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1、第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電傳感器熱電傳感器熱電傳感器熱電傳感器熱能熱能熱能熱能電能電能電能電能測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量溫度溫度溫度溫度電勢(shì)電勢(shì)電勢(shì)電勢(shì)電阻電阻電阻電阻熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶 金屬金屬金屬金屬 半導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體 熱電阻熱電阻熱電阻熱電阻 熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻 第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器9-1 9-1

2、 熱電阻傳感器熱電阻傳感器熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。對(duì)溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象。物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象。金屬原子最外層的電子能自由移動(dòng)，當(dāng)加上電壓以后，金屬原子最外層的電子能自由移動(dòng)，當(dāng)加上電壓以后，這些無規(guī)則移動(dòng)的電子就按一定的方向流動(dòng)，形成電流。隨這些無規(guī)則移動(dòng)的電子就按一定的方向流動(dòng)，形成電流。隨著溫度的增加，電子的熱運(yùn)動(dòng)劇烈，電子之間、電子與振動(dòng)著溫度的增加，電子的熱運(yùn)動(dòng)劇烈，電子之間、電子與振動(dòng)的金屬離子

3、之間的碰撞機(jī)會(huì)就不斷增加，因此電子的定向移的金屬離子之間的碰撞機(jī)會(huì)就不斷增加，因此電子的定向移動(dòng)將受到阻礙，金屬的動(dòng)將受到阻礙，金屬的電阻率電阻率也隨之增大。也隨之增大。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器取一只取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為應(yīng)為484。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電阻材料的特點(diǎn)阻材料的特點(diǎn)(1).(1).高溫度系數(shù)、高高溫度

4、系數(shù)、高電阻率。阻率。這樣在同在同樣條件下可加快條件下可加快反反應(yīng)速度，提高靈敏度，減小體速度，提高靈敏度，減小體積和重量。和重量。(2).(2).化學(xué)、物理性能化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。定。以保以保證在使用溫度范在使用溫度范圍內(nèi)內(nèi)熱電阻的阻的測量準(zhǔn)確性。量準(zhǔn)確性。(3).(3).良好的良好的輸出特性。出特性。即必即必須有有線性的或者接近性的或者接近線性的性的輸出。出。(4).(4).良好的工良好的工藝性，以便于批量生性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。、降低成本。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器實(shí)踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，實(shí)踐證明，純金屬、

5、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，其中主要應(yīng)用的是其中主要應(yīng)用的是鉑和銅鉑和銅。鉑鉑是一種貴重金屬，其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制是一種貴重金屬，其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻的最好材料，主要作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。造熱電阻的最好材料，主要作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。銅銅可用來制造可用來制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特點(diǎn)是點(diǎn)是價(jià)格低廉價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是，缺點(diǎn)是電阻率低電阻率低，且，且容易氧化容易氧化，一般用在較，一般用在較低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。l鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系在在-2000范圍內(nèi)

6、，范圍內(nèi)，RtR01+At+Bt 2+C(t100)t 3（1）在在0850范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，RtR01+At+Bt 2（2）R0當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；Rt溫度為溫度為t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；A、B、C由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。A3.9080210-3/B=-5.80210-7/2C-4.2735010-12/4第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器即便在氧化性介質(zhì)中，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定；易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性；有較高的電阻率；在還原性介質(zhì)中性能易受影響；電阻溫度系數(shù)不太高；價(jià)格貴。鉑電阻的特點(diǎn)鉑電阻的特點(diǎn)第九章

7、第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器目前我國常用的鉑電阻有兩種，值分別為目前我國常用的鉑電阻有兩種，值分別為50和和l00，電阻值與溫度，電阻值與溫度t的關(guān)系統(tǒng)一列成表格，稱其為鉑的關(guān)系統(tǒng)一列成表格，稱其為鉑電阻的電阻的分度表分度表，分度號(hào)分別為，分度號(hào)分別為Pt100和和Pt50。分度表制表方法為：當(dāng)在分度表制表方法為：當(dāng)在200t0時(shí)，用式時(shí)，用式1；而當(dāng)而當(dāng)0t850時(shí)，用式時(shí)，用式2，每隔，每隔1求取一個(gè)相應(yīng)的求取一個(gè)相應(yīng)的值，即可制成鉑熱電阻分度表。值，即可制成鉑熱電阻分度表。使用標(biāo)準(zhǔn)分度表時(shí)，只要知道熱電阻阻值，即可從分度表中取使用標(biāo)準(zhǔn)分度表時(shí)，只要

8、知道熱電阻阻值，即可從分度表中取與對(duì)應(yīng)的溫度值。與對(duì)應(yīng)的溫度值。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器在在-50150溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度之間的關(guān)系為：溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度之間的關(guān)系為：RtR0(1+At+Bt 2+Ct 3)Rt溫度為溫度為t時(shí)的銅電阻值時(shí)的銅電阻值R0溫度為溫度為0時(shí)的銅電阻值時(shí)的銅電阻值A(chǔ)、B、C常數(shù)常數(shù)A4.2889910-3/B-2.13310-7/2C1.23310-9/3l銅絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系銅絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系目前，銅：目前，銅：Cu50、Cu100鉑的測溫精度很高，達(dá)鉑的測溫精度很高，達(dá)0.001銅銅

9、0.5（5050），），1（50150）第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器銅電阻的特點(diǎn)銅電阻的特點(diǎn)電阻率??；容易氧化；價(jià)格便宜。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器其它熱電阻其它熱電阻鐵鐵/鎳熱電阻：電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高，電鎳熱電阻：電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高，電阻率也較大，可做成體積小、靈敏度高的溫阻率也較大，可做成體積小、靈敏度高的溫度計(jì)，但易氧化，不宜提純且電阻與溫度非度計(jì)，但易氧化，不宜提純且電阻與溫度非線性，僅用于線性，僅用于-50100；用的較少。；用的較少。銦電阻：銦電阻：-269-258；測量精度高，靈

10、敏；測量精度高，靈敏度高，但重現(xiàn)性差。度高，但重現(xiàn)性差。錳電阻：錳電阻：-271-210；靈敏度高，但脆性；靈敏度高，但脆性高，易損壞；高，易損壞；炭電阻：炭電阻：-273-268.5；熱容量小，靈敏度；熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。高，價(jià)格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電阻的結(jié)構(gòu)和類型熱電阻的結(jié)構(gòu)和類型熱電阻電阻體絕緣套管接線盒熱電阻電阻體絕緣套管接線盒熱電阻電阻體絕緣套管接線盒熱電阻電阻體絕緣套管接線盒（1）普通型熱電阻）普通型熱電阻第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器

11、熱電式傳感器第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器(2)(2)鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)較為特殊。熱電阻體與保護(hù)套封裝成一個(gè)整鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)較為特殊。熱電阻體與保護(hù)套封裝成一個(gè)整體，具有良好的機(jī)械性能，耐振動(dòng)與沖擊，有良好的撓性，便于體，具有良好的機(jī)械性能，耐振動(dòng)與沖擊，有良好的撓性，便于安裝，不受有害介質(zhì)侵蝕，外徑尺寸可以做得很小，反應(yīng)速度快，安裝，不受有害介質(zhì)侵蝕，外徑尺寸可以做得很小，反應(yīng)速度快，適用于安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備上進(jìn)行測溫，使用壽命較長。適用于安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備上進(jìn)行測溫，使用壽命較長。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電

12、式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器(3)(3)薄膜熱電阻薄膜熱電阻 薄膜熱電阻是用真空鍍膜法將鉑直接蒸鍍?cè)谔沾苫w上制成的薄膜熱電阻是用真空鍍膜法將鉑直接蒸鍍?cè)谔沾苫w上制成的熱電阻，薄膜熱電阻減少了熱慣性，提高了靈敏度和響應(yīng)速度，熱電阻，薄膜熱電阻減少了熱慣性，提高了靈敏度和響應(yīng)速度，適用于平面物體的表面溫度和動(dòng)態(tài)溫度的測量。適用于平面物體的表面溫度和動(dòng)態(tài)溫度的測量。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器WZP系列裝配式鉑電阻系列裝配式鉑電阻及鎧裝電阻芯及鎧裝電阻芯用于一般工業(yè)場測溫用于一般工業(yè)場測溫使用溫度-200700高強(qiáng)度石英管測溫鉑電阻高強(qiáng)度石英管測

13、溫鉑電阻溫度范圍溫度范圍-100C至至+500C適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強(qiáng)腐蝕場合堿等強(qiáng)腐蝕場合注注:不耐氫氟酸及磷酸不耐氫氟酸及磷酸WZP系列工業(yè)熱電阻作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表系列工業(yè)熱電阻作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從節(jié)器配套使用。它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從-200-420范圍內(nèi)的液體、蒸汽范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器精密溫度傳感器精密溫度傳感

14、器PtWD1A型-100300誤差小于0.1，精度為超A級(jí)天燃?xì)饬髁坑?jì)天燃?xì)饬髁坑?jì)溫度補(bǔ)償用鉑電阻溫度補(bǔ)償用鉑電阻天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用油浸變壓器用鉑電阻油浸變壓器用鉑電阻第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器醫(yī)療器械鉑電阻醫(yī)療器械鉑電阻薄模鉑電阻元件薄模鉑電阻元件用用于汽車工業(yè)、白色家電，食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。于汽車工業(yè)、白色家電，食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。尺寸：尺寸：2.3mm2.1mm0.9mm（長（長寬寬高）高）線長線長10mm第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器防水封裝鉑電阻防水封裝鉑電阻核心元件

15、：德國進(jìn)口精密鉑電阻（核心元件：德國進(jìn)口精密鉑電阻（PT100PT1000）元件精度：元件精度：0.15(A級(jí)級(jí))0.30(B級(jí)級(jí))封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管管料尺寸：管料尺寸：4*25mm連接線：連接線：PVC包膠電纜線（可選擇耐高溫型的）包膠電纜線（可選擇耐高溫型的）第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器WZC-111/12*1000mmCu50第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器l熱電阻測量線路熱電阻測量線路利用熱電阻測量溫度實(shí)際是測量熱電阻工作狀態(tài)利用熱電阻測量溫度實(shí)際是測量熱電阻工

16、作狀態(tài)下的阻值，由電阻和溫度之間的關(guān)系，求出被測溫度，下的阻值，由電阻和溫度之間的關(guān)系，求出被測溫度，整個(gè)測溫系統(tǒng)主要由整個(gè)測溫系統(tǒng)主要由熱電阻傳感器熱電阻傳感器、測量電橋測量電橋、顯示、顯示儀表及連接導(dǎo)線組成。儀表及連接導(dǎo)線組成。由于熱電阻的阻值較小由于熱電阻的阻值較小(幾歐姆到幾十歐姆范圍幾歐姆到幾十歐姆范圍)，熱電阻本體的引線電阻和連接導(dǎo)線的電阻會(huì)給溫度，熱電阻本體的引線電阻和連接導(dǎo)線的電阻會(huì)給溫度測量結(jié)果帶來很大的影響，為了解決這一問題，熱電測量結(jié)果帶來很大的影響，為了解決這一問題，熱電阻的連接線路從二線制發(fā)展到三線制和四線制阻的連接線路從二線制發(fā)展到三線制和四線制.第九章第九章第九章

17、第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（1 1 1 1）三線式電橋連接法三線式電橋連接法三線式電橋連接法三線式電橋連接法uAr r：電橋電源；：電橋電源；：電橋電源；：電橋電源；2r2r：相鄰臂：相鄰臂：相鄰臂：相鄰臂平衡：平衡：平衡：平衡：導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻 r r對(duì)測量無影響對(duì)測量無影響對(duì)測量無影響對(duì)測量無影響注意：注意：為了避免熱電阻中流過電流時(shí)產(chǎn)生加熱效應(yīng)，在設(shè)計(jì)電橋時(shí)要使流過為了避免熱電阻中流過電流時(shí)產(chǎn)生加熱效應(yīng)，在設(shè)計(jì)電橋時(shí)要使流過熱電阻的電流盡量小些熱電阻的電流盡量小些,一般要求小于一般要求小于10mA。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式

18、傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器r r1 1r r2 2r r3 3r r4 4R Rt tI IV VI IMME EMM電壓表電壓表電壓表電壓表恒流源恒流源恒流源恒流源（2 2 2 2）四線式電阻測量電路）四線式電阻測量電路）四線式電阻測量電路）四線式電阻測量電路因因因因I I I IV V V VI I I IM M M M,I,I,I,IV V V V 0,0,0,0,又又又又E E E EM M M M=E+=E+=E+=E+I I I IV V V V（r r r r2 2 2 2+r+r+r+r3 3 3 3 ）電壓表的值電壓表的值電壓表的值電壓表的值E E E EM M M M可

19、認(rèn)為是熱電阻可認(rèn)為是熱電阻可認(rèn)為是熱電阻可認(rèn)為是熱電阻R R R Rt t t t上的壓降，據(jù)此可計(jì)算上的壓降，據(jù)此可計(jì)算上的壓降，據(jù)此可計(jì)算上的壓降，據(jù)此可計(jì)算出微小溫度變化。出微小溫度變化。出微小溫度變化。出微小溫度變化。不受其它條件約束；不受其它條件約束；不受其它條件約束；不受其它條件約束；恒流源恒流源恒流源恒流源 I I穩(wěn)定。穩(wěn)定。穩(wěn)定。穩(wěn)定。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器9-2 9-2 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器熱敏電阻是用半導(dǎo)體材熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件，與金屬料制成的熱敏器件，與金屬熱電阻比較而言，具有熱電阻比較而言，具有

20、溫度溫度系數(shù)高系數(shù)高，靈敏度高靈敏度高，熱慣性熱慣性好（適宜動(dòng)態(tài)測量）好（適宜動(dòng)態(tài)測量）但其但其穩(wěn)穩(wěn)定性和互換性較差定性和互換性較差。溫度溫度半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻電電阻阻鉑熱電阻鉑熱電阻金屬的電阻隨溫度的升高而金屬的電阻隨溫度的升高而增大，但半導(dǎo)體卻相反，它增大，但半導(dǎo)體卻相反，它的電阻值隨溫度的升高而急的電阻值隨溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性。劇減小，并呈現(xiàn)非線性。一、工作原理一、工作原理 第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器半導(dǎo)體這種溫度特性，是因?yàn)榘雽?dǎo)體的導(dǎo)電方式半導(dǎo)體這種溫度特性，是因?yàn)榘雽?dǎo)體的導(dǎo)電方式是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半

21、導(dǎo)體中載流子是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻率很大。率很大。隨著溫度的升高隨著溫度的升高，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目就會(huì)增多，故子數(shù)目就會(huì)增多，故半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，它的電阻半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，它的電阻率也就降低了率也就降低了。熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物按不同的配方比例燒結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi)，根按不同的配方比例燒

22、結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi)，根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度變化。變化。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器 半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其靈敏靈敏靈敏靈敏度度度度比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)特性好，適于在特性好，適于在特性好，適于

23、在特性好，適于在-100-100-100-100300300300300之間測溫。之間測溫。之間測溫。之間測溫。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是非線性非線性非線性非線性的。的。的。的。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器1 1、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)金屬氧化物：金屬氧化物：金屬氧化物：金屬氧化物：鈷鈷鈷鈷CoCo、錳、錳、錳、錳MnMn、鎳、鎳、鎳、鎳

24、NiNi等的氧化物等的氧化物等的氧化物等的氧化物 采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；（2 2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（1010倍）；倍）；倍）；倍）；（3 3）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測量。）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測量。）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)

25、測量。）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測量。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器2 2、熱敏電阻的溫度特性、熱敏電阻的溫度特性、熱敏電阻的溫度特性、熱敏電阻的溫度特性負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTCNTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC

26、PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTRCTR040801201602000408012016020010106610104410102210100 0溫度溫度電阻電阻CTR NTC PTC 可見可見可見可見CTRCTRCTRCTR臨界熱敏電阻有一突臨界熱敏電阻有一突臨界熱敏電阻有一突臨界熱敏電阻有一突變溫度，此特性可用于自動(dòng)變溫度，此特性可用于自動(dòng)變溫度，此特性可用于自動(dòng)變溫度，此特性可用于自動(dòng)控溫和報(bào)警電路中。控溫和報(bào)警電路中?？販睾蛨?bào)警電路中?？販睾蛨?bào)警電路中。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式

27、傳感器NTC熱敏電阻的材料是一種由錳（熱敏電阻的材料是一種由錳（Mn）、鎳）、鎳（Ni）、銅（）、銅（Cu）、鈷（）、鈷（Co）、鐵（）、鐵（Fe）等金屬）等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，改變混氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，改變混合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同度系數(shù)不同NTC熱敏電阻熱敏電阻。它具有。它具有負(fù)的電阻溫度系負(fù)的電阻溫度系負(fù)的電阻溫度系負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。NTC熱敏電阻應(yīng)用廣泛。熱敏電阻應(yīng)用廣泛。1

28、、NTC熱敏電阻熱敏電阻T R第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器2、CTR熱敏電阻熱敏電阻CTR熱敏電阻是以三氧化熱敏電阻是以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成，它呈半玻璃狀，具燒結(jié)而成，它呈半玻璃狀，具有負(fù)溫度系數(shù)。通常，有負(fù)溫度系數(shù)。通常，CTR熱熱敏電阻用樹脂包封成珠狀或厚敏電阻用樹脂包封成珠狀或厚膜形使用，其阻值在膜形使用，其阻值在1k 10M之間。之間。CTR熱敏電阻隨溫度變化熱敏電阻隨溫度變化的特性屬劇變型，具有開關(guān)特的特性屬劇變型，具有開關(guān)特性，如左圖所

29、示。當(dāng)溫度高于性，如左圖所示。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)居里點(diǎn)TC時(shí)，其阻值會(huì)減小到時(shí)，其阻值會(huì)減小到臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級(jí)為臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級(jí)為24。因此又稱這類熱敏電阻為臨界因此又稱這類熱敏電阻為臨界熱敏電阻熱敏電阻。Tc溫度溫度T（）200150100500103101105107電阻率電阻率（.cm）第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器3、PTC熱敏電阻熱敏電阻TNTC1062001000101102103104105107溫度溫度T（）電阻率電阻率（.cm）PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)休陶瓷元稀土元素?zé)Y(jié)而成

30、的半導(dǎo)休陶瓷元件，具有正溫度系數(shù)。其溫度特性件，具有正溫度系數(shù)。其溫度特性曲線如左圖所示，從特性曲線上可曲線如左圖所示，從特性曲線上可以看到以看到PTC熱敏電阻具有以下特性：熱敏電阻具有以下特性：(1)當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)TC時(shí)，具時(shí)，具有半導(dǎo)體特性；有半導(dǎo)體特性；(2)當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時(shí)，電時(shí)，電阻值隨溫度升高而急劇增大，至阻值隨溫度升高而急劇增大，至TN溫度時(shí)出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象；溫度時(shí)出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象；(3)具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而后很快衰減的特性。后很快衰減的特性?；诨赑TC熱敏電阻的特性，可利熱敏電阻的特性，可利用其自控作用，做成各

31、種恒溫器、用其自控作用，做成各種恒溫器、限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以用用PTC組成發(fā)熱元件，功率一般為組成發(fā)熱元件，功率一般為幾瓦到數(shù)百瓦。幾瓦到數(shù)百瓦。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器三、熱敏電阻的伏安特性三、熱敏電阻的伏安特性 R RT TA A(T T-1)exp(-1)exp(B B/T T)RT 溫度為溫度為T時(shí)電阻值時(shí)電阻值A(chǔ)與材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)與材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)B熱敏電阻常數(shù)（與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)）熱敏電阻常數(shù)（與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)）若已知若已知T1和和T2時(shí)電阻為時(shí)電阻為RT1和和RT2，則

32、：，則：第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器將熱敏電阻接上一個(gè)電流源將熱敏電阻接上一個(gè)電流源，并在它兩端測得端電壓，可，并在它兩端測得端電壓，可得到熱敏電阻的伏安特性。得到熱敏電阻的伏安特性。V（電壓）（電壓）IaImI（電流）（電流）d0abc曲線分四段，曲線分四段，0a段：段：電電流小于流小于Ia，功耗小，電流，功耗小，電流不足以使熱敏電阻發(fā)熱，不足以使熱敏電阻發(fā)熱，元件上的溫度基本是環(huán)境元件上的溫度基本是環(huán)境溫度。此時(shí)熱敏電阻相當(dāng)溫度。此時(shí)熱敏電阻相當(dāng)于一個(gè)固定電阻，電壓與于一個(gè)固定電阻，電壓與電流之間符合歐姆定律。電流之間符合歐姆定律。ab段：段：

33、隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度（介質(zhì)溫度），其阻值降低，起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度（介質(zhì)溫度），其阻值降低，因此出現(xiàn)因此出現(xiàn)非線性正阻區(qū)非線性正阻區(qū)，電流增長速度阻值減小的速度。，電流增長速度阻值減小的速度。cd段：段：隨著電流增加，為隨著電流增加，為Im時(shí)，電壓達(dá)到最大值，電流繼續(xù)時(shí)，電壓達(dá)到最大值，電流繼續(xù)增加，熱敏電阻本身加熱更為劇烈，阻值迅速減小，增加，熱敏電阻本身加熱更為劇烈，阻值迅速減小，阻值減小的阻值減小的速度大于電流增加的速度速度大于電流增加的速度，出現(xiàn)，出現(xiàn)cd段段負(fù)阻區(qū)負(fù)阻區(qū)。第

34、九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器0a段：正常使用熱敏電阻測溫時(shí)。段：正常使用熱敏電阻測溫時(shí)。cd段：可用來測量風(fēng)速、真空度、流量等參段：可用來測量風(fēng)速、真空度、流量等參數(shù)。數(shù)。熱敏電阻非線性嚴(yán)重，使用中要進(jìn)行非線性補(bǔ)熱敏電阻非線性嚴(yán)重，使用中要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。償。在硬件電路方法上，采用溫度系數(shù)較小的電阻在硬件電路方法上，采用溫度系數(shù)較小的電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)接法，使得熱敏電阻的電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)接法，使得熱敏電阻的電阻溫度曲線變?yōu)槠教?。溫度曲線變?yōu)槠教?。第九章第九章第九章第九?熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器NTCNTC輸出特性的

35、線性化處理輸出特性的線性化處理輸出特性的線性化處理輸出特性的線性化處理電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)1 1、串聯(lián)法、串聯(lián)法、串聯(lián)法、串聯(lián)法AT RT R2 2、并聯(lián)法、并聯(lián)法、并聯(lián)法、并聯(lián)法第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱敏電阻的特點(diǎn)熱敏電阻的特點(diǎn)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；形狀多樣，體積小，熱慣性小，響應(yīng)速度快；電阻值大，遠(yuǎn)距離測量時(shí)可不考慮導(dǎo)線電阻的影響；在-50C350C范圍內(nèi)具

36、有良好的穩(wěn)定性；阻值分散性大、復(fù)現(xiàn)性差；非線性大；老化較快。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測量的溫度測量 第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱敏電阻用于熱敏電阻用于電熱水器電熱水器的溫度控制的溫度控制 第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器A熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻平衡電阻平衡電阻平衡電阻平衡電阻電橋平衡電橋平衡電橋平衡電橋平衡電

37、橋失衡電橋失衡電橋失衡電橋失衡測流速測流速測流速測流速第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器JT T正常：正常：正常：正常：RtRt較大、較大、較大、較大、BGBG不導(dǎo)通、不導(dǎo)通、不導(dǎo)通、不導(dǎo)通、J J不吸合不吸合不吸合不吸合T T升高：升高：升高：升高：RtRt減小、減小、減小、減小、BGBG導(dǎo)通、導(dǎo)通、導(dǎo)通、導(dǎo)通、J J吸合吸合吸合吸合應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)應(yīng)用：電機(jī)過熱保護(hù)熱電式繼電器熱電式繼電器熱電式繼電器熱電式繼電器第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器9-3 9-3 熱電偶傳感器

38、熱電偶傳感器一、熱電偶傳感器的工作原理一、熱電偶傳感器的工作原理 1、熱電效應(yīng)、熱電效應(yīng)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器9-3 9-3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器一、熱電偶傳感器的工作原理一、熱電偶傳感器的工作原理 賽貝克（賽貝克（Seebeck）效應(yīng)效應(yīng)(熱電勢(shì)熱電勢(shì))1821 1821年年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對(duì)兩個(gè)接現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對(duì)兩個(gè)接頭的中一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從頭的中一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。

39、由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)鐵流向銅。由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢(shì)差生的電勢(shì)差e e，就是溫差熱電勢(shì)。這種由兩種不同的金，就是溫差熱電勢(shì)。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱為熱電偶。屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱為熱電偶。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器將兩根不同材料將兩根不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（A和和B）聯(lián)接起來構(gòu)成）聯(lián)接起來構(gòu)成一個(gè)回路，如果兩個(gè)一個(gè)回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不同接合點(diǎn)處的溫度不同（T0T），則在兩），則在兩導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生熱電勢(shì)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生熱電勢(shì)，并在回路中有一定大并在回路中有

40、一定大小的電流，這種現(xiàn)象小的電流，這種現(xiàn)象稱為稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。AB1T0T2mA銅鐵熱電偶的溫差熱電勢(shì)與溫度關(guān)系曲線銅鐵熱電偶的溫差熱電勢(shì)與溫度關(guān)系曲線第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器AB1T0T2由熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器就是熱由熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器就是熱電偶。測溫時(shí)：電偶。測溫時(shí)：l結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)2置于被測溫度場中，稱為測量端置于被測溫度場中，稱為測量端（工作端、熱端）；（工作端、熱端）；l結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)1處于某一恒定溫度（或已知溫度）處于某一恒定溫度（或已知溫度），稱為參考端（自由端或冷端）。，稱為參考端（自由端或冷端）?？梢姛犭娕加蓽夭町a(chǎn)生的熱電

41、勢(shì)是隨介質(zhì)溫度變化而變化，可見熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電勢(shì)是隨介質(zhì)溫度變化而變化，即：即：EteAB(T)eAB(T0)；eAB(T0)溫度為溫度為T0處熱電勢(shì)；處熱電勢(shì)；eAB(T)溫度為溫度為T處熱電勢(shì)。處熱電勢(shì)。Et 熱電偶的熱電勢(shì)；熱電偶的熱電勢(shì)；第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器AB1T0T2熱電偶示意圖熱電偶示意圖ABT0T測量儀表測量儀表或電路或電路熱電偶與測量儀熱電偶與測量儀表連接示意圖表連接示意圖第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器2、熱電偶的熱電勢(shì)、熱電偶的熱電勢(shì)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，熱電勢(shì)實(shí)際上由經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，

42、熱電勢(shì)實(shí)際上由接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)和和溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)組成。組成。由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當(dāng)當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，在接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，在接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散。散。電子的擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)電子的擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和和B的自由電子密度為的自由電子密度為NA和和NB，且有且有NANB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，失去電子而帶正電，導(dǎo)體導(dǎo)體B則因獲得電子

43、而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個(gè)則因獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個(gè)電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)。成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)。(1)接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器其大小可表示為：其大小可表示為：式中：式中：K波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，K1.3810-23e 電子電荷量電子電荷量e=1.610-19CNA(NB)為為A(B)材料的自由電子密度。材料的自由電子密度。ABT0T接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)第九章第九章第九章第九章

44、熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會(huì)產(chǎn)同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)生電動(dòng)勢(shì)，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)，這是由于，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)，這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電，低溫溫端擴(kuò)散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電，低溫端由于獲得電子而帶負(fù)電，在高低溫端之間形成一個(gè)端由于獲得電子而帶負(fù)電，在高低溫端之間形成一個(gè)電位差。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫電位差。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫差有

45、關(guān)。差有關(guān)。(2)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器 AA材料的湯姆遜系數(shù)。材料的湯姆遜系數(shù)。（表示導(dǎo)體（表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)）ABT0T溫差電勢(shì)T T0第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器(3)回路總電勢(shì)回路總電勢(shì)由由導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料A、B組組成成的的閉閉合合回回路路，其其接接點(diǎn)點(diǎn)溫溫度度分分別別為為T、T0,如如果果TT0，則則必必存存在在著著兩兩個(gè)個(gè)接接觸觸電電勢(shì)勢(shì)和和兩兩個(gè)個(gè)溫溫差差電電勢(shì)勢(shì)，回回路路總總電電勢(shì)：勢(shì)：T0TeAB(T)

46、eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)ABNAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；A、B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器實(shí)驗(yàn)和理論均以證明：熱電偶回路的熱電動(dòng)實(shí)驗(yàn)和理論均以證明：熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)主要是由接觸電勢(shì)引起的。又由于勢(shì)主要是由接觸電勢(shì)引起的。又由于EAB（T）和）和EAB（T0）的極性相反，所以回路總電勢(shì)為：）的極性相反，所以回路總電勢(shì)為：第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器幾點(diǎn)討論幾點(diǎn)討論如果組成熱

47、電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。由不同電極材料由不同電極材料A、B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度T0恒定恒定時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在一定的溫度范圍內(nèi)一定的溫度范圍內(nèi)僅是熱端溫度僅是熱端溫度T 的單值函的單值函數(shù)。數(shù)。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器1、中間導(dǎo)體定律、

48、中間導(dǎo)體定律二、熱電偶的基本定律二、熱電偶的基本定律 將由將由A A、B B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（T0 0端）斷端）斷開而接入的三種導(dǎo)體開而接入的三種導(dǎo)體C C后，只要冷、熱端的后，只要冷、熱端的T0 0 、T 保持保持不變，則回路的總熱電勢(shì)不變。不變，則回路的總熱電勢(shì)不變。BT0TABT0TT0AC第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器T T0ABT0TT0Cab第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程 此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時(shí)此定律

49、具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時(shí)必須必須接入儀表接入儀表(第三種材料第三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致保持一致(T0 0 )儀表的入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且儀表的入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且A A、B B結(jié)點(diǎn)的焊接結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。方法也可以是任意的。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器2、參考電極定律參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）BT0TACT0TABT0TC 如果兩種導(dǎo)體如果兩種導(dǎo)體A A、B B分別與第三種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體C C所組成的熱電偶所產(chǎn)生所組成的熱電

50、偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢(shì)也是的熱電勢(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢(shì)也是已知的，且已知的，且 根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器證明證明：BT0TACT0TABT0TC第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器3、中間溫度定律、中間溫度定律BT0TABT1TABT0T1A這是中間溫度定律，因?yàn)闊犭妱?shì)與兩個(gè)結(jié)的溫這是中間溫度定律，因?yàn)闊?/p>

51、電勢(shì)與兩個(gè)結(jié)的溫度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處的溫度，則另一個(gè)結(jié)必度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處的溫度，則另一個(gè)結(jié)必須須0，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要測，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要測得得（E表示熱電勢(shì)，表示熱電勢(shì)，A、B表示兩種不同金屬，表示兩種不同金屬，T、T1表示兩個(gè)結(jié)處在表示兩個(gè)結(jié)處在T、T1溫度下），并且可測得溫度下），并且可測得T1，則，則可以查表確定，用可以查表確定，用與與的和，便的和，便可確定可確定T處溫度。處溫度。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器對(duì)電極材料的要求：在同樣的溫差下產(chǎn)生的熱電勢(shì)大，且其熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或近似線性

52、的單值函數(shù)關(guān)系；耐高溫，抗輻射性能好，在較寬的范圍內(nèi)性能穩(wěn)定；電導(dǎo)率高、電阻溫度系數(shù)和比熱容??；復(fù)制性和工藝性好，價(jià)格低廉。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器三、常用的熱電偶三、常用的熱電偶分度分度號(hào)號(hào)名稱名稱測量溫度范圍測量溫度范圍1000 C熱電勢(shì)熱電勢(shì)/mVB鉑銠3030鉑銠6 6501820 C C4.8344.834R鉑銠1313鉑-501768 C C10.50610.506S鉑銠1010鉑-501768 C C9.5879.587K鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻(鋁鋁)-2701370 C C41.27641.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳(康康銅銅)2708

53、00 C C第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱熱電電偶偶分分度度表表第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶鐵康銅熱電偶：靈敏度高鐵康銅熱電偶：靈敏度高高溫?zé)犭娕迹烘u錸系熱電偶，測溫上限可達(dá)高溫?zé)犭娕迹烘u錸系熱電偶，測溫上限可達(dá)2450攝氏度攝氏度低溫?zé)犭娕迹恒~銅錫低溫?zé)犭娕迹恒~銅錫0.005可測可測-271-243攝氏度攝氏度的低溫；鎳鉻鐵金的低溫；鎳鉻鐵金0.03可測可測-269-0攝氏度攝氏度第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)

54、分類普通型普通型第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類鎧裝型鎧裝型第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類隔爆型隔爆型第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器四、熱電偶的使用四、熱電偶的使用1、冷端溫度補(bǔ)償及修正、冷端溫度補(bǔ)償及修正在實(shí)際使用時(shí)，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷在實(shí)際使用時(shí)，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷端離的很近，冷端又暴露于空間，容易受到環(huán)境溫端離的很近，冷端又

55、暴露于空間，容易受到環(huán)境溫度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變，熱電勢(shì)才是被測溫度的單值函數(shù)。保持不變，熱電勢(shì)才是被測溫度的單值函數(shù)。工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0而制而制作的。作的。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（1）0恒溫法恒溫法將熱電偶的

56、冷端置于冰水混合物中，保證冷端溫度恒將熱電偶的冷端置于冰水混合物中，保證冷端溫度恒定為定為0。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢(shì)，再查找該熱電偶。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢(shì)，再查找該熱電偶的分度表，即可得到測量端的溫度。的分度表，即可得到測量端的溫度。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（2）熱電勢(shì)修正法）熱電勢(shì)修正法在實(shí)際使用中，使冷端保持在在實(shí)際使用中，使冷端保持在0很不方便，有很不方便，有時(shí)也使冷端保持在某一恒定的溫度時(shí)也使冷端保持在某一恒定的溫度Tn，這種情況下采，這種情況下采取熱電勢(shì)修正法。取熱電勢(shì)修正法。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(

57、Tn,T0)EAB(T,Tn)實(shí)測值；實(shí)測值；EAB(Tn,T0)冷端為冷端為0時(shí)，工作端為時(shí)，工作端為Tn區(qū)段熱區(qū)段熱電勢(shì)，可查分度表得到，即為修正法。電勢(shì)，可查分度表得到，即為修正法。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（3）電橋補(bǔ)償法）電橋補(bǔ)償法冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabR3RcuR1R2R在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。T0Ua Uba EAB(T,T0)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電

58、式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器(4)、冷端延長線、冷端延長線工業(yè)應(yīng)用時(shí)，被測點(diǎn)與指示儀表之間往往工業(yè)應(yīng)用時(shí)，被測點(diǎn)與指示儀表之間往往有很長的距離，這就要求熱電偶有較長的尺寸，有很長的距離，這就要求熱電偶有較長的尺寸，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過長，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過長，所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動(dòng)的，為上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動(dòng)的，為解決這一問題，采用解決這一問題，采用冷端延長線冷端延長線（或稱冷

59、端補(bǔ)或稱冷端補(bǔ)償導(dǎo)線）。償導(dǎo)線）。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器所謂延長線實(shí)際上是把在一定溫度范圍內(nèi)（一般所謂延長線實(shí)際上是把在一定溫度范圍內(nèi)（一般為為0100）與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長）與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長金屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移金屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，從而消除至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，從而消除冷端溫度變化帶來的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱冷端溫度變化帶來的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢(shì)。電

60、勢(shì)等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢(shì)。BABTT0TNTNA冷端延長線連接示意圖冷端延長線連接示意圖第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器回路總電勢(shì)為回路總電勢(shì)為:Ec=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)=EAB(T,T0)上式證明了回路中總電勢(shì)等于上式證明了回路中總電勢(shì)等于EAB(T,T0)，相，相當(dāng)于冷端直接延伸到了溫度為當(dāng)于冷端直接延伸到了溫度為T0處，但并不能消除處，但并不能消除冷端溫度不為冷端溫度不為0時(shí)產(chǎn)生的影響，應(yīng)用前面介紹的時(shí)產(chǎn)生的影響，應(yīng)用前面介紹的修正方法把冷端修正到修正方法把冷端修正到0。BABTT0TNTNA第九章第九章第

61、九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器應(yīng)用延長線應(yīng)注意：應(yīng)用延長線應(yīng)注意：延長線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，（專用）；延長線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，（專用）；注意極性，不能接反（否則會(huì)造成更大的誤差）；注意極性，不能接反（否則會(huì)造成更大的誤差）；延長線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)溫度必須相同。延長線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)溫度必須相同。熱電偶熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱端為熱端為100。冷。冷端為端為0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)熱電勢(shì)(mV)正極正極負(fù)極負(fù)極材料材料顏色顏色材料材料顏色顏色鉑銠鉑銠鉑鉑鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅鎳鉻鎳鉻考銅考銅鐵鐵考銅考銅銅銅康銅康銅銅銅銅銅鎳、鉻鎳、鉻鐵鐵銅銅

62、紅紅紅紅褐、綠褐、綠白白紅紅鎳銅鎳銅康銅康銅考銅考銅考銅考銅康銅康銅白白白白白白白白白白0.64土土0.034.10士士0.156.95士士0.305.75土土0.254.10土土0.15第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器五、熱電偶測溫線路五、熱電偶測溫線路（1）測量某點(diǎn)溫度的基本電路）測量某點(diǎn)溫度的基本電路熱電偶直接和儀表配用的測溫電路：第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（2）熱電偶反向串聯(lián)電路（溫度差）熱電偶反向串聯(lián)電路（

63、溫度差）將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)連接。將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)連接。圖中圖中A、B是與測量熱電偶熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，電路是與測量熱電偶熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，電路中兩熱電勢(shì)反向串聯(lián)，儀表可測得中兩熱電勢(shì)反向串聯(lián)，儀表可測得T1和和T2之間的溫度差值。之間的溫度差值。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（3）熱電偶并聯(lián)電路）熱電偶并聯(lián)電路用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一起，在每一個(gè)熱電偶用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一起，在每一個(gè)熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻線路中分別串聯(lián)均衡電阻R，并要求熱電偶都工作在線，并要求熱

64、電偶都工作在線性段。性段。根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時(shí)，回路中總根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時(shí)，回路中總的熱電勢(shì)等于熱電偶輸出電勢(shì)之和的平均值，即的熱電勢(shì)等于熱電偶輸出電勢(shì)之和的平均值，即第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（4）熱電偶串聯(lián)電路）熱電偶串聯(lián)電路熱電偶串聯(lián)電路。用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶依次將正負(fù)熱電偶串聯(lián)電路。用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶依次將正負(fù)相連，回路總的熱電勢(shì)為相連，回路總的熱電勢(shì)為這種電路輸出電勢(shì)大，可感應(yīng)較小的信號(hào)。但只要有這種電路輸出電勢(shì)大，可感應(yīng)較小的信號(hào)。但只要有一個(gè)熱電偶斷路，總的熱電勢(shì)消失；若熱電偶短路，一個(gè)熱電偶斷路

65、，總的熱電勢(shì)消失；若熱電偶短路，將會(huì)引起儀表值的下降。將會(huì)引起儀表值的下降。圖3-21 熱電偶多點(diǎn)溫度求和電路第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器9-4 9-4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用集成溫度傳感器是利用晶體管晶體管PN結(jié)的正向壓降隨溫度升高而結(jié)的正向壓降隨溫度升高而降低降低的特性，將晶體管的的特性，將晶體管的PN結(jié)作為感溫元件，把敏感元件、結(jié)作為感溫元件，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成，并把它們封裝在同一殼體里放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成，并把它們封裝在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。的一種一體化溫度檢測元件。它與

66、半導(dǎo)體熱敏電阻一樣具有體積小、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)外，還具它與半導(dǎo)體熱敏電阻一樣具有體積小、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)外，還具有線性好、性能高、價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，雖然由于有線性好、性能高、價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，雖然由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，只能用來測結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，只能用來測1500C以下以下的溫度，但在低溫測量領(lǐng)域仍得到了廣泛的應(yīng)用。的溫度，但在低溫測量領(lǐng)域仍得到了廣泛的應(yīng)用。常用的集成溫度傳感器常用的集成溫度傳感器AD590、LM35和智能溫度控制器和智能溫度控制器DS18B20等。等。第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器（1）AD590的外形和基本測溫電路的外形和基本測溫電路AD590采用金屬殼3腳封裝。其中，1腳為電源正端V+，2腳為電流輸出端V-，3腳為管殼，一般不用。其外形和符號(hào)如圖所示。（a）外形（b）符號(hào)第九章第九章第九章第九章 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本電路。流過AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1k時(shí)，輸出電壓VO隨溫