熱電式傳感器7

1、補(bǔ)充知識(shí) 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)展最快最快的傳感器之一。l溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。l在在2000多年前，就開始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，多年前，就開始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。并開始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。l人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。及環(huán)保等部門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

2、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，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。 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。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。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。表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱溫標(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,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)。1954年，國(guó)際

3、計(jì)量會(huì)議選定水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的1/273.16定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(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)。因是開爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號(hào)因是開爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱開爾文溫標(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T2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾

4、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)的統(tǒng)一及實(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)的統(tǒng)一及實(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)稱簡(jiǎn)稱

5、IPTS-68)，又稱國(guó)際溫標(biāo)。，又稱國(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：攝氏溫度的分度值與開氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1。T0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t表示，其單位是開爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，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)溫度為273.16 K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。氫氧三相點(diǎn)沸點(diǎn)54.36190.188-218.798-182.962水三相點(diǎn)沸點(diǎn)273.16373

6、.150.01100.0鋅凝固點(diǎn)692.73419.58銀凝固點(diǎn)1235.08961.93金凝固點(diǎn)1337.581064.43物質(zhì)三相點(diǎn)平衡狀態(tài)溫 度T68/KT68/13.817.04220.827.102-259.31-256.108-252.87-246.048沸點(diǎn)25/76atm沸點(diǎn)沸點(diǎn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn)四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器低溫鉑電阻溫度計(jì)（低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K273.15K）；）；鉑電阻溫度計(jì)（鉑電阻溫度計(jì)（273.15K903.89K）；）；鉑銠鉑銠-鉑熱電偶溫度計(jì)（鉑熱電偶溫度計(jì)（903.8

7、9K1337.58K）；）；光測(cè)溫度計(jì)（光測(cè)溫度計(jì)（1337.58K以上）。以上）。 國(guó)際實(shí)用開爾文溫度與國(guó)際實(shí)用攝氏溫度分別用符國(guó)際實(shí)用開爾文溫度與國(guó)際實(shí)用攝氏溫度分別用符號(hào)號(hào)T68和和t68來(lái)區(qū)別（一般簡(jiǎn)寫為來(lái)區(qū)別（一般簡(jiǎn)寫為T與與t）。）。 3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，每一等份稱為攝氏一度份，每一等份稱為攝氏一度(攝氏度，攝氏度，)，一般用小寫，一般用小寫字母字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用。表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)

8、單位開爾文并用。 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，每一等份稱為華氏一度，符號(hào)用每一等份稱為華氏一度，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) BAABNNlnekTTe),(0TTeA),(0TTeBdTTTeT T AA00，dTTTe

9、T T BB00， dTNNlnekTNNlnekTT,TeT,TeTeTeT,TET T BTATBTATABABABAB00000000()( )( )()BAABABABNNlnTTekTeTeT,TE000= CTfTeTeT ,TEABABAB00 NNABC1ABNABTeTeTeE 2 0CA0BCAB0ABCTeTeTeTTE，T0T0BTAC( )( )( )0=+0CA0BC0ABTeTeTe0AB0CA0BCTeTeTe 0TTETeTeTTEAB0ABAB0ABC，T1CT0T1TAB ABC0ABBA01CB1TTeTeTTeTBCEe， 1CB1TeTBCe 0TT

10、ETeTeTeTeTTEAB0ABAB0BAAB0ABC，()( )( )0ACAC0ACTeTeTTE，=()( )( )0BCBC0BCTeTeTTE，= TeTeTeTeTeTeTeTeTTETTEBC0ACBCACBCBC0ACACBC0AC000，( )( )( )( )( )( )0 TeTeTeTeTeTe0BACB0ACBACBAC=+0=+0 AC00AB0T (7-14)eTeT (7-15)ACBCABBCeeTeTeT 0000TTETeTe TeTeTeTeTTETTEABABABBC0ACBCACBC0AC，)()()()(00TeTeTeTeEBAABABAB 0

11、000TTETeTeTeTeTeTeTTETTEABABABABnABnABABnABnAB，()()()00+=TTETTETTEnABnABAB，()()()()()00=0+0=000，TETETETETTEABABABABAB 0000TTETeTeTeTeTeTeTeTeEABBAABDCABnCADCnBDAB，1423567891110 ()()()0110+=TTETTETTEABABAB，TRIUETT1 073=50500039102990=1.tIERt5. 補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式表達(dá)

12、即 式中：T為未知的被測(cè)溫度； T為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度； TH室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例 用鉑銠10鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再?gòu)南卤碇胁槌?，?duì)應(yīng)于1150的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度 T=1150+0.5335=1168.3（）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14。 T T k T H溫度T/補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000

13、.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53熱電偶補(bǔ)正系數(shù) ()()()0110+=TTETTETTEABABAB，0ABLCMETTIRRR， 002001TeTeTeTeTeTeECAACBADBBDABT00000000TeTeTeTeCAACDBBD 2121TeTeTeTeEABABBAABT TTEETTEETTEEABABAB033022011，nEEEEnT+=21( )( )( )( )( )( )030201+=TeTeTeTeTeTeEDCABDCABDCABT000-TeTeTeABBADC 03020103