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1、第六章第六章 熱電式傳感器熱電式傳感器 利用轉(zhuǎn)換元件的電磁參量隨溫度變化的特征，對(duì)溫度和與溫利用轉(zhuǎn)換元件的電磁參量隨溫度變化的特征，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置稱稱熱熱電電式傳感器式傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器:將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化熱電阻傳感器熱電阻傳感器:將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 熱電偶溫度傳器通過(guò)連接導(dǎo)線與顯示儀表相連接組成熱電偶溫度傳器通過(guò)連接導(dǎo)線與顯示儀表相連接組成測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)。熱電偶溫度傳器屬于自發(fā)電性傳感器（有源傳感器）。熱電偶溫度傳器屬于

2、自發(fā)電性傳感器（有源傳感器）。第一節(jié)、熱電偶溫度傳感器第一節(jié)、熱電偶溫度傳感器 熱電偶溫度傳器是熱電偶溫度傳器是利利用導(dǎo)體的用導(dǎo)體的“熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)”制作的儀器，制作的儀器，其敏感元件是其敏感元件是熱電偶。熱電偶。熱電偶熱電偶由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體一端焊接或絞接由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體一端焊接或絞接而成。而成。熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖熱電極熱端冷端TABT0T0冷端通常稱為參考端或自由端冷端通常稱為參考端或自由端熱端通常稱為測(cè)量端或工作端熱端通常稱為測(cè)量端或工作端一、一、熱電偶測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫原理 把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路，當(dāng)兩把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路，當(dāng)

3、兩接點(diǎn)分別置于接點(diǎn)分別置于T T和和T T0 0(設(shè)設(shè)TTTT0 0)兩不同溫度時(shí)，則在回路中就會(huì)兩不同溫度時(shí)，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電勢(shì)，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)，即，即熱電熱電效應(yīng)效應(yīng)。T0TABITT0 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)一、一、熱電偶測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫原理 （一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢(shì)由熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理 （一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生 1、接觸電勢(shì)、接觸電勢(shì) 不同的導(dǎo)體由于材料不同，電子密度不同不同的導(dǎo)體由于材料不同，電子密

4、度不同設(shè)設(shè)NANBNANB。當(dāng)兩種導(dǎo)體相接當(dāng)兩種導(dǎo)體相接觸時(shí)，從觸時(shí)，從A A擴(kuò)散到擴(kuò)散到B B的電子數(shù)比從的電子數(shù)比從B B擴(kuò)散到擴(kuò)散到A A的電子數(shù)多，在的電子數(shù)多，在A A、B B接觸面上形接觸面上形成從成從A A到到B B方向的靜電場(chǎng)方向的靜電場(chǎng) ES ，這個(gè)電場(chǎng)又阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平，這個(gè)電場(chǎng)又阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，則此時(shí)接點(diǎn)處形成電勢(shì)差衡，則此時(shí)接點(diǎn)處形成電勢(shì)差 EAB（T）。BANBNA設(shè)NANBABESEAB（T）接觸電勢(shì)大小表達(dá)式：接觸電勢(shì)大小表達(dá)式：一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理 （一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生2、溫差電勢(shì)、溫差電勢(shì)同一根導(dǎo)體兩

5、端處于同一根導(dǎo)體兩端處于T T和和ToTo不同溫度，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì)。導(dǎo)體不同溫度，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì)。導(dǎo)體A A兩端兩端溫度分別為溫度分別為T T和和ToTo，溫度不同，從而從高溫端跑到低溫端電子數(shù)比低溫端跑，溫度不同，從而從高溫端跑到低溫端電子數(shù)比低溫端跑到高溫端的多，于是在到高溫端的多，于是在高、低溫端之間形成靜電場(chǎng)。與接觸電勢(shì)的形成同高、低溫端之間形成靜電場(chǎng)。與接觸電勢(shì)的形成同理，形成溫差電勢(shì)理，形成溫差電勢(shì)EA(T,To)AEA溫差溫差電勢(shì)大小表達(dá)式：電勢(shì)大小表達(dá)式：EA（T,T0）TT0一、一、熱電偶測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫原理 3 3、熱電偶回路總電勢(shì)、熱電偶回路總電勢(shì)),()(

6、),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABAB)0,()0,(),(00TETETTEABABAB（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生6-7E EABAB(T,To)(T,To)由由A A、B B材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度為材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度為T T和和T T0 0時(shí)的總熱電勢(shì)時(shí)的總熱電勢(shì);E EABAB(T,O)(T,O)由由A A、B B材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度T T處的熱電勢(shì)（冷端溫度為處的熱電勢(shì)（冷端溫度為0 0時(shí)）時(shí)）;E EABAB(To,0)(To,0)由由A A、B B材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度T

7、oTo處的熱電勢(shì)（冷端溫度為處的熱電勢(shì)（冷端溫度為0 0時(shí)）時(shí)）。通常通常熱電偶的溫差電勢(shì)極小，可以忽略；熱電偶回路起熱電偶的溫差電勢(shì)極小，可以忽略；熱電偶回路起決定作用的是接觸電勢(shì)決定作用的是接觸電勢(shì) 熱電回路的總電勢(shì)熱電回路的總電勢(shì) 熱電回路的總電勢(shì)與材料性質(zhì)和冷熱端熱電回路的總電勢(shì)與材料性質(zhì)和冷熱端溫度差溫度差有關(guān)有關(guān)。當(dāng)當(dāng)材料性質(zhì)一定時(shí)，熱電回路的總電勢(shì)只和冷熱端材料性質(zhì)一定時(shí)，熱電回路的總電勢(shì)只和冷熱端溫度差溫度差有關(guān)（成正比關(guān)系）。有關(guān)（成正比關(guān)系）。一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理 3、熱電偶回路總電勢(shì)、熱電偶回路總電勢(shì)（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生（一）熱電勢(shì)的產(chǎn)生在熱電極材料一定時(shí)，

8、在熱電極材料一定時(shí)，EAB(T，T0)成為兩端溫度的函數(shù)，即成為兩端溫度的函數(shù)，即 EAB(T，T0)=f(T)-f(T0)如果冷端溫度如果冷端溫度T0保持恒定保持恒定，則則EAB(T,T0)=f(T)-C 在標(biāo)定熱電偶時(shí)，使在標(biāo)定熱電偶時(shí)，使T。為常數(shù)，。為常數(shù)，熱電偶的熱電勢(shì)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系通常使用熱電偶分度表來(lái)查詢。分度表的編制是在冷端系通常使用熱電偶分度表來(lái)查詢。分度表的編制是在冷端(參考端參考端)溫溫度為度為O Oo oC C時(shí)進(jìn)行的。時(shí)進(jìn)行的?？偨Y(jié)總結(jié) 1 1、由一種均質(zhì)材料、由一種均質(zhì)材料 (導(dǎo)體或半導(dǎo)體導(dǎo)體或半導(dǎo)體)兩端焊接組成閉兩端焊接組成閉合回路，無(wú)

9、論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不合回路，無(wú)論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。2 2、如果熱電偶兩端點(diǎn)溫度相同，盡管由兩種材料焊接、如果熱電偶兩端點(diǎn)溫度相同，盡管由兩種材料焊接組成閉合回路，同樣回路中總電勢(shì)為零。組成閉合回路，同樣回路中總電勢(shì)為零。3 3、熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與材料和端點(diǎn)溫度有關(guān)，、熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與材料和端點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸形狀無(wú)關(guān)。與熱電偶的尺寸形狀無(wú)關(guān)。一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理 （二）熱電偶的基本定律（二）熱電偶的基本定律1 1、中間溫度定律

10、、中間溫度定律 熱電偶回路兩接點(diǎn)熱電偶回路兩接點(diǎn) (溫度為溫度為T T、T To)間熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為間熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T T、TnTn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn n、To時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。證明如下時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。證明如下。=1 1、中間溫度定律、中間溫度定律 熱電偶分度表按冷端溫度為熱電偶分度表按冷端溫度為 O Oo oC C 時(shí)分度時(shí)分度 ，若冷端溫，若冷端溫度不為度不為 O Oo oC C ，則可視實(shí)際冷端溫度，則可視實(shí)際冷端溫度T T。為中間溫度。為中間溫度 TnTn ，則滿足，則滿足 E EABAB(T(T，O)=EO)=EABAB(T,To

11、)+E(T,To)+EABAB(To,O)(6-10)(To,O)(6-10)E EABAB(T,To)=E(T,To)=EABAB(T(T，O)-EO)-EABAB(To,O)(To,O)可根據(jù)熱電偶分度表計(jì)算熱電偶的實(shí)際熱電勢(shì)?？筛鶕?jù)熱電偶分度表計(jì)算熱電偶的實(shí)際熱電勢(shì)。2 2、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接人中間導(dǎo)體在熱電偶回路中接人中間導(dǎo)體 (第三導(dǎo)體第三導(dǎo)體C)C)，只要中，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引人對(duì)熱電偶回路間導(dǎo)體的引人對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響?？傠妱?shì)沒有影響。2 2、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律根據(jù)熱電偶具有根據(jù)熱電偶具有中間導(dǎo)體定

12、律這一特性，可以在其回路中接入電氣中間導(dǎo)體定律這一特性，可以在其回路中接入電氣測(cè)量?jī)x表。實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。測(cè)量?jī)x表。實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。二、二、熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)熱電偶的種類與結(jié)構(gòu) （一）（一）熱電偶的種類熱電偶的種類1、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶2、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)認(rèn)證的性能較好的熱認(rèn)證的性能較好的熱電偶為電偶為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶否則為否則為非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（一）（一）熱電偶的種類熱電偶的種類 目前，經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)目前，經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)(IEC)認(rèn)證的性能較好的認(rèn)證的性能較好的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有8 8種，種，國(guó)際上稱之為

13、國(guó)際上稱之為“字母標(biāo)志熱電偶字母標(biāo)志熱電偶”，即其名稱用專用字母表示，即其名稱用專用字母表示，這個(gè)字母即熱電偶型號(hào)標(biāo)志，稱為分度號(hào)，是各種類型熱電偶的一種這個(gè)字母即熱電偶型號(hào)標(biāo)志，稱為分度號(hào)，是各種類型熱電偶的一種很方便的縮寫形式。熱電偶名稱由熱電極材料命名，正極很方便的縮寫形式。熱電偶名稱由熱電極材料命名，正極寫在前面，寫在前面，負(fù)極寫在后面。如表負(fù)極寫在后面。如表6-16-1所示。所示。名名 稱稱分度號(hào)分度號(hào)名名 稱稱分度號(hào)分度號(hào)鉑銠鉑銠30-鉑銠鉑銠6B鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳硅鎳硅N鉑銠鉑銠13-鉑鉑R鎳鉻鎳鉻-銅鎳銅鎳(康銅康銅)E鉑銠鉑銠10-鉑鉑S鐵鐵-銅鎳銅鎳(康銅康銅)J鎳鉻鎳鉻-鎳

14、硅鎳硅K銅銅-銅鎳銅鎳(康銅康銅)T 1、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（一）（一）熱電偶的種類熱電偶的種類 末經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)末經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)認(rèn)證的熱電偶為認(rèn)證的熱電偶為非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 沒有統(tǒng)一的分度表，也沒有與其配套的顯示儀表。但這些熱沒有統(tǒng)一的分度表，也沒有與其配套的顯示儀表。但這些熱電偶具有某些特殊性能，能滿電偶具有某些特殊性能，能滿足一些特殊條件下測(cè)溫的需要，如足一些特殊條件下測(cè)溫的需要，如超高溫、極低溫、高真空或核輻射環(huán)境超高溫、極低溫、高真空或核輻射環(huán)境。包括：包括：鉑銠系、銥銠系、鎢錸系及金鐵熱電偶、雙鉑鉬等熱電偶鉑銠系、銥銠系、鎢錸系及金鐵熱電偶、雙鉑鉬等熱電偶

15、 2、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（二）（二）熱電偶的結(jié)構(gòu)型（熱電偶的結(jié)構(gòu)型（5種）種）由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒等主要部分組成。由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒等主要部分組成。1、普通型熱電偶、普通型熱電偶(1)熱電極 熱電極作為測(cè)溫敏感元件，是熱電偶溫度傳感器的核心部分，其測(cè)量端通常采用焊接方式構(gòu)成。(2)絕緣套管 兩熱電極之間要求有良好的絕緣，絕緣套管用于防止兩根熱電極短路。(3)保護(hù)管 為延長(zhǎng)熱電偶的使用壽命，使之免受化學(xué)和機(jī)械損傷，通常將熱電極(含絕緣套管)裝人保護(hù)管內(nèi)，起到保護(hù)、固定和支撐熱電極的作用。作為保護(hù)管的材料應(yīng)有較好的氣密性，不便外部介質(zhì)滲透到保護(hù)管內(nèi);有足夠

16、的機(jī)械強(qiáng)度，抗彎抗壓;物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生對(duì)熱電極的腐蝕;高溫環(huán)境使用，耐高溫和抗震性能好。(4)接線盒 熱電偶的接線盒用來(lái)固定接線座和連接外接導(dǎo)線之用，起著保護(hù)熱電極免受外界環(huán)境侵蝕和外接導(dǎo)線與接線柱良好接觸的作用。接線盒一般由鋁合金制成，根據(jù)被測(cè)介質(zhì)溫度對(duì)象和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件要求，設(shè)計(jì)成普通型、防濺型、防水型、防爆型等接線盒。接線盒與感溫元件、保護(hù)管裝配成熱電偶產(chǎn)品即形成相應(yīng)類型的熱電偶溫度傳感器。如圖6-9所示。2、鎧裝型熱電偶、鎧裝型熱電偶 它是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)焊接密封和裝配等工藝制成它是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)焊接密封和裝配等工藝制成的堅(jiān)實(shí)的組合體。的堅(jiān)實(shí)的組合

17、體。3、薄膜型熱電偶、薄膜型熱電偶4、表面型熱電偶、表面型熱電偶 5、浸入式熱電偶、浸入式熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，它的測(cè)量端既小又薄，熱容量很小，可用于微小面積上溫度測(cè)量它的測(cè)量端既小又薄，熱容量很小，可用于微小面積上溫度測(cè)量;動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可測(cè)量快速變化的表面溫度。態(tài)響應(yīng)快，可測(cè)量快速變化的表面溫度。主要用于測(cè)量金屬塊、爐壁、渦輪葉片、軋輥等固體表面溫度。主要用于測(cè)量金屬塊、爐壁、渦輪葉片、軋輥等固體表面溫度。主要用于測(cè)量鋼水、銅水、鋁水以及熔融合金的溫度。主要用于測(cè)量鋼水、銅水、鋁水以及熔融

18、合金的溫度。三、三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 (一一)補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理可知，熱電偶回路的根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理可知，熱電偶回路的熱電勢(shì)的大小熱電勢(shì)的大小不僅與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)不僅與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫，只有當(dāng)冷端溫度保持不變，熱電勢(shì)才是被測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。度保持不變，熱電勢(shì)才是被測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。(二二)冷端溫度校正法冷端溫度校正法(三三)冰浴法冰浴法(四四)補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 三、三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 補(bǔ)償導(dǎo)線是由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金補(bǔ)償導(dǎo)線是由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)

19、屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)(0(0100100*C)C)與所配接的熱電偶具有相同的熱電與所配接的熱電偶具有相同的熱電特性的特殊導(dǎo)線。特性的特殊導(dǎo)線。用補(bǔ)償導(dǎo)線用補(bǔ)償導(dǎo)線 (連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線)連接熱電偶連接熱電偶和顯示儀表，根據(jù)中間溫度定律，熱電偶和顯示儀表，根據(jù)中間溫度定律，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生的熱電勢(shì)之和為與補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生的熱電勢(shì)之和為E(tE(t，to)to)，因此補(bǔ)償導(dǎo)線的使用相當(dāng)于將熱電極延伸因此補(bǔ)償導(dǎo)線的使用相當(dāng)于將熱電極延伸至與顯示儀表的接線端，使回路熱電勢(shì)僅至與顯示儀表的接線端，使回路熱電勢(shì)僅與熱端和補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表接線端與熱端和補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表接線端 (新冷端新冷端)溫度溫度t t

20、0 0有關(guān)，而與熱電偶接線盒處有關(guān)，而與熱電偶接線盒處(原冷端原冷端)溫度溫度t t0 0 變化無(wú)關(guān)。變化無(wú)關(guān)。(一一)補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線t t0 0t t0 0常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線見表常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線見表6-26-2補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線配用配用補(bǔ)償導(dǎo)線材料補(bǔ)償導(dǎo)線材料 補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層著色補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層著色 正極正極 負(fù)極負(fù)極正極正極負(fù)極負(fù)極SCSC S S 銅銅 銅鎳合金銅鎳合金 紅色紅色 綠色綠色 KCK銅銅銅鎳合金銅鎳合金 紅色紅色 藍(lán)色藍(lán)色 KX K鎳鉻合金鎳鉻合金鎳硅合金鎳硅合金 紅色紅色 黑色黑色表表6-26-2(二)冷端溫度校正法 0t0tE已知冷端溫度t0，根據(jù)中間溫度定律，應(yīng)用下式

21、進(jìn)行修正：E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)(614)其中，E(t，t0)為回路實(shí)際熱電勢(shì)。1計(jì)算修正法 配用補(bǔ)償導(dǎo)線，將冷端延伸至溫度基本恒定的地方，但新冷端若配用補(bǔ)償導(dǎo)線，將冷端延伸至溫度基本恒定的地方，但新冷端若不恒為不恒為0 00 0C C，配用按分，配用按分度表刻度的溫度顯示儀表，必定會(huì)引起測(cè)量誤度表刻度的溫度顯示儀表，必定會(huì)引起測(cè)量誤差，必須予以校正。差，必須予以校正。2機(jī)械零位調(diào)整法機(jī)械零位調(diào)整法當(dāng)冷端溫度比較恒定時(shí)，工程上常用儀表機(jī)械零位調(diào)整法。如動(dòng)當(dāng)冷端溫度比較恒定時(shí)，工程上常用儀表機(jī)械零位調(diào)整法。如動(dòng)圈儀表的使用，可在儀表未工作時(shí)，直接將儀表機(jī)械零位調(diào)至冷圈儀表的

22、使用，可在儀表未工作時(shí)，直接將儀表機(jī)械零位調(diào)至冷端溫度處。由于外線路電勢(shì)輸人為零，調(diào)整機(jī)械零位相當(dāng)于預(yù)先端溫度處。由于外線路電勢(shì)輸人為零，調(diào)整機(jī)械零位相當(dāng)于預(yù)先給儀表輸入一個(gè)電勢(shì)給儀表輸入一個(gè)電勢(shì)E(E(t0,0),0)。當(dāng)接人熱電偶后，外電路熱電勢(shì)。當(dāng)接人熱電偶后，外電路熱電勢(shì)E E（t,to)t,to)與表內(nèi)預(yù)置電勢(shì)與表內(nèi)預(yù)置電勢(shì)E(to,0)E(to,0)迭加，使回路總電勢(shì)正好迭加，使回路總電勢(shì)正好E(t,O)E(t,O)，儀表直接指示出熱端溫度儀表直接指示出熱端溫度t t(三)冰浴法(四)補(bǔ)償電橋法 實(shí)驗(yàn)室常采用冰浴法使冷端溫度保持為恒定實(shí)驗(yàn)室常采用冰浴法使冷端溫度保持為恒定0oC，來(lái)

23、，來(lái)對(duì)熱電偶進(jìn)行熱電勢(shì)值的校驗(yàn)對(duì)熱電偶進(jìn)行熱電勢(shì)值的校驗(yàn)。補(bǔ)償電橋法利用不平補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡衡電橋產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償因冷端溫電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償因冷端溫度變化而引起的熱電度變化而引起的熱電勢(shì)變勢(shì)變化值，可以自動(dòng)化值，可以自動(dòng)地將冷端溫度校正到地將冷端溫度校正到補(bǔ)償電橋的補(bǔ)償電橋的平平衡點(diǎn)溫衡點(diǎn)溫度上。度上。四、四、熱電偶測(cè)量線路熱電偶測(cè)量線路 (有有4 種）種）熱電偶熱電偶顯示儀表顯示儀表連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線 1 1測(cè)量單點(diǎn)溫度的基本測(cè)溫線路測(cè)量單點(diǎn)溫度的基本測(cè)溫線路2測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫差的測(cè)溫線路測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫差的測(cè)溫線路 用兩只同型號(hào)用兩只同型號(hào)的熱電偶，的熱電偶，配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線

24、，采用反配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，采用反向連接方式，這時(shí)儀表即可測(cè)向連接方式，這時(shí)儀表即可測(cè)得兩點(diǎn)溫度之差得兩點(diǎn)溫度之差。Et=EAB(t1)-EAB(t2)3 3測(cè)量平均溫度的測(cè)溫線路測(cè)量平均溫度的測(cè)溫線路 測(cè)量平均溫度的方法通常用幾只相同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一測(cè)量平均溫度的方法通常用幾只相同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一起。起。R遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于熱電偶內(nèi)阻，熱電偶內(nèi)阻，為均衡電阻。為均衡電阻。Et=（E1+E2+E3）/34測(cè)量幾點(diǎn)溫度之和的測(cè)溫線路測(cè)量幾點(diǎn)溫度之和的測(cè)溫線路 既可測(cè)既可測(cè)幾點(diǎn)溫度之和又可幾點(diǎn)溫度之和又可測(cè)幾點(diǎn)平均溫度。測(cè)幾點(diǎn)平均溫度。Et=E1+E2+E3 E平均平均=Et/35若干只熱電偶共

25、用一臺(tái)儀表的測(cè)量線路若干只熱電偶共用一臺(tái)儀表的測(cè)量線路 第二節(jié)第二節(jié) 電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器 熱電偶傳感器熱電偶傳感器主有用于測(cè)量主有用于測(cè)量-2701802范圍內(nèi)范圍內(nèi)的溫度。的溫度。電阻式傳感器電阻式傳感器廣泛被用于測(cè)量一廣泛被用于測(cè)量一200+960范范圍內(nèi)的溫度。圍內(nèi)的溫度。什么是電阻式溫度傳感器？什么是電阻式溫度傳感器？利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的性質(zhì)而工作利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的性質(zhì)而工作的，用儀表測(cè)量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值對(duì)應(yīng)的的，用儀表測(cè)量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值。溫度值。第二節(jié)第二節(jié) 電阻式溫度傳感器

26、電阻式溫度傳感器 金屬熱電阻傳感器金屬熱電阻傳感器稱熱電阻稱熱電阻半導(dǎo)體熱電阻傳感半導(dǎo)體熱電阻傳感稱熱敏電阻稱熱敏電阻分類分類：一、熱電阻一、熱電阻(一一)熱電阻測(cè)溫原理熱電阻測(cè)溫原理 熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而增大的特性熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而增大的特性來(lái)測(cè)量溫度的。溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)來(lái)測(cè)量溫度的。溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻力增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，總電阻值增加。阻力增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，總電阻值增加。熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系為：熱電阻的阻值與溫度的關(guān)

27、系為：Rt=Ro(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)(619)式中：R0為熱電阻在0時(shí)的電阻值A(chǔ)、B、C、D為為溫度系數(shù) 一、熱電阻一、熱電阻 為了準(zhǔn)確地測(cè)出電阻為了準(zhǔn)確地測(cè)出電阻的大小以反映溫度的高的大小以反映溫度的高低，常采用電橋來(lái)測(cè)量低，常采用電橋來(lái)測(cè)量R Rt t阻值的變化，并轉(zhuǎn)化阻值的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出為電壓輸出U U。在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，U U與與R Rt t有良好的線性關(guān)系。有良好的線性關(guān)系。(一一)熱電阻測(cè)溫原理熱電阻測(cè)溫原理(一一)熱電阻測(cè)溫原理熱電阻測(cè)溫原理 當(dāng)連接導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，當(dāng)連接導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻R1R1隨溫度的變隨溫度的變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。為化會(huì)

28、影響測(cè)量結(jié)果。為解決此問(wèn)題，工業(yè)上常解決此問(wèn)題，工業(yè)上常采用三線制接法。采用三線制接法。(二二)常用熱電阻及結(jié)構(gòu)常用熱電阻及結(jié)構(gòu) 常用熱電阻有常用熱電阻有：1 1、鉑電阻、鉑電阻2 2、銅電阻、銅電阻 目前中國(guó)常用的鉑電阻有兩種，分度號(hào)目前中國(guó)常用的鉑電阻有兩種，分度號(hào)Ptl00和和Ptl0，最常，最常用的是用的是Ptl00，R(0)=100.00，純度為純度為R（100）/R（0）=1.3851 分度表分度表.常用測(cè)溫范圍常用測(cè)溫范圍-200850 1鉑電阻鉑電阻(WZP型號(hào)）型號(hào)）(二二)常用熱電阻及結(jié)構(gòu)常用熱電阻及結(jié)構(gòu) 1鉑電阻鉑電阻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 銀引出線鉑絲云母骨架銀綁帶保護(hù)套管石英骨架2

29、銅電阻（銅電阻（WZC型號(hào)）型號(hào)）目前我國(guó)工業(yè)上用的銅電阻分度號(hào)為目前我國(guó)工業(yè)上用的銅電阻分度號(hào)為Cu50Cu50和和Cul00Cul00.純度為純度為R R（100100）/R/R（00）=1.428=1.4280.0020.002。常用測(cè)溫范圍常用測(cè)溫范圍-50-50150150銅電阻結(jié)構(gòu)銅電阻結(jié)構(gòu)二、熱敏電阻二、熱敏電阻熱敏電阻是半導(dǎo)體測(cè)溫元件熱敏電阻是半導(dǎo)體測(cè)溫元件。分類：分類：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)(NTC)MFMF型型正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)(PTC)MZMZ型型(一一)測(cè)溫原理及特性測(cè)溫原理及特性 NTC NTC熱敏電阻研制得較早，也

30、較成熟。最常見的是由熱敏電阻研制得較早，也較成熟。最常見的是由金屬氧化物組成的。如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物金屬氧化物組成的。如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物混合燒結(jié)而成?；旌蠠Y(jié)而成。根據(jù)不同的用途，根據(jù)不同的用途，NTC又可以分為兩大類。又可以分為兩大類。第一類用于測(cè)量溫度第一類用于測(cè)量溫度。它的電阻值與溫度之間呈負(fù)的指數(shù)關(guān)系。它的電阻值與溫度之間呈負(fù)的指數(shù)關(guān)系。第二類為負(fù)的突變型第二類為負(fù)的突變型，當(dāng)其溫度上升到某設(shè)定值時(shí)，其電阻值突，當(dāng)其溫度上升到某設(shè)定值時(shí)，其電阻值突然下降，多用于各種電子電路中抑制浪涌電流，起保護(hù)作用。然下降，多用于各種電子電路中抑制浪涌電流，起保護(hù)作用。(一一

31、)測(cè)溫原理及特性測(cè)溫原理及特性 PTC PTC熱敏電阻通常是在鈦酸鋇陶瓷中加入施主雜質(zhì)以熱敏電阻通常是在鈦酸鋇陶瓷中加入施主雜質(zhì)以增大電阻溫度系數(shù)。它的溫度增大電阻溫度系數(shù)。它的溫度-電阻特性曲線呈非線性，電阻特性曲線呈非線性，它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。當(dāng)流過(guò)它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。當(dāng)流過(guò)PTC的電流超的電流超過(guò)一定限度或過(guò)一定限度或PTC感受到的溫度超過(guò)一定限度時(shí)，其電阻值突感受到的溫度超過(guò)一定限度時(shí)，其電阻值突然增大。然增大。熱敏電阻熱敏電阻溫度特性曲線溫度特性曲線 負(fù)的突變型負(fù)的突變型NTC負(fù)指數(shù)型負(fù)指數(shù)型NTC正線性型正線性型PTC正突變型正突變型PTC熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱

32、敏電阻結(jié)構(gòu)正溫度負(fù)溫度二、熱敏電阻二、熱敏電阻應(yīng)用應(yīng)用 熱敏電阻具有尺寸小、響應(yīng)速度快、阻值大、靈敏度熱敏電阻具有尺寸小、響應(yīng)速度快、阻值大、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此它在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)品型高等優(yōu)點(diǎn)，因此它在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)不同，其適用范圍也各不相同，具體有以下三方面。號(hào)不同，其適用范圍也各不相同，具體有以下三方面。1熱敏電阻測(cè)溫?zé)崦綦娮铚y(cè)溫2熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償 3熱敏電阻用于溫度控制熱敏電阻用于溫度控制 1 1、繼電保護(hù)、繼電保護(hù)2 2、溫度上下限報(bào)警、溫度上下限報(bào)警LED2溫度上限報(bào)警溫度上限報(bào)警 LED1溫度下限報(bào)警溫度下限報(bào)警 問(wèn)題：運(yùn)放

33、接成比較工作方式，無(wú)零輸出。問(wèn)題：運(yùn)放接成比較工作方式，無(wú)零輸出。第第三三節(jié)節(jié)PNPN結(jié)型溫度傳感器結(jié)型溫度傳感器 PNPN結(jié)測(cè)溫傳感器是利用半導(dǎo)體材料和器件的某些性能參數(shù)的溫度結(jié)測(cè)溫傳感器是利用半導(dǎo)體材料和器件的某些性能參數(shù)的溫度依賴性，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、控制和補(bǔ)償功能。依賴性，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、控制和補(bǔ)償功能。PNPN結(jié)溫度傳感器和前兩種測(cè)溫傳感器相比，最大優(yōu)點(diǎn)是輸出特性結(jié)溫度傳感器和前兩種測(cè)溫傳感器相比，最大優(yōu)點(diǎn)是輸出特性呈線性，且測(cè)溫精度高。呈線性，且測(cè)溫精度高。一、一、溫敏二極管溫敏二極管 在一定的電流模式下，在一定的電流模式下，PNPN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有很好的線結(jié)的正向電壓

34、與溫度之間具有很好的線性關(guān)系。（例如砷化嫁和硅溫敏二極管在性關(guān)系。（例如砷化嫁和硅溫敏二極管在1-400K1-400K范圍的溫度表范圍的溫度表現(xiàn)現(xiàn)為良好的線性。）為良好的線性。）基本特性基本特性（UFT）對(duì)于不同的工作電流，溫敏二極管的對(duì)于不同的工作電流，溫敏二極管的UFT關(guān)系是不同的關(guān)系是不同的;但是但是UFT之間總之間總是線性系。例如圖是線性系。例如圖6-226-22所示的所示的2 2DWMlDWMl型硅溫敏二極管，在恒流下，型硅溫敏二極管，在恒流下，UFT在在-50-+1550-+15O Oo oC C范內(nèi)，呈很好的線性關(guān)系。范內(nèi)，呈很好的線性關(guān)系。二、溫敏三極管二、溫敏三極管 晶體管發(fā)

35、射結(jié)上的正向電壓隨溫度上升而近似線性下降，這種特晶體管發(fā)射結(jié)上的正向電壓隨溫度上升而近似線性下降，這種特性與二極管十分相似，但晶體管表現(xiàn)出比二極管更好的線性和互性與二極管十分相似，但晶體管表現(xiàn)出比二極管更好的線性和互換性。換性。在不同的在不同的Ic情況下，溫敏晶體管的情況下，溫敏晶體管的Ube電壓與溫度電壓與溫度T的實(shí)際結(jié)果。的實(shí)際結(jié)果。三、集成溫度傳感器三、集成溫度傳感器 就是在一塊極小的半導(dǎo)體芯片上集成了包括就是在一塊極小的半導(dǎo)體芯片上集成了包括溫度敏感器件溫度敏感器件（溫溫敏三敏三極管）極管）、信號(hào)、信號(hào)放大電路放大電路、溫度補(bǔ)償電路溫度補(bǔ)償電路、基準(zhǔn)電源電路等在內(nèi)的各個(gè)單、基準(zhǔn)電源電路

36、等在內(nèi)的各個(gè)單元，它使傳感器和集成電路融為一體元，它使傳感器和集成電路融為一體。集成溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶溫度計(jì)相比最大的優(yōu)點(diǎn)是：集成溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶溫度計(jì)相比最大的優(yōu)點(diǎn)是：線性度好線性度好 、靈敏度高、靈敏度高 、輸出信號(hào)大，且規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化、輸出信號(hào)大，且規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化 集成溫度傳感器按信號(hào)輸出形式分為：電流型集成溫度傳感器按信號(hào)輸出形式分為：電流型 、電壓型電壓型（一）、集成傳感器概念（二）、優(yōu)點(diǎn)（二）、優(yōu)點(diǎn)（三）、AD590AD590系列集成溫度傳感器系列集成溫度傳感器 AD590AD590是電流型集成溫度傳感器，其輸出電流與環(huán)境絕對(duì)是電流型集成溫度傳感器，其輸出

37、電流與環(huán)境絕對(duì)溫度成正比，所以可以直接制成絕對(duì)溫度儀。溫度成正比，所以可以直接制成絕對(duì)溫度儀。AD590AD590有有I I、J J、K K、L L、M M等型號(hào)系列，采用金屬管殼封裝。等型號(hào)系列，采用金屬管殼封裝。外形圖外形圖電路符號(hào)電路符號(hào)電源+電流輸出端（四）、AN6701SAN6701S集成溫度傳感器集成溫度傳感器 是電壓型集成溫度傳感器，其輸出電壓是電壓型集成溫度傳感器，其輸出電壓U U0 0和溫和溫度成正比。它采用塑料度成正比。它采用塑料封裝，外形如圖封裝，外形如圖所示。所示。PNPN結(jié)型溫度傳感器應(yīng)用結(jié)型溫度傳感器應(yīng)用 1 1、溫敏二極管溫度調(diào)節(jié)器溫敏二極管溫度調(diào)節(jié)器 2 2、溫

38、敏三極管溫敏三極管 溫差檢測(cè)電路溫差檢測(cè)電路3-13-1、采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì) 1R1R1R3R3R4R4R5R52K2K20K20K15K15K100K100K數(shù)字溫度計(jì)數(shù)字溫度計(jì)-12V-12V+12V+12V2 23 34 47 76 6+12V+12V+-5.1V5.1V接數(shù)字電壓表接數(shù)字電壓表-12V-12V3-2、采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)、采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì) 27016包括包括A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘發(fā)生器、參考電壓源、發(fā)生器、參考電壓源、BCD七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器。七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器。34：參考高：參考高33：參考低：參考低31：輸入高：輸入高32：公共：公共30：輸入低：輸入低ININ電壓表電壓表差放差放熱電偶熱電偶（圖1）熱電偶測(cè)溫電路1（圖1）熱電偶測(cè)溫電路1實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2ININ電壓表電壓表熱敏熱敏（圖2）熱敏電阻測(cè)溫電路2（圖2）熱敏電阻測(cè)溫電路2RtRtVoVo溫度變換器溫度變換器增益增益