GOpapershitpot_PowerPoint演示文稿_chenwp 3557669

1、2007 第四講第四講 溫度傳感器溫度傳感器200720072007200720072007200720079090273.15tT2007200720072007 溫度是一個狀態(tài)量。從超低溫到超高溫測量范圍極寬，測量對象溫度是一個狀態(tài)量。從超低溫到超高溫測量范圍極寬，測量對象涉及許多方面。理論上溫度被抽象地定義為熱力學上的溫度標。在實涉及許多方面。理論上溫度被抽象地定義為熱力學上的溫度標。在實用上則采用用上則采用19681968年所制定的國際實用溫度標（年所制定的國際實用溫度標（International Practical International Practical Temperatu

2、re Scale of 1968Temperature Scale of 1968，縮寫為，縮寫為IPTS-68)IPTS-68)。如圖所示，在。如圖所示，在IPTS-68IPTS-68中定義了中定義了各種定點在這些定點之間還加進三種標準溫度計，使之成為各種定點在這些定點之間還加進三種標準溫度計，使之成為個完整個完整的體系。在圖中還有一些以電量為輸出的工業(yè)溫度計的使用范圍及精度的體系。在圖中還有一些以電量為輸出的工業(yè)溫度計的使用范圍及精度的概略說明。的概略說明。 20072007 第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器二端、三端、四端器件，二端、三端、四端器件，PN結(jié)壓降、集成溫度傳感

3、器結(jié)壓降、集成溫度傳感器一一、溫敏二極管（二端器件）和溫敏晶體管、溫敏二極管（二端器件）和溫敏晶體管 原理：基于半導(dǎo)體的原理：基于半導(dǎo)體的PN的結(jié)壓降的結(jié)壓降UF與溫度與溫度T的關(guān)系。的關(guān)系。 PN PN結(jié)型熱敏器件結(jié)型熱敏器件0gqUkTsIB TeDqUkTDsII e晶體二極管晶體二極管PNPN結(jié)熱敏器件結(jié)熱敏器件式中式中,q,q為電子電荷量為電子電荷量,k,k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù),T,T為絕對溫度為絕對溫度, ,I Is s為反為反向飽和電流。它可寫為向飽和電流。它可寫為 qUqUg0g0為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度;B;B和和為兩個常數(shù)為兩個常數(shù), ,其數(shù)值與

4、器件其數(shù)值與器件的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。 將將1 1式取對數(shù)并考慮到式取對數(shù)并考慮到2 2式式, ,得得0lnlnlnDDgkTkTkTUIUBTqqqlnlnlnDDdUkkkkIBTdTqqqq從以上二式得到溫度靈敏度為從以上二式得到溫度靈敏度為 0gDDUUdUkdTTq 2/DdUmV KdT k=8.63k=8.631010-5-5eV/KeV/K，當半導(dǎo)體材料選定為硅，則，當半導(dǎo)體材料選定為硅，則U Ugogo=1.172V=1.172V，設(shè)設(shè)U UD D=0.65V=0.65V，T=300KT=300K，=3.5=3.5，則得，則得0lnlnlnDDgkTkTkTUI

5、UBTqqq即此條件下，溫度每升高即此條件下，溫度每升高11，PNPN結(jié)正向電壓下降結(jié)正向電壓下降2mV2mV02060100140180220260300FJT1000(100 A)FD300(100 A)FD200(100 A)FD200(10 A)溫度 / K正方向電壓 / V 硅二極管正向電壓的溫度特性硅二極管正向電壓的溫度特性 溫度特性溫度特性 如圖所示。利用二極管如圖所示。利用二極管V VD D、R R1 1、R R2 2、R R3 3和和R RW W組成一電橋電路組成一電橋電路, ,再用運算放大器把電橋輸出電信號放大并起到阻抗變換作用再用運算放大器把電橋輸出電信號放大并起到阻抗變

6、換作用, ,可提可提高信號的質(zhì)量。高信號的質(zhì)量。R1R2R3R4R5R6RfVRWVD 二極管測溫電路二極管測溫電路 二極管測溫電路二極管測溫電路(1)BEqUkTEseIIe式中式中,I,IE E為發(fā)射極電流為發(fā)射極電流,U,UBEBE為發(fā)射結(jié)壓降為發(fā)射結(jié)壓降,I,Isese為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。 因為在室溫時因為在室溫時,kT/q=36mV,kT/q=36mV左右左右, ,因此因此, ,在一般發(fā)射結(jié)正向偏置的在一般發(fā)射結(jié)正向偏置的條件下條件下, ,都能滿足都能滿足U UBEBEkT/qkT/q的條件的條件, ,這時上式可以近似為這時上式可以近似為BEqUkTEse

7、II e 晶體三極管溫度傳感器晶體三極管溫度傳感器 對上式取對數(shù),得 lnEBEsekTIUqIlnEseIkaqI令常數(shù)，則BEUaT 由上式可知由上式可知, ,溫度溫度T T與發(fā)射結(jié)壓降與發(fā)射結(jié)壓降U UBEBE有對應(yīng)關(guān)系有對應(yīng)關(guān)系, ,我們可根據(jù)這一關(guān)系我們可根據(jù)這一關(guān)系通過測量通過測量U UBEBE來測量溫度來測量溫度T T值值, ,且在溫度不太高的情況下且在溫度不太高的情況下, ,兩者近似成線性關(guān)兩者近似成線性關(guān)系系, ,其靈敏度為其靈敏度為 lnBEEsedUIkadTqI常數(shù) 圖為硅半導(dǎo)體晶體管的基極圖為硅半導(dǎo)體晶體管的基極發(fā)射極間電壓發(fā)射極間電壓U UBEBE和集電極電流和集電

8、極電流I IC C關(guān)系關(guān)系的溫度特性。的溫度特性。U UBEBE具有大約具有大約-2.3mV/ -2.3mV/ 的溫度系數(shù)，利用這一現(xiàn)象可以的溫度系數(shù)，利用這一現(xiàn)象可以制成高精度、超小型的溫度傳感器，測溫范圍為制成高精度、超小型的溫度傳感器，測溫范圍為-50-200 -50-200 左右。左右。 00.20.40.60.81.01.210610410210102383 K355.8300.5255.2223.3176.8124.777.5UBE / VIC / A U UBEBE與與I IC C的溫度特性的溫度特性溫度特性溫度特性20072007二、集成溫度傳感器二、集成溫度傳感器 1電流輸出

9、型集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器 代表性器件：代表性器件：AD590的主要參數(shù)（二端器件）的主要參數(shù)（二端器件） 靜態(tài)輸出：靜態(tài)輸出：+25 5C (298.2K) 298.2A（+25C and VS = +5 V） 測溫范圍：測溫范圍：55 +150 C 動態(tài)輸出：動態(tài)輸出：1A/K（+25C and VS = +5 V） 工作電壓：工作電壓： + 4 V to +30 V. 特點：特別適合遠距離測溫！特點：特別適合遠距離測溫！AD590的封裝、符號及典型應(yīng)用的封裝、符號及典型應(yīng)用.集成（集成（IC）溫度傳感器）溫度傳感器（如如AD590AD590，美國模擬器件公司，美國模擬器件公

10、司 ）111222lnlnEBEseEBEsekTIUqIkTIUqI則兩個晶體管發(fā)射結(jié)壓降差則兩個晶體管發(fā)射結(jié)壓降差121221lnEseBEBEBEEsekTI IUUUqIIlnEBEsekTIUqI 原理：原理：12lnCBECkTIUqI UUBEBE經(jīng)后級放大器放大后經(jīng)后級放大器放大后, ,可使傳感器的輸出隨溫度產(chǎn)生可使傳感器的輸出隨溫度產(chǎn)生10mV/10mV/的變化量。的變化量。 ICIC溫度傳感器的設(shè)計原理是溫度傳感器的設(shè)計原理是, ,對于集電極電流比對于集電極電流比一定的兩個晶體管一定的兩個晶體管, ,其其U UBEBE之差之差UUBEBE與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 電壓輸出型

11、電壓輸出型ICIC溫度傳感器原理圖溫度傳感器原理圖 V1V2R1R2I2I1GNDVUscR3 ICIC溫度傳感器按輸出方式可分為電壓輸出型和電流輸出型。圖溫度傳感器按輸出方式可分為電壓輸出型和電流輸出型。圖為電壓輸出型為電壓輸出型ICIC溫度傳感器原理圖。圖中溫度傳感器原理圖。圖中V V1 1、V2V2為集電極電流分別為集電極電流分別為為I I1 1、I I2 2的兩個性能相同的晶體管。的兩個性能相同的晶體管。 電壓輸出型電壓輸出型ICIC溫度傳感器放大器的原理框圖溫度傳感器放大器的原理框圖 21傳 感 器3VV4輸 入輸 出50 k10 mV / K放 大 器放大器的原理框圖。放大器的原理

12、框圖。 電流輸出型電流輸出型ICIC溫度傳感器原理圖溫度傳感器原理圖 V1V2V4V3RUTv電流輸出型電流輸出型ICIC溫度傳感器原理圖如圖所示。從圖中不難看出溫度傳感器原理圖如圖所示。從圖中不難看出: :U UBE1BE1= =U UBE2BE2; ; I IC3C3= =I IC4C4ln80.1792/TkTUmV Kq 圖中集電極電流由圖中集電極電流由U UT T/R/R決定決定, ,電路中流過的電流為流過電路中流過的電流為流過R R的電的電流的流的2 2倍。取倍。取R=358,R=358,則可獲得靈敏度為則可獲得靈敏度為1A/K1A/K的溫度傳感器。的溫度傳感器。200720072

13、0072007芯片基底20072電壓輸出型集成溫度傳感器電壓輸出型集成溫度傳感器代表性器件：代表性器件：LM135的主要參數(shù)（三端器件）的主要參數(shù)（三端器件）靜態(tài)輸出：靜態(tài)輸出： 2.98V（+25 and IR =1mA）測溫范圍：測溫范圍：55 +150 （LM135） 動態(tài)電阻：動態(tài)電阻：0.6（+25 and IR =1mA）動態(tài)輸出：動態(tài)輸出：10mV/ LM135、LM235、LM335的封裝外外形及引線的封裝外外形及引線基本應(yīng)用電路基本應(yīng)用電路恒流源供電電路恒流源供電電路靜態(tài)輸出調(diào)整電路靜態(tài)輸出調(diào)整電路串聯(lián)擴展串聯(lián)擴展靈敏度電路靈敏度電路2007可歸零電路（可歸零電路（t =0；

14、V0 =0）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)2K電位器，可以實現(xiàn)當溫度為電位器，可以實現(xiàn)當溫度為0時，電路輸出為零。時，電路輸出為零。2007LM135溫差測量電路溫差測量電路用于測量兩個溫度傳感器的溫度差用于測量兩個溫度傳感器的溫度差2007 3數(shù)字輸出型集成溫度傳感器數(shù)字輸出型集成溫度傳感器 （頻率、（頻率、I2C總線、一總線輸出型）總線、一總線輸出型） AD7414 /I2C總線總線10位位數(shù)字溫度傳感數(shù)字溫度傳感器器 工作電壓：工作電壓：+2.7V to +5.5V. 封裝外形：封裝外形：SOT-23 測溫范圍：測溫范圍：- 40 to +85 測溫精度：測溫精度： 2（分辨率（分辨率0.25） DS1820

15、型型8/16一總線一總線數(shù)字溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器 DS1820有關(guān)參數(shù)有關(guān)參數(shù) 工作電壓：工作電壓：+3V to +5.5V. 封裝外形：封裝外形：PR35 測溫范圍：測溫范圍：-55 to +125 測溫精度：測溫精度： 1（分辨率（分辨率0.2）2007 4可編程半導(dǎo)體集成溫控開關(guān)電路可編程半導(dǎo)體集成溫控開關(guān)電路 典型器件舉例典型器件舉例AD22105 當器件溫度超過編程設(shè)置點溫度（由編程電阻當器件溫度超過編程設(shè)置點溫度（由編程電阻RSET決定）時，決定）時，2腳腳所連接的內(nèi)部三極管導(dǎo)通（所連接的內(nèi)部三極管導(dǎo)通（2腳為集電極），輸出低電平，吸入電流可腳為集電極），輸出低電平，吸入電流可

16、達達10mA。200720072007200720072007200720072007第二節(jié)第二節(jié) 熱電阻傳感器熱電阻傳感器熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡稱熱電阻，后者簡稱熱敏電阻。一一.熱電阻熱電阻1.熱電阻材料的特點熱電阻材料的特點熱電阻材料必須具有以下特點：熱電阻材料必須具有以下特點：(1).高溫度系數(shù)、高電阻率。這樣在同樣條件下可加快反應(yīng)速度，高溫度系數(shù)、高電阻率。這樣在同樣條件下可加快反應(yīng)速度，提高靈敏度，減小體積和重量。提高靈敏度，減小體積和重量。(2).化學、物理性能穩(wěn)定。以保證在使用溫度范圍內(nèi)熱電阻的測量化學、物理性能穩(wěn)定。以保證在使用溫度范圍內(nèi)熱

17、電阻的測量準確性。準確性。(3).良好的輸出特性。即必須有線性的或者接近線性的輸出。良好的輸出特性。即必須有線性的或者接近線性的輸出。(4).良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。適宜制作熱電阻的材料有鉑、銅、鎳、鐵等。適宜制作熱電阻的材料有鉑、銅、鎳、鐵等。200720072.鉑、銅熱電阻的特性鉑、銅熱電阻的特性鉑、銅為應(yīng)用最廣的熱電阻材料。雖然鐵、鎳的溫度系數(shù)和電阻率鉑、銅為應(yīng)用最廣的熱電阻材料。雖然鐵、鎳的溫度系數(shù)和電阻率均比鉑、銅要高，但由于存在著不易提純和非線性嚴重的缺點，因均比鉑、銅要高，但由于存在著不易提純和非線性嚴重的缺點，因而用得不多

18、。而用得不多。鉑容易提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中化學、物理性能穩(wěn)定，制成的鉑容易提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中化學、物理性能穩(wěn)定，制成的鉑電阻輸出輸入特性接近線性，測量精度高。鉑電阻輸出輸入特性接近線性，測量精度高。鉑電阻制成的溫度計，除作溫度標準外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工鉑電阻制成的溫度計，除作溫度標準外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測量。由于鉑為貴金屬，一般在測量精度要求不高和測溫范圍較業(yè)測量。由于鉑為貴金屬，一般在測量精度要求不高和測溫范圍較小時，均采用銅電阻。小時，均采用銅電阻。 銅在銅在-50150范圍內(nèi)銅電阻化學、物理性能穩(wěn)定，輸出輸范圍內(nèi)銅電阻化學、物理性能穩(wěn)定，輸出輸入特性接近線性，價格

19、低廉。入特性接近線性，價格低廉。3.其他熱電阻其他熱電阻.銦電阻適宜在銦電阻適宜在-269-258溫度范圍內(nèi)使用，測溫精度高，靈敏溫度范圍內(nèi)使用，測溫精度高，靈敏度是鉑電阻的度是鉑電阻的10倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。.錳電阻適宜在錳電阻適宜在-271-210溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)脆易損壞。脆易損壞。.碳電阻適宜在碳電阻適宜在-273-268.5溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價格低廉，操作簡便，但是熱穩(wěn)定性較差。敏度高，價格低廉，操作簡便，但是熱穩(wěn)定性較差。20072007二二.熱敏電阻熱敏電阻1.熱敏電阻的特

20、點熱敏電阻的特點熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件。按物理特性，可分為三類：(1).負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)；(2).正溫度系數(shù)熱敏電組(PTC)；(3).臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)。下面以負溫度系數(shù)的熱敏電阻為例作一下介紹。負溫度系數(shù)熱敏電阻是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，通常用它測量-100+300范圍內(nèi)的溫度，與熱電阻相比，其特點是：(1).電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍。(2).結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以測量點溫度。(3).電阻率高，熱慣性小，適宜動態(tài)測量。(4).易于維護和進行遠距離控制。(5).制造簡單，使用壽命長。缺點是互換性差，非線性嚴重。200720072007

21、2.負溫度系數(shù)熱敏電阻的特性負溫度系數(shù)熱敏電阻的特性當流過熱敏電阻的電流較小時，曲線呈直線狀，服從歐姆定律。當流過熱敏電阻的電流較小時，曲線呈直線狀，服從歐姆定律。當電流增加時，熱敏電阻自身溫度明顯增加，由于負溫度系數(shù)的當電流增加時，熱敏電阻自身溫度明顯增加，由于負溫度系數(shù)的關(guān)系，阻值下降，于是電壓上升速度減慢，出現(xiàn)了非線性。當電關(guān)系，阻值下降，于是電壓上升速度減慢，出現(xiàn)了非線性。當電流繼續(xù)增加時，熱敏電阻自身溫度上升更快，阻值大幅度下降，其流繼續(xù)增加時，熱敏電阻自身溫度上升更快，阻值大幅度下降，其減小速度超過電流增加速度，于是出現(xiàn)電壓隨電流增加而降低的現(xiàn)減小速度超過電流增加速度，于是出現(xiàn)電壓

22、隨電流增加而降低的現(xiàn)象。象。由于熱敏電阻特性的嚴重非線性，擴大測溫范圍和提高精度必須進由于熱敏電阻特性的嚴重非線性，擴大測溫范圍和提高精度必須進行補償校正。行補償校正。解決辦法：串聯(lián)或并聯(lián)溫度系數(shù)很小的金屬電阻，使熱敏電阻阻值解決辦法：串聯(lián)或并聯(lián)溫度系數(shù)很小的金屬電阻，使熱敏電阻阻值在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。3 近代熱敏電阻的特性近代熱敏電阻的特性(1).近年來研制的玻璃封裝熱敏電阻具有較好的耐熱性、可靠性、頻近年來研制的玻璃封裝熱敏電阻具有較好的耐熱性、可靠性、頻響特性。響特性。(2).氧化物熱敏電阻的靈敏度都比較高，但只能在低于氧化物熱敏電阻的靈敏度都比較高，但只能在

23、低于300時工作。時工作。(3).負溫度系數(shù)熱敏電阻的特性曲線非線性嚴重。負溫度系數(shù)熱敏電阻的特性曲線非線性嚴重。(4).近年來發(fā)現(xiàn)四氰醌二甲烷新型有機半導(dǎo)體材料，具有電阻率隨溫近年來發(fā)現(xiàn)四氰醌二甲烷新型有機半導(dǎo)體材料，具有電阻率隨溫度迅速變化的特性。度迅速變化的特性。2007熱敏電阻測溫的電路熱敏電阻測溫的電路R1C1CRTR2R3RPU1E( 5 V) 為了在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)線性化,可采用模擬電路參數(shù)設(shè)定法:把熱敏電阻傳感器接入圖所示電路中的RT位置上,則電路輸出電壓為 3112TREURRR3121243214655435lnlnln1exp()26xTTTTsssofTTRURUUUE

24、UUUUUURRI RI RI RkTUUUURUUmVUq 聯(lián)立以上各式及（改寫為聯(lián)立以上各式及（改寫為 0011(exp ()TTRRBTT63501240lnlnxofsTTTTTsRUUR IREBBRUURUURR R ITT 可見，溫度與輸出電壓之間是非線性的，可用對數(shù)電路和除法器串聯(lián)電路實可見，溫度與輸出電壓之間是非線性的，可用對數(shù)電路和除法器串聯(lián)電路實現(xiàn)線性化輸出，如圖所示。圖中各點電壓之間的關(guān)系：現(xiàn)線性化輸出，如圖所示。圖中各點電壓之間的關(guān)系：解得解得 2007A3A4A5A6A7U1U2U3U4U5UoUxERcRaRbR4R6R5R0R0R0R0Rf 在設(shè)計電路參數(shù)時在設(shè)

25、計電路參數(shù)時, ,若選擇若選擇301240exp()TsR R EBRR R IT可使上式分母中前三項的代數(shù)和等于零可使上式分母中前三項的代數(shù)和等于零, ,則有則有 65fsxoTR R I UUTRU B即得到了輸出電壓即得到了輸出電壓U Uo o與被測溫度與被測溫度T T成線性的關(guān)系式。成線性的關(guān)系式。2007第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶傳感器熱電偶傳感器(Thermoelectric couple Senors）熱電偶傳感器在溫度測量中應(yīng)用極為廣泛，因為它結(jié)構(gòu)簡單、熱電偶傳感器在溫度測量中應(yīng)用極為廣泛，因為它結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高、輸出信號便于制造方便、測溫范圍寬、熱

26、慣性小、準確度高、輸出信號便于遠傳。遠傳。一一.熱電效應(yīng)及其工作定律熱電效應(yīng)及其工作定律1.熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B組成閉合回路。若節(jié)點組成閉合回路。若節(jié)點(1)、(2)處于處于不同的溫度不同的溫度(TT0)時，兩者之間將產(chǎn)生一熱電勢，在回路中形成時，兩者之間將產(chǎn)生一熱電勢，在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。其電勢由接觸電勢一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。其電勢由接觸電勢(珀爾帖電勢珀爾帖電勢)和溫差電勢和溫差電勢(湯姆遜電勢湯姆遜電勢)兩部分組成。兩部分組成。接觸電勢接觸電勢 當兩種金屬接觸在一起時，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，

27、當兩種金屬接觸在一起時，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，在結(jié)點處就會發(fā)生電子遷移擴散。失去自由電子的金屬呈正電在結(jié)點處就會發(fā)生電子遷移擴散。失去自由電子的金屬呈正電位，得到自由電子的金屬呈負電位。當擴散達到平衡時，在兩位，得到自由電子的金屬呈負電位。當擴散達到平衡時，在兩種金屬的接觸處形成電勢，稱為接觸電勢。其大小除與兩種金種金屬的接觸處形成電勢，稱為接觸電勢。其大小除與兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點溫度有關(guān)。屬的性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點溫度有關(guān)。 200720072007溫差電勢對于單一金屬，如果兩端的溫度不同，則溫度高端的自由電子向低端遷移，使單一金屬兩端產(chǎn)生不同的電位，形成電勢，稱為溫差電勢

28、。其大小與金屬材料的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān) 。得出結(jié)論：(1) 如果熱電偶兩電極的材料相同，即NA=NB，AB，雖然兩端溫度不同，但閉合回路的總熱電勢仍為零。因此，熱電偶必須用兩種不同材料作熱電極。(2) 如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即TT0，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。2.工作定律工作定律(1)中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當引入第三導(dǎo)體時，只要保持其兩端溫度相同，則對回路總熱電勢無影響，這就是中間導(dǎo)體定律。利用這個定律可以將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個接點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。 20072007(2)連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律

29、連接導(dǎo)體定律：回路的總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,Tn) 與連接導(dǎo)線電勢EAB（Tn,T0）的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)。中間溫度定律：回路的總熱電勢等于EAB（T，Tn）與EAB（Tn，T0）的代數(shù)和。Tn稱為中間溫度。中間溫度定律為制訂分度表奠定了理論基礎(chǔ) 。(3)參考電極定律 表明參考電極C與各種電極配對時的總熱電勢為兩電極A、B配對后的電勢之差。利用該定律可大大簡化熱電偶選配工作，只要已知有關(guān)電極與標準電極配對的熱電勢，即可求出任何 兩種熱電極配對的熱電勢而不需要測定。2007二二.熱電偶熱電偶 1.熱電偶材料熱電偶材料(1) 標準化熱電偶 指已經(jīng)

30、國家定型批生產(chǎn)的熱電偶。(2) 非標準化熱電偶 指特殊用途試生產(chǎn)的熱電偶。 2.熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)普通熱電偶鎧裝熱電偶 片狀薄膜熱電偶3.熱電偶的溫度補償熱電偶的溫度補償熱電偶輸出的電熱是兩結(jié)點溫度差的函數(shù)。為了使輸出的電勢是被熱電偶輸出的電熱是兩結(jié)點溫度差的函數(shù)。為了使輸出的電勢是被測溫度的單一函數(shù)，一般將測溫度的單一函數(shù)，一般將T作為被測溫度端，作為被測溫度端，T0作為固定冷端作為固定冷端(參參考溫度端考溫度端)。通常要求。通常要求T0保持為保持為0，但是在實際使用中要做到這一，但是在實際使用中要做到這一點比較困難，因而產(chǎn)生了熱電偶冷端溫度補償問題。點比較困難，因而產(chǎn)生了熱電偶冷端溫

31、度補償問題。(1)0恒溫法：即在標準大氣壓下，將清潔的水和冰屑混合后放在保溫容器內(nèi)，可使T0保持0。近年來已研制出一種能使溫度恒定在0的半導(dǎo)體致冷器件。20072007(2)補正系數(shù)修正法：利用中間溫度定律可以求出T00時的電勢。該法較精確，但繁瑣。因此，工程上常用補正系數(shù)修正法實現(xiàn)補償。 (3)延伸熱電極法(即補償導(dǎo)線法) ：熱電偶長度一般只有一米左右，在實際測量時，需要將熱電偶輸出的電勢傳輸?shù)綌?shù)十米以外的顯示儀表或控制儀表，根據(jù)連接導(dǎo)體定律即可實現(xiàn)上述要求。一般選用直徑粗、導(dǎo)電系數(shù)大的材料制作延伸導(dǎo)線，以減小熱電偶回路的電阻，節(jié)省電極材料。 (4)補償電橋法：該法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來

32、補償熱電偶參考端溫度變化引起的電勢變化。 4.熱電偶的使用誤差熱電偶的使用誤差 分度誤差 儀表誤差 延伸導(dǎo)線誤差 動態(tài)誤差 漏電誤差 200720072007200720072007200720075121()exp1TCETCTT T為物體在溫度為物體在溫度T T之下的發(fā)射率（也稱為之下的發(fā)射率（也稱為“黑度系數(shù)黑度系數(shù)”, ,當當T T=1=1時時物體為絕對黑體）物體為絕對黑體）; ;C C1 1為第一輻射常數(shù)（第一普朗克常數(shù)）為第一輻射常數(shù)（第一普朗克常數(shù)）,C,C1 1=3.7418=3.74181010-16-16 W Wm m2 2; ;C C2 2為第二輻射常數(shù)（第二普朗克常數(shù)）

33、為第二輻射常數(shù)（第二普朗克常數(shù)）,C,C2 2=1.4388=1.43881010-2-2 m mK K。 40()bbET dTb b: :黑體的斯特藩黑體的斯特藩- -玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù),b b=5.7=5.71010-8-8W Wm m-2-2K K-4-4; ;T Tb b是黑體的溫度。是黑體的溫度。 一般物體都不是一般物體都不是“黑體黑體”, ,其發(fā)射率其發(fā)射率T T不可能等于不可能等于1,1,而且普通物體而且普通物體的發(fā)射率不僅和溫度有關(guān)的發(fā)射率不僅和溫度有關(guān), ,且和波長有關(guān)且和波長有關(guān), ,即即T T=T T(T),T),其值很難求其值很難求得。雖然如此得。雖然如此, ,

34、輻射測溫方法可避免與高溫被測體接觸輻射測溫方法可避免與高溫被測體接觸, ,測溫不破壞溫度測溫不破壞溫度場場, ,測溫范圍寬測溫范圍寬, ,精度高精度高, ,反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快, ,即可測近距離小目標的溫度即可測近距離小目標的溫度, ,又可又可測遠距離大面積目標的溫度。測遠距離大面積目標的溫度。輻射能與溫度的關(guān)系通常用實驗確定。輻射能與溫度的關(guān)系通常用實驗確定。 黑體的輻射規(guī)律之中,還有維恩位移定律,即輻射能量的最大值所對應(yīng)的波長m隨溫度的升高向短波方向移動,用公式表達為2898mmT 利用以上各項特性構(gòu)成的傳感器利用以上各項特性構(gòu)成的傳感器, ,必須由透鏡或反射鏡必須由透鏡或反射鏡將物體的輻

35、射能會聚起來將物體的輻射能會聚起來, ,再由熱敏元件轉(zhuǎn)換成電信號。再由熱敏元件轉(zhuǎn)換成電信號。常常用的熱敏元件有用的熱敏元件有熱電堆、熱敏或光敏電阻、光電池或熱釋熱電堆、熱敏或光敏電阻、光電池或熱釋電元件。電元件。 透鏡對輻射光譜有一定的選擇性透鏡對輻射光譜有一定的選擇性, ,例如光學玻璃只能透例如光學玻璃只能透過過0.30.32.7m2.7m的波長的波長, ,石英玻璃只能透過石英玻璃只能透過0.30.34.5m4.5m的波的波長。長。熱敏元件熱敏元件, ,尤其是光敏元件也對光譜有選擇性尤其是光敏元件也對光譜有選擇性。這樣就。這樣就使得接收到的能量不可能是物體的全部輻射能使得接收到的能量不可能是物體的全部輻射能, ,而只是部分而只是部分輻射能。輻射能。真正的全輻射溫度傳感器是不存在的。真正的全輻射溫度傳感器是