑絲制作的，主要用于600 鉑電阻測(cè)溫范圍通常最大為一200850C。在550 和還原氣氛將導(dǎo)致電阻值迅速漂移）只適合在氧化氣氛中使用。 的關(guān)系為當(dāng)一 2 0 0 Cv t V0 C時(shí)：R I + Af+ Bt 十 Ct (f- WO)當(dāng) OCw t W 8 5 0 C時(shí)：R5 = R 1 +Bty式中，R0為溫度為零時(shí)鉑熱電阻的電阻值（P t10 Q）;為溫度為t時(shí)鉑熱電阻的電阻值；C為系數(shù)，A= 3.90802X10 3X10-7C-2;C=4.273500為10 0 Q ,Pt10為10R(t)A、B、5.80

17、194。c- 1;B=XlO-12 C熱電阻的結(jié)構(gòu):工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu)如圖:1 電限絲:2保護(hù)管：安裝周定件：4接線盒熱電阻主要由感溫元件、內(nèi)引線、保護(hù)管三部分組成。通常還具有與外部 測(cè)量及控制裝置、機(jī)械裝置連接的部件。它的外形與熱電偶相似，使用時(shí)要注 意避免用錯(cuò)。熱電阻感溫元件是用來感受溫度變化的電阻器，它是熱電阻的核心部分， 由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲的材料應(yīng)具備如下條件：電阻溫度系數(shù)大，線性好，性能穩(wěn)定；使用溫度范圍廣，加工方便；固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強(qiáng)。能夠滿足上述要求的絲材，最好是純鉑絲。我國(guó)純鉑絲品種及應(yīng)用范圍如 下表胡種代號(hào)電阻比適用范鬧丨號(hào)粕鮒.EIt.333

18、 50制標(biāo)準(zhǔn)粕電陽(yáng)溫度U2號(hào)榊般P21.385 0 + 0.000 4制造A級(jí)允芹匚業(yè)和熱電阻3號(hào)鉗盔P31.385 00.001 0制造B級(jí)允差匸業(yè)鈿熱電阻4號(hào)鉗絞P41.3H2 0-1,332 5標(biāo)準(zhǔn)鉗電阻溫世計(jì)用引線婭其他5號(hào)ttl鯉01業(yè)鉗熱電阻用引線及：他絕緣骨架是用來纏繞、支承或固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量將直接影響 電阻的性能。因此，作為骨架材料應(yīng)滿足如下要求：在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；熱膨脹系數(shù)要與熱電阻相近；物理及化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污染熱電阻絲；足夠的機(jī)械強(qiáng)度及良好的加工性能；比熱容小，熱導(dǎo)率大。目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成多

19、 種熱電阻感溫元件。采用云母骨架的感溫元件特點(diǎn)是：抗機(jī)械振動(dòng)性能強(qiáng)，響 應(yīng)快。很久以來多用云母做骨架。但是，由于云母是天然物質(zhì)，其質(zhì)量不穩(wěn)定，即使是優(yōu)質(zhì)云母，在6 0 0C以上也要放出結(jié)晶水并產(chǎn)生變形。所以，采用云母骨架的感溫元件使用溫度宜在500C以下。因其電阻絲并非完全固定，故受熱后引起電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，但體積較大，不適宜在狹小場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)量，并且響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。采用玻璃骨架的感溫元件特點(diǎn)是：體積小，響應(yīng)快，抗振性強(qiáng)。因鉑絲已 固定在玻璃骨架上，故在使用中不產(chǎn)生變形，因此，必須選取與電阻絲具有相 同膨脹系數(shù)的玻璃作骨架，否則，當(dāng)溫度變化時(shí)引起膨脹或收縮，就會(huì)改變熱 電阻的性能。感溫

20、元件較通用的尺寸是外徑為14mm，長(zhǎng)度為1040 mm。這種玻璃骨架的軟化點(diǎn)約為4 5 0 C,最高安全使用溫度為4 0 0 C, 而且，低溫到4K仍然可用。采用陶瓷骨架的感溫元件特點(diǎn)是：體積小，響應(yīng)快，絕緣性能好。使用溫 度上限可達(dá)9 6 0C。陶瓷骨架的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，不易加工。熱電阻的引線形式：內(nèi)引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測(cè) 量及控制裝置相連接。內(nèi)引線通常位于保護(hù)管內(nèi)。因保護(hù)管內(nèi)溫度梯度大，作 為內(nèi)引線要選用純度高且不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的材料。對(duì)于工業(yè)鉑熱電阻而言，中 低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既可降低成本，又能提高感溫元件的 引線強(qiáng)度。對(duì)于銅和鎳

21、熱電阻的內(nèi)引線，一般都用銅、鎳絲。為了減少引線電 阻的影響，內(nèi)引線直徑通常比熱電阻絲的直徑大很多。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖BABB兩線制：在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制熱電阻。這種 兩線制熱電阻配線簡(jiǎn)單，安裝費(fèi)用低，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此， 不適用于高精度測(cè)溫場(chǎng)合使用。并且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過長(zhǎng)。采用兩 線制的測(cè)溫電橋如下圖，（a）為接線示意圖，（b）為等效原理圖。從圖中可以看出熱電阻兩引 線電阻Rw和熱電阻Rt 起構(gòu)成電橋測(cè)量臂，這樣引線電阻 Rw因沿線環(huán)境溫 度改變引起的阻值變化量2 Rw和因被測(cè)溫度變化引起熱電阻Rt的增量值

22、Rt 一起成為有效信號(hào)被轉(zhuǎn)換成測(cè)量信號(hào)，從而影響溫度測(cè)量精度。三線制：在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線 形式稱為三線制熱電阻。用它構(gòu)成如下圖所示測(cè)量電橋，可以消除內(nèi)引線電阻 的影響，測(cè)量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測(cè)中應(yīng)用最廣。而且，在 測(cè)溫范圍窄或?qū)Ь€長(zhǎng)，導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化的場(chǎng)合必須考慮采用三線制熱電阻。g）示意圖四線制：在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線，此種引線形式稱為四線制熱電 阻。在高精度測(cè)量時(shí)，要采用如下圖所示四線制測(cè)溫電橋。此種引線方式不僅 可以消除內(nèi)引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，可消除該電阻的影 響，還可以通過CPU 定時(shí)控

23、制繼電器的一對(duì)觸點(diǎn)C 和D的通斷，改變測(cè)量 熱電阻中的電流方向，消除測(cè)量過程中的寄生電勢(shì)影響。另外，為保護(hù)感溫元件、內(nèi)引線免受環(huán)境的有害影響，熱電阻外面往往裝 有可拆卸式或不可拆卸式的保護(hù)管。保護(hù)管的材質(zhì)有金屬、非金屬等多種材 料，可根據(jù)具體使用特點(diǎn)選用合適的保護(hù)管。b）銅電阻和熱名電阻測(cè)溫：銅電阻:C。其電阻值與溫度銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，價(jià)格低廉；但 因其電阻率較低（僅為鉑的1/2左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在2 5 0C以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號(hào)分別為Cu5 0和Cu10 0） 般工作溫度范圍為40120 的關(guān)系為：當(dāng)一50Ct丁

24、0 ;則熱電偶回路總電勢(shì)為：耳B () = E扎R (7)-氐(G E (T, G + E (U GAB由于溫差電勢(shì)Ea （T，To）和Eb （T，To）均比接觸電勢(shì)小很多，通 常均可忽略不計(jì)。又因?yàn)門To，故總電勢(shì)的方向取決于接觸電勢(shì) E（T）的方向，并且Eab （To）總與Eab （T）的方向相反；這樣，可簡(jiǎn)化 為：T、即t由此可見，當(dāng)熱電偶兩熱電極材料確定后，其總電勢(shì)僅與其兩端點(diǎn)溫度 T。有關(guān)。為統(tǒng)一和實(shí)施方便，世界各國(guó)均采用在參比端保持為零攝氏度, 0=0 C條件下，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同 熱端溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，制成測(cè)量端溫度（通常用國(guó)際攝氏溫度單位）

25、和熱電偶電勢(shì)對(duì)應(yīng)關(guān)系表，即分度表；也可據(jù)此計(jì)算得兩者的函數(shù)表達(dá)式。為了得到實(shí)用性好，性能優(yōu)良的熱電偶，其熱電極材料需具有以下性能：優(yōu)良的熱電特性 熱電勢(shì)及熱電勢(shì)率（靈敏度）要大，熱電關(guān)系接近單值線性 或近似線性，熱電性能穩(wěn)定；高電導(dǎo)率，小比熱，耐高溫，低溫下不易脆斷，高、低溫下如抗氧化、抗還原性和耐其他腐蝕性介質(zhì)等； 易于提純和機(jī)械加工、工藝性好，易于大批量生產(chǎn)和復(fù)制;良好的物理性能 不發(fā)生再結(jié)晶等； 優(yōu)良的化學(xué)性能 優(yōu)良的機(jī)械性能 足夠的機(jī)械強(qiáng)度和長(zhǎng)的使用壽命； 制造成本低，價(jià)值比較便宜。熱電偶的分類及特性近一個(gè)世紀(jì)來，各國(guó)先后生產(chǎn)的熱電偶的種類有幾百種，應(yīng)用較廣的有幾 十種，而國(guó)際電工委員

26、會(huì)（IEC ）推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種（目前我 國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一）。其中分度號(hào)為S、R、E的三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，屬貴金屬熱電偶。分度號(hào)分別為K、N、T、E、J的 五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鉆等金屬的合金制成，屬賤 金屬熱電偶。這八種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電極材料、最大測(cè)溫范圍、適用氣氛等見 下表：名稱分度號(hào)測(cè)吐范適用y氛穩(wěn)淀件B2(W 1 tiOO0、N 丨50匸覆R40】6D0O.N tO =當(dāng)熱電偶的測(cè)量端和參比端溫度分別為OC，貝9熱電動(dòng)勢(shì)E行（t，t）耳B (人G)+耳B( 石)可變成耳B （匕 “ + ；b （t ,0）t、t 1、t、 tt O

27、時(shí)的熱t(yī) O時(shí)的1時(shí)的熱電式中，E AB( t， t O)為測(cè)量端和參比端溫度分別為 電勢(shì)；E AB( t 1， t O)為測(cè)量端和參比端溫度分別為熱電勢(shì)；E AB( t， t 1)為測(cè)量端和參比端溫度分別為 勢(shì)。t的數(shù)值。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量溫度時(shí)，智能化儀器增加一路測(cè)量參比端(由于其置于現(xiàn) 場(chǎng)正常環(huán)境中，溫度變動(dòng)范圍不大，因此，測(cè)量參比端的感溫元件可采用價(jià)格 十分低廉的銅電阻或半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD59 O或DS182O等)溫 度t 1的電路。E AB( t，t 1)是由智能化儀器通過測(cè)量端和參比端輸入 回路直接測(cè)得，E AB( t 1 ,O)則由智能化儀器根據(jù)另一路測(cè)得的參比端 環(huán)境溫度

28、t 1,通過查找存入儀器程序存儲(chǔ)器中的對(duì)應(yīng)熱電偶分度表得到，兩 者相加求得EAB(t,O);再由EAB(t,O)儀器程序存儲(chǔ)器中的對(duì) 應(yīng)熱電偶分度表得到熱電偶測(cè)量端的真實(shí)溫度以上這種方法對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶均適用，具有成本十分低 廉，補(bǔ)償精度高的特點(diǎn)，因此目前已被各種智能化(熱電偶)測(cè)溫控溫儀器廣 泛米用?！纠?.11 用K型熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，測(cè)得參比端溫度 t 1=3 8C； 測(cè)得測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì) E (t,38)=29.9OmV，試求實(shí) 際爐溫?！窘狻坑蒏型分度表查得E (38,O)=1.53mV，由公式可得到：BCf.O) =+ E(r ,ffi = 29.90 + 1.

29、53) mV = 31.43 mV再查K型分度表，由3 1.43mV 查得實(shí)際爐溫7 5 5 C。上述例子中，若參比端不作修正，則按所測(cè)測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)E (t,38)=29.9OmV 查K型分度表得對(duì)應(yīng)的爐溫為7 18 C, 與實(shí)際爐溫7 5 5 C相差3 7 C,由此產(chǎn)生的相對(duì)誤差約為5 %。由此可見,差。如果不考慮參比端溫度修正和補(bǔ)償，有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）測(cè)量誤新型溫度傳感器及其測(cè)溫技術(shù):a）石英溫度傳感器: b） 一線制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 :DS18B20的封裝與外部引腳(a) QS1SB2UJfb) raiKBJOHPIN ASSttiNMEHTHOTTO

30、MVIEWDS18B20是美國(guó)DALLAS 公司新推出的熱電式半導(dǎo)體數(shù)字集成 溫度傳感器。它也是利用半導(dǎo)體PN 結(jié)在其正常工作溫度范圍內(nèi)結(jié)電壓隨溫度 上升而下降的原理精心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。DS18B20有多種封裝形式，其中一 種外形與小功率晶體管9 0 12非常相像，體積與一顆綠豆差不多大小。幾種 形式的封裝與引腳定義如圖。DS IS 33070-92 PACKAGE(c) PSMRIOTOfWDS18B20內(nèi)部功能電路模塊DQDDDS18B20的主要功能和特點(diǎn)S18B20對(duì)外有效引腳僅3條, 特點(diǎn)如下：即電源、地和信號(hào)線。其主要功能和(1) 采用獨(dú)特的“一線制”通信方式，信號(hào)符合TTL電平，無須任

31、何外圍 器件，可直接和各種單片機(jī)或微處理器的I/O引腳相連，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提 供了極大的方便；(2) 溫度測(cè)量范圍為55125 C,在10+85 C溫度范圍 內(nèi)，測(cè)量精度可達(dá)到 0.5 C；(3) 可編程的溫度轉(zhuǎn)換分辨率，可根據(jù)應(yīng)用需要在9bit12bit之 間選取；(4) 在12blt溫度轉(zhuǎn)換分辨率下，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為7 5 0 ms;(5) 用戶可編程自設(shè)置報(bào)警溫度存入片內(nèi)非易失性存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)溫度上、 下限自動(dòng)報(bào)警功能；DS18B20的讀、寫操作以及溫度轉(zhuǎn) 也可由外部電源提供； 在等待狀態(tài)下功耗近似為零。(6) 電源供電范圍3.35V, 換期間所需的電能可通過數(shù)據(jù)線提供，(7) DS1

32、8B20采用節(jié)能設(shè)計(jì)，DS18B20的應(yīng)用誤差:1、誤差的含義:測(cè)量是一個(gè)變換、放大、比較、顯示、讀數(shù)等環(huán)節(jié)的綜合過程。由于檢測(cè) 系統(tǒng)(儀表)不可能絕對(duì)精確，測(cè)量原理的局限、測(cè)量方法的不盡完善、環(huán)境 因素和外界干擾的存在以及測(cè)量過程可能會(huì)影響被測(cè)對(duì)象的原有狀態(tài)等，也使 得測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映被測(cè)量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差就是測(cè) 冷口辛JI量2、檢測(cè)儀器的精度等級(jí)與容許誤差：精度等級(jí):工業(yè)檢測(cè)儀器(系統(tǒng))常以最大引用誤差作為判斷精度等級(jí)的尺度。人為 規(guī)定：取最大引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為檢測(cè)儀器(系統(tǒng))精度等級(jí)的標(biāo)志， 也即用最大引用誤差去掉正負(fù)號(hào)和百分號(hào)后的數(shù)字來表示精度等級(jí)，精度等級(jí)

33、 用符號(hào)G表示。為統(tǒng)一和方便使用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB776 76測(cè)量指示儀表通用技術(shù) 條件規(guī)定，測(cè)量指示儀表的精度等級(jí) G分為0.1、0.2、0.5、 1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)等級(jí)，這也是工業(yè)檢測(cè)儀器（系統(tǒng)）常 用的精度等級(jí)。檢測(cè)儀器（系統(tǒng)）的精度等級(jí)由生產(chǎn)廠商根據(jù)其最大引用誤差 的大小并以選大不選小的原則就近套用上述精度等級(jí)得到。例如，量程為01 0 0 0 V的數(shù)字電壓表，如果其整個(gè)量程中最大絕對(duì) 誤差為1. 05V，則有* 管 J X 100 %1X 100% = Q 105%1 000由于0. 10 5不是標(biāo)準(zhǔn)化精度等級(jí)值，因此需要就近套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等 級(jí)值。0 .105位于0.1

34、 級(jí)和0.2級(jí)之間，盡管該值與0.1更為接 近，但按選大不選小的原則該數(shù)字電壓表的精度等級(jí) G應(yīng)為0.2級(jí)。因此, 任何符合計(jì)量規(guī)范的檢測(cè)儀器（系統(tǒng)）都滿足由此可見，儀表的精度等級(jí)是反映儀表性能的最主要的質(zhì)量指標(biāo)，它充分 地說明了儀表的測(cè)量精度，可較好地用于評(píng)估檢測(cè)儀表在正常工作時(shí)（單次） 測(cè)量的測(cè)量誤差范圍。容許誤差容許誤差是指檢測(cè)儀器在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)生的最大誤差范圍，它也 是衡量檢測(cè)儀器的最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度等指標(biāo) 都可用容許誤差來表征。按照部頒標(biāo)準(zhǔn)SJ 9 4 3 - 8 2電子儀器誤差的一 般規(guī)定的規(guī)定，容許誤差可用工作誤差、固有誤差、影響誤差、穩(wěn)定性誤差 來