傳感器原理及應(yīng)用 第三章溫度傳感器

1、傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)主講：吳秋寧主講：吳秋寧第三章第三章 溫度傳感器溫度傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器 第四節(jié)第四節(jié) 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 第五節(jié)第五節(jié) 其他溫度傳感器其他溫度傳感器通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類(lèi)和通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類(lèi)和發(fā)展趨勢(shì)；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電發(fā)展趨勢(shì)；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電阻不同類(lèi)型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握集成溫度傳感器使阻不同類(lèi)型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握集成溫度傳感器使用方法；了解其他溫度

2、傳感器工作原理。用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類(lèi)溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類(lèi)繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、發(fā)展、發(fā)展最快最快的傳感器之一。的傳感器之一。l溫度是與人類(lèi)生活息息相關(guān)的物理量。溫度是與人類(lèi)生活息息相關(guān)的物理量。l在在2000多年前，就開(kāi)始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，多年前，就開(kāi)始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開(kāi)始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。并開(kāi)始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。l人類(lèi)社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)人類(lèi)社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、

3、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門(mén)都與溫度有著密切的關(guān)系。及環(huán)保等部門(mén)都與溫度有著密切的關(guān)系。l工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程,溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類(lèi)離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。因此，人類(lèi)離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。 一、溫度的基本概念一、溫度的基本概念熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。劇烈程度

4、。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。物理量。表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱(chēng)溫標(biāo)。表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱(chēng)溫標(biāo)。u熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)u國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)u攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)u華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)如果在式中再規(guī)定一個(gè)條件如果在式中再規(guī)定一個(gè)條件,就可以通過(guò)卡諾循環(huán)中的就可以通過(guò)卡諾循環(huán)中的傳熱量來(lái)完全地確定溫標(biāo)。傳熱量來(lái)完全地確定溫標(biāo)。1954年，國(guó)際計(jì)量會(huì)議選年，國(guó)際計(jì)量會(huì)議選定定水的三相點(diǎn)為水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的，并以它的1/273.16定為一度定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即這樣熱力學(xué)溫

5、標(biāo)就完全確定了，即T=273.16(Q1/Q2)。1848年威廉年威廉湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。它是國(guó)際基本單位制之一表示。它是國(guó)際基本單位制之一 。根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度T1的熱源與溫度的熱源與溫度為為T(mén)2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式1 1熱力學(xué)溫標(biāo)熱力

6、學(xué)溫標(biāo)Q1熱源給予熱機(jī)的傳熱量熱源給予熱機(jī)的傳熱量 Q2熱機(jī)傳給冷源的傳熱量熱機(jī)傳給冷源的傳熱量2121QQTT為解決國(guó)際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問(wèn)題，國(guó)際上協(xié)商為解決國(guó)際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問(wèn)題，國(guó)際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國(guó)際實(shí)用準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫標(biāo)International Practical Temperature Scale of 1968(簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)IPTS-68)，又稱(chēng)國(guó)際溫標(biāo)。，又稱(chēng)國(guó)際溫標(biāo)。2 2國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)注意：

7、攝氏溫度的分度值與開(kāi)氏溫度分度值相同，即溫注意：攝氏溫度的分度值與開(kāi)氏溫度分度值相同，即溫度間隔度間隔1K=1。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度，是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度， T0 = 273.15 K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01 K。1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相點(diǎn)定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)

8、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為溫度為273.16 K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。3 3攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓(即即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份，每一等份稱(chēng)為攝氏一度份，每一等份稱(chēng)為攝氏一度(攝氏度，攝氏度，)，一般用小寫(xiě)，一般用小寫(xiě)字母字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。 攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4

9、 4華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為華氏度，中間等分為180份，份，每一等份稱(chēng)為華氏一度，符號(hào)用每一等份稱(chēng)為華氏一度，符號(hào)用 ，它和攝氏溫度的，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：關(guān)系如下：T=t+273.15 Kt=T-273.15 m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) 二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類(lèi)二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類(lèi)u 隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；u 蒸氣壓的溫度變化；蒸氣壓的溫度變化；u 電極的溫

10、度變化電極的溫度變化u 熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；u 光電效應(yīng)光電效應(yīng)u 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)u 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；u 物質(zhì)的變色、融解；物質(zhì)的變色、融解；u 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；u 熱放射；熱放射；u 熱噪聲。熱噪聲。1 1 溫度傳感器的物理原理溫度傳感器的物理原理(11)(11)l特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢 測(cè)和處理，測(cè)和處理，且隨溫度呈線性變化；且隨溫度呈線性變化；l除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低；除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低；l特性隨時(shí)間變化要??；特性隨時(shí)

11、間變化要小；l重復(fù)性好，沒(méi)有滯后和老化；重復(fù)性好，沒(méi)有滯后和老化；l靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響要小；要小；l機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；l能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜；能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜；l無(wú)危險(xiǎn)性，無(wú)公害等。無(wú)危險(xiǎn)性，無(wú)公害等。2.2.溫度傳感器應(yīng)滿(mǎn)足的條件溫度傳感器應(yīng)滿(mǎn)足的條件3. 3. 溫度傳感器的種類(lèi)及特點(diǎn)溫度傳感器的種類(lèi)及特點(diǎn)l 接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器l 非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接

12、與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是

13、：不從被測(cè)物體上吸本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。生消耗；反應(yīng)快等。物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象 體積熱膨脹體積熱膨脹 電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動(dòng)勢(shì)結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類(lèi)類(lèi)鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲

14、波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、

15、輻射動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分分 類(lèi)類(lèi)特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱(chēng)稱(chēng)超高溫用超高溫用傳感器傳感器1500以上以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用高溫用傳感器傳感器10001500光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中高溫用中高溫用傳感器傳感器5001000光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中溫用中溫用傳感器傳感器0500低溫用低溫用傳感器傳感器-2500極低溫用極低溫用傳感器傳感器-270

16、-250BaSrTiO3陶瓷陶瓷晶體管、熱敏電阻、晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)壓力式玻璃溫度計(jì)見(jiàn)表下內(nèi)容見(jiàn)表下內(nèi)容 測(cè)測(cè) 溫溫 范范 圍圍溫度傳感器分類(lèi)溫度傳感器分類(lèi)(1)分分 類(lèi)類(lèi)特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱(chēng)稱(chēng)測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫范圍寬、輸出小輸出小測(cè)溫電阻器、晶體管、熱電偶測(cè)溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型線性型測(cè)溫范圍窄、測(cè)溫范圍窄、輸出大輸出大熱敏電阻熱敏電阻指數(shù)型指數(shù)型函數(shù)函數(shù)開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型特性特性特定溫度、特定溫度、輸出大輸出大感溫鐵

17、氧體、雙金屬溫度計(jì)感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì) 測(cè)測(cè) 溫溫 特特 性性溫度傳感器分類(lèi)溫度傳感器分類(lèi)(2)分分 類(lèi)類(lèi)特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱(chēng)稱(chēng)測(cè)定精度測(cè)定精度0.10.5鉑測(cè)溫電阻、石英晶體振動(dòng)鉑測(cè)溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度溫度標(biāo)準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)用測(cè)定精度測(cè)定精度0.55熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅體集成電路傳感器、可

18、控硅絕對(duì)值絕對(duì)值測(cè)定用測(cè)定用管理溫度管理溫度測(cè)定用測(cè)定用相對(duì)值相對(duì)值15 測(cè)測(cè) 定定 精精 度度溫度傳感器分類(lèi)溫度傳感器分類(lèi)(3) 此外，還有此外，還有微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、光纖溫度傳感器計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。公元

19、公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類(lèi)型的溫度傳感器。飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類(lèi)型的溫度傳感器。三、溫度傳感器的發(fā)展概況三、溫度傳感器的發(fā)展概況接觸式溫

20、度傳感器接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器1常用熱電阻常用熱電阻 范圍：范圍：- -260850；精度：；精度：0.001。改進(jìn)后可連。改進(jìn)后可連續(xù)工作續(xù)工作2000h，失效率小于，失效率小于1，使用期為，使用期為10年。年。2管纜熱電阻管纜熱電阻 測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為-20500，最高上限，最高上限為為1000，精度為，精度為0.5級(jí)。級(jí)。（）接觸式溫度傳感器（）接觸式溫度傳感器3陶瓷熱電阻陶瓷熱電阻 測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為200+500，精度為，精度為0.3、0.15級(jí)。級(jí)。4超低溫?zé)犭娮璩蜏責(zé)犭娮?兩種碳電阻，可分別測(cè)量?jī)煞N碳電阻，可分別測(cè)量268.8253- -272

21、.9272.99的溫度。的溫度。5熱敏電阻器熱敏電阻器 適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。經(jīng)濟(jì)性好、價(jià)格便宜。使用。經(jīng)濟(jì)性好、價(jià)格便宜。l l輻射高溫計(jì)輻射高溫計(jì) 用來(lái)測(cè)量用來(lái)測(cè)量 1000以上高溫。分四種：以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。2 2光譜高溫計(jì)光譜高溫計(jì) 前蘇聯(lián)研制的前蘇聯(lián)研制的YCII型自動(dòng)測(cè)溫通用型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì)光譜高溫計(jì),其測(cè)量范圍為其測(cè)量范圍為4006000,它是采用電子化它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。保證

22、有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。 （二）非接觸式溫度傳感器（二）非接觸式溫度傳感器3 3超聲波溫度傳感器超聲波溫度傳感器 特點(diǎn)是響應(yīng)快特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為約為10ms左右左右)，方向性強(qiáng)。目前國(guó)外有可測(cè)到，方向性強(qiáng)。目前國(guó)外有可測(cè)到5000 的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。4 4激光溫度傳感器激光溫度傳感器 適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。如測(cè)量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度，精度為很高的溫度，精度為1。美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制。美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000，專(zhuān)門(mén)

23、用于核聚，專(zhuān)門(mén)用于核聚變研究。瑞士變研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器研究中心用激光溫度傳感器可測(cè)幾千開(kāi)可測(cè)幾千開(kāi)(K)的高溫。的高溫。 1超高溫與超低溫傳感器，如超高溫與超低溫傳感器，如+3000以上和以上和250以下的溫度傳感器。以下的溫度傳感器。 2提高溫度傳感器的精度和可靠性。提高溫度傳感器的精度和可靠性。 3研制家用電器、汽車(chē)及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫研制家用電器、汽車(chē)及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器。度傳感器。 4發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜阻；發(fā)展薄膜熱電偶

24、；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測(cè)溫元件、快速高靈敏鉑的熱電阻；研制系列晶體管測(cè)溫元件、快速高靈敏CA型熱電偶以及各類(lèi)非接觸式溫度傳感器。型熱電偶以及各類(lèi)非接觸式溫度傳感器。 5發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器。發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器。 6發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器。 （三）溫度傳感器的主要發(fā)展方向（三）溫度傳感器的主要發(fā)展方向 熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，之一。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出

25、信號(hào)為電信號(hào)輸出信號(hào)為電信號(hào)，還用來(lái)測(cè)量，還用來(lái)測(cè)量流體的溫度流體的溫度、測(cè)量、測(cè)量固固體以及固體壁面的溫度體以及固體壁面的溫度。 微型熱電偶還可用于微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。的測(cè)量。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)冷端處理及補(bǔ)償冷端處理及補(bǔ)償各種熱電偶各種熱電偶先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 熱電極熱電極A A右端

26、：右端：自由端自由端參考端參考端冷端冷端一、一、 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 左端：左端：測(cè)量端測(cè)量端工作端工作端熱端熱端熱電極熱電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 1821年，德國(guó)物理學(xué)家年，德國(guó)物理學(xué)家西拜克西拜克用兩種不用兩種不同金屬組成同金屬組成閉合回路閉合回路，并用酒精燈加熱其中，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說(shuō)明什么？）（說(shuō)明什么？），如果用，如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小偏轉(zhuǎn)角

27、反而減?。ㄓ终f(shuō)明什么？）（又說(shuō)明什么？） 。 顯然，指針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)顯然，指針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 兩種不同類(lèi)型的金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體兩端分兩種不同類(lèi)型的金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不等有溫差時(shí)，回路里會(huì)產(chǎn)生熱電溫度不等有溫差時(shí)，回路里會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為勢(shì)，形成電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。 利用這種效應(yīng)，只要知道一端結(jié)點(diǎn)溫度，利用這種效應(yīng)，只要知道一端結(jié)點(diǎn)溫度，就可以測(cè)出另一端結(jié)點(diǎn)

28、的溫度。就可以測(cè)出另一端結(jié)點(diǎn)的溫度。熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬自由電子的密度不同，在兩金屬A和和B的接觸點(diǎn)處會(huì)的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金。自由電子將從密度大的金屬屬A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B，使，使A失去電子帶正電失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電勢(shì)。 自由自由電子電子ABeAB（ T T ）T T1. 1. 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)BAABNNekTTeln)(eAB(T)導(dǎo)體導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在

29、溫度結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e單位電荷，單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B在溫度為在溫度為T(mén) 時(shí)的電子密度。時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。對(duì)于任何一種金屬，當(dāng)其兩端溫度不同時(shí)，兩對(duì)于任何一種金屬，當(dāng)其兩端溫度不同時(shí)，兩端的自由電子濃度也不同，溫度高的一端濃度端的自由電子濃度也不同，溫度高的一端濃度大，具有較大的動(dòng)能；溫度低的一端濃度小，大，具有較大的動(dòng)能；溫度低的一端濃度小，動(dòng)能也小。因

30、此高溫端的自由電子要向低溫端動(dòng)能也小。因此高溫端的自由電子要向低溫端擴(kuò)散，高溫端因失去電子而帶正電，低溫端得擴(kuò)散，高溫端因失去電子而帶正電，低溫端得到電子而帶負(fù)電，形成到電子而帶負(fù)電，形成溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)，又稱(chēng)，又稱(chēng)湯姆湯姆森電動(dòng)勢(shì)森電動(dòng)勢(shì)。2. 2. 溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體導(dǎo)體A兩端溫度為兩端溫度為T(mén)、T0時(shí)形成的溫差電時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；動(dòng)勢(shì)；T，T0高低端的絕對(duì)溫度；高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為兩端的溫度差為1時(shí)時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0時(shí)，銅的時(shí)，銅的 =2V/。d

31、TTTeTTAA0),(0溫差電勢(shì)原理圖溫差電勢(shì)原理圖由導(dǎo)體材料由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0,如果如果TT0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 3. 回路總電勢(shì)回路總電勢(shì)),(),()()(),(0000TTETTETETETTEBAABABABTTBTTABABAdTdTnnekTnnekT00lnln0TTBABAdTTTnnek0)()(ln0TTBABAABdTTTnnekTTE0)()

32、(ln),(00由于在金屬中自由電子數(shù)目很多，溫度對(duì)自由電子密度由于在金屬中自由電子數(shù)目很多，溫度對(duì)自由電子密度的影響很小，故溫差電動(dòng)勢(shì)可以忽略不計(jì)，在熱電偶回的影響很小，故溫差電動(dòng)勢(shì)可以忽略不計(jì)，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)。則有路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)。則有()( )( )()BAABABABNNlnTTekTeTeT,TE000=在標(biāo)定熱電偶時(shí)，一般使在標(biāo)定熱電偶時(shí)，一般使T T0 0為常數(shù)，則為常數(shù)，則 CTfTeTeT ,TEABABAB001 1、熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩、熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)；與熱電偶的形狀

33、無(wú)關(guān)。端接點(diǎn)的溫度有關(guān)；與熱電偶的形狀無(wú)關(guān)。2 2、只有用不同性質(zhì)的材料才能組合成熱電偶，相同、只有用不同性質(zhì)的材料才能組合成熱電偶，相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。材料不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。3 3、只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同時(shí)，不同材料組成的熱電、只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同時(shí)，不同材料組成的熱電偶才能有熱電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。偶才能有熱電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。4 4、導(dǎo)體材料確定后，熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與熱電偶兩端、導(dǎo)體材料確定后，熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)的溫度有關(guān), ,是是T T 的單值函數(shù)，這就是利用的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫的基本原理的基本原理。 1 1、 均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 如果熱電偶回

34、路中的兩個(gè)熱電極材料相同，如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)均為零無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)均為零. . 根據(jù)這一定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料的成分是根據(jù)這一定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料的成分是否相同否相同( (稱(chēng)為稱(chēng)為同名極檢驗(yàn)法同名極檢驗(yàn)法) )，也可以檢查熱電極材料的，也可以檢查熱電極材料的均勻性。均勻性。2 2、 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體C C，只要第三種，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。不變。T0T0BTAC右圖回路中的總電

35、動(dòng)勢(shì)為：右圖回路中的總電動(dòng)勢(shì)為： 0CA0BCAB0ABCTeTeTeTTE，如果回路中三個(gè)接點(diǎn)的溫度都相同，即如果回路中三個(gè)接點(diǎn)的溫度都相同，即T TT T0 0，則回路總，則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即：電動(dòng)勢(shì)必為零，即：( )( )( )0=+0CA0BC0ABTeTeTe0AB0CA0BCTeTeTe即即 0TTETeTeTTEAB0ABAB0ABC，則則T1CT0T1TBA如果按右圖接入第三種導(dǎo)體如果按右圖接入第三種導(dǎo)體C C，則回路中的總電動(dòng)勢(shì)為：，則回路中的總電動(dòng)勢(shì)為：()( )( )( )( )1CA1AC0BAAB0ABCTeTeTeTeTTE+=， 1CA1TeTACe而而 0T

36、TETeTeTeTeTTEAB0ABAB0BAAB0ABC，所以所以意義：意義： 可用電器測(cè)量?jī)x表直接測(cè)量熱電勢(shì)可用電器測(cè)量?jī)x表直接測(cè)量熱電勢(shì)3 3、標(biāo)準(zhǔn)電極定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就可知。電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就可知。()( )( )0ACAC0ACTeTeTTE，=()( )( )0BCBC0BCTeTeTTE，=兩式相減得：兩式相減得： TeTeTeTeTeTeTeTeTTETTEBC0ACBCACBCBC

37、0ACACBC0AC000，若一個(gè)熱電偶由若一個(gè)熱電偶由A A、B B、C C三種導(dǎo)體組成，且回路中三個(gè)三種導(dǎo)體組成，且回路中三個(gè)接點(diǎn)的溫度都相同，則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即：接點(diǎn)的溫度都相同，則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即： ( )( )( )( )( )( )0 TeTeTeTeTeTe0BACB0ACBACBAC=+0=+0或或( )( )( )( )( )( ) TeTeTeTeTeTe0ABBC0ACABBCAC=0即導(dǎo)體即導(dǎo)體A A與與B B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也可知。組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也可知。代入（代入（1 1）式可得：）式可得： 0000TTETeTe TeTeTeTeTTETT

38、EABABABBC0ACBCACBC0AC，解：由標(biāo)準(zhǔn)電極定律，鎳鉻和考銅熱電偶的熱電動(dòng)解：由標(biāo)準(zhǔn)電極定律，鎳鉻和考銅熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)等于鎳鉻合金與純鉑熱電偶與考銅與純鉑熱電勢(shì)應(yīng)等于鎳鉻合金與純鉑熱電偶與考銅與純鉑熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的差，即偶的熱電動(dòng)勢(shì)的差，即例例 熱端為熱端為100100、冷端為、冷端為00時(shí)，鎳鉻合金與時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV2.95mV，而考，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV-4.0mV，求鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電求鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電

39、動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)。2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV4 4、中間溫度定律、中間溫度定律熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為T(mén) T、T T0 0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度分別為等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度分別為T(mén) T、T Tn n和接點(diǎn)溫和接點(diǎn)溫度分別為度分別為T(mén) Tn n、T T0 0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。證明：證明： 0000TTETeTeTeTeTeTeTTETTEABABABABnABnABABnABnAB，即：即：()()()00+=TTETTETTEnABnABAB，對(duì)于冷端溫度不

40、是零度時(shí)，熱電偶如何對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表分度表的的問(wèn)題提供了依據(jù)。問(wèn)題提供了依據(jù)。當(dāng)當(dāng)T Tn n=0=0時(shí)，則：時(shí)，則：()()()()()00=0+0=000，TETETETETTEABABABABAB上式說(shuō)明：只要上式說(shuō)明：只要A A、B B組成的熱電偶在冷端溫度為零時(shí)的組成的熱電偶在冷端溫度為零時(shí)的“熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì) 溫度溫度”關(guān)系已知，則它在冷端溫度不為關(guān)系已知，則它在冷端溫度不為零時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)即可知。零時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)即可知。意義：意義：為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)意義：意義：運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行溫度測(cè)量的理

41、論基礎(chǔ)5、連接導(dǎo)體定律、連接導(dǎo)體定律),(),(),(00TTETTETTTEnCDnABnABCD熱電偶導(dǎo)體熱電偶導(dǎo)體A、B分別與分別與連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線C、D相接，相接， 總熱電勢(shì)為兩部分的代總熱電勢(shì)為兩部分的代數(shù)和。數(shù)和。T0TnTnTABCD熱電偶的分度表熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法查表法直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫自由端（冷端）溫度必須為度必須為0 C。 1 1、熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的結(jié)構(gòu)普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外

42、形鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護(hù)套管保護(hù)套管（鎧體）（鎧體） 鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶的制造工藝：鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。、配置接

43、線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題，且具有的測(cè)溫問(wèn)題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 50隔爆隔爆型熱電偶外形型熱電偶外形厚壁保護(hù)管厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線51隔爆隔爆型熱電偶型熱電偶 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)

44、采用防：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過(guò)爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過(guò)壓鑄壓鑄而成的，有一而成的，有一定的厚度、隔爆空間，定的厚度、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場(chǎng)合：使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工化學(xué)工業(yè)業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有自控系統(tǒng)中

45、（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。522 2、 熱電偶的種類(lèi)熱電偶的種類(lèi) 從從19881988年年1 1月月1 1日起，我國(guó)熱電偶和熱電阻日起，我國(guó)熱電偶和熱電阻的生產(chǎn)全部按國(guó)際電工委員會(huì)（的生產(chǎn)全部按國(guó)際電工委員會(huì)（IECIEC）的標(biāo)準(zhǔn)，）的標(biāo)準(zhǔn)，并指定并指定S S、B B、E E、K K、R R、J J、T T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。但其中的為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。但其中的R R型（鉑

46、銠型（鉑銠1313- -鉑）熱電偶，因其溫度范圍與鉑）熱電偶，因其溫度范圍與S S型（鉑銠型（鉑銠1010- -鉑）重合鉑）重合, ,我國(guó)沒(méi)有生產(chǎn)和使用。我國(guó)沒(méi)有生產(chǎn)和使用。熱電偶型號(hào)命名方法熱電偶型號(hào)命名方法54幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì) 分度號(hào)分度號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng) 測(cè)量溫度范圍測(cè)量溫度范圍 1000 C熱電勢(shì)熱電勢(shì)/ mVB鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6501820 C C4.8344.834R鉑銠鉑銠1313鉑鉑-501768 C C10.50610.506S鉑銠鉑銠1010鉑鉑-501768 C C9.5879.587K鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻 (鋁鋁) -2

47、701370 C C41.27641.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (康康 銅銅)270800 C C五、冷端處理及補(bǔ)償五、冷端處理及補(bǔ)償原因原因l熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；使冷端溫度保持恒定；l熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0為為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。1. 1. 冰點(diǎn)槽法冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這

48、種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分分別置于兩個(gè)玻璃別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。2. 2. 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所所( (如儀表室如儀表室) )。根據(jù)根據(jù)中間溫度定律中間溫度定律，只要熱電偶的兩個(gè)熱電極分別與，只要熱電偶的兩個(gè)熱電極分別與兩補(bǔ)償導(dǎo)線的接點(diǎn)溫度一致，就不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)的兩補(bǔ)償導(dǎo)線的接點(diǎn)溫度一致，就不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)的

49、輸出。輸出。例例 采用鎳鉻采用鎳鉻- -鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫。熱端溫度為鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫。熱端溫度為800800，冷端溫度為冷端溫度為5050。為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)與顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)與顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為動(dòng)勢(shì)信號(hào)送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為2020。首先由鎳鉻首先由鎳鉻- -鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為00，熱端溫度分別為熱端溫度分別為800800、5050、2020時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)：時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)：E E(800(800，0)0)33.277mV33.277mV；E E(50(5

50、0，0)0)2.022mV2.022mV；E E(20(20，0)=0.798mV0)=0.798mV。如果熱電偶與儀表之間直接用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)如果熱電偶與儀表之間直接用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，輸入儀表的熱電動(dòng)勢(shì)為體定律，輸入儀表的熱電動(dòng)勢(shì)為 ：E E(800(800，50)=50)=E E(800(800，0)-0)-E E(50(50，0)0) =(33.277-2.022)mV=31.255mV =(33.277-2.022)mV=31.255mV 3. 3. 計(jì)算修正法計(jì)算修正法 用室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度用室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算，利用公式計(jì)算例例 用

51、銅用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境TH中中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.979mV，又用室溫計(jì)測(cè)出，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =2.819(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.819mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=69。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例例 用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測(cè)溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測(cè)溫時(shí)，如果把

52、儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上的刻度上,在熱電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，指在熱電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是針指示的溫度值并不是0而是而是TH。而熱電偶的冷端。而熱電偶的冷端溫度已是溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡(jiǎn)便，而且一勞永逸，只要冷端致了。這種辦法非常簡(jiǎn)便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。 4. 4. 零點(diǎn)遷移法零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不

53、是0，但十分穩(wěn)定（如恒溫車(chē)，但十分穩(wěn)定（如恒溫車(chē)間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整調(diào)整零點(diǎn)零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。5. 5. 軟件處理法軟件處理法u冷端溫度恒定冷端溫度恒定T0 ：但：但T0不為不為0時(shí)，只需在采樣后時(shí)，只需在采樣后 加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。u冷端溫度冷端溫度T0波動(dòng)：可利用熱敏電阻或其它傳感器把波

54、動(dòng)：可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸?shù)妮斎胪ǖ谰涂梢粤恕?/p>

55、冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速入通道就可以了。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。度也很有利。 六、熱電偶測(cè)溫線路六、熱電偶測(cè)溫線路 一、測(cè)量某一點(diǎn)的溫度一、測(cè)量某一點(diǎn)的溫度熱端熱端熱端熱端冷端冷端冷端冷端補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)補(bǔ)償償導(dǎo)導(dǎo)線線（在表內(nèi)）（在表內(nèi)）（在表外）（在表外）二、測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差二、測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差 熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)1 1熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)2 2補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線三、熱電偶并聯(lián)三、熱電偶并聯(lián)-測(cè)多點(diǎn)平均溫度測(cè)多點(diǎn)平均溫度四、熱電偶串聯(lián)四、熱電偶串聯(lián)-增加測(cè)量靈敏度增加測(cè)量靈敏度七、熱電偶的使用七、熱電偶的使用 熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)

56、體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶熱電偶、熱電阻熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（提高，在許多場(chǎng)合下（- -40350）熱敏電阻已逐）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類(lèi)，基本參數(shù)，主主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類(lèi)，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。要特性和應(yīng)用等。 第三節(jié)第三節(jié) 熱

57、敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器（一）熱敏電阻的特點(diǎn)（一）熱敏電阻的特點(diǎn) 1 1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬大三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬大10100倍左右。倍左右。 2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好 可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為 0.2mm。 3 3阻值在阻值在1

58、110M10M之間可供自由選擇之間可供自由選擇 使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控溫使用。距離測(cè)溫和控溫使用。 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類(lèi)一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類(lèi) 4 4穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 商品化產(chǎn)品已有商品化產(chǎn)品已有30多年歷史，加之近年在材料與多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。據(jù)報(bào)道，在工藝上不斷得到改進(jìn)。據(jù)報(bào)道，在0.01的小溫度范的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002的精度。相比之下，優(yōu)的精度。相比

59、之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。于其它各種溫度傳感器。 5 5原料資源豐富，價(jià)格低廉原料資源豐富，價(jià)格低廉 燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。能受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。 熱敏電阻的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也不相同。按熱敏電阻的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為1 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTCPTC） 電阻值隨溫

60、度升高而增大的電阻器，簡(jiǎn)稱(chēng)電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡(jiǎn)稱(chēng)PTCPTC熱敏熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiOBaTiO3 3半導(dǎo)體陶瓷。半導(dǎo)體陶瓷。2 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCNTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)NTCNTC熱熱敏電阻器。它的材料主要是一些過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)敏電阻器。它的材料主要是一些過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。體陶瓷。3 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTRCTR） 該類(lèi)電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度該類(lèi)電阻器的電阻值在某特定溫度