熱電傳感技術(shù)1

1、第第4 4章章 熱電傳感技術(shù)熱電傳感技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1.1.了解熱電傳感技術(shù)的基本原理了解熱電傳感技術(shù)的基本原理 2.2.掌握熱敏電阻、熱電開關(guān)、鉑電阻掌握熱敏電阻、熱電開關(guān)、鉑電阻 銅電阻、熱電偶、溫敏二極管、銅電阻、熱電偶、溫敏二極管、 溫敏三極管、集成溫度傳感器等的溫敏三極管、集成溫度傳感器等的 結(jié)構(gòu)、特性及使用方法結(jié)構(gòu)、特性及使用方法4.1 4.1 概述概述4.1.1 溫度與溫標(biāo)溫度與溫標(biāo) 溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)。量和控制的主要

2、參數(shù)。 溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說，互為說，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。熱平衡的兩物體，其溫度相等。 溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測(cè)量接測(cè)量.用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和

3、測(cè)量溫度的基本單位。目前國(guó)際上用得較多的溫度的基本單位。目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有標(biāo)有華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo).溫標(biāo)溫標(biāo)1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。認(rèn)為在兩個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點(diǎn)關(guān)系。認(rèn)為在兩個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點(diǎn)之間所選定的測(cè)溫物質(zhì)體積的變化與溫度成之間所選定的測(cè)溫物質(zhì)體積的變化與溫度成線性關(guān)系。把在兩溫度之間體積的總變化分線性關(guān)系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度定義為定義為1度。度。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測(cè)溫介質(zhì)有關(guān)經(jīng)

4、驗(yàn)溫標(biāo)與測(cè)溫介質(zhì)有關(guān)，有多，有多少種測(cè)溫介質(zhì)就有多少個(gè)溫標(biāo)。少種測(cè)溫介質(zhì)就有多少個(gè)溫標(biāo)。 按照這個(gè)原則建立的有按照這個(gè)原則建立的有攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo) 。 華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)，：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)，按照華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為按照華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為32oF，沸，沸點(diǎn)是點(diǎn)是212oF。分成。分成180份，對(duì)應(yīng)每份的份，對(duì)應(yīng)每份的溫度為溫度為1華氏度，單位為華氏度，單位為“oF”。 攝氏溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)：所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸

5、點(diǎn)為100度，水銀體積膨脹被分為度，水銀體積膨脹被分為100等份，對(duì)等份，對(duì)應(yīng)每份的溫度定義為應(yīng)每份的溫度定義為1攝氏度，單位為攝氏度，單位為“oC” 攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為為 2.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對(duì)溫?zé)崃W(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對(duì)溫標(biāo)，它規(guī)定標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度零度; 水的三相點(diǎn)，即液體、固體、氣體狀水的三相點(diǎn)，即液體、固體、氣體狀態(tài)的水同時(shí)存在的溫度，為態(tài)的水同時(shí)存在的溫度，為273.16K，水的，水的凝固點(diǎn)，即相當(dāng)攝氏溫標(biāo)凝固點(diǎn)，即相當(dāng)攝氏溫標(biāo)0，相當(dāng)華氏溫，相當(dāng)華氏溫標(biāo)標(biāo)3

6、2 的開氏溫標(biāo)為的開氏溫標(biāo)為273.15K。熱力學(xué)溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)（符號(hào)為（符號(hào)為T）它的單位為開爾文（符號(hào)為）它的單位為開爾文（符號(hào)為K）。）。273.15tTCK4.1.2 測(cè)溫方法與測(cè)溫儀器的分類測(cè)溫方法與測(cè)溫儀器的分類 按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式接觸式和和非非接觸式接觸式兩大類。兩大類。 1) 接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被這時(shí)感溫元件的某

7、一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。測(cè)對(duì)象的溫度值。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。：直觀可靠。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等都會(huì)帶來測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性良等都會(huì)帶來測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。 2)非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫 非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，對(duì)象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)。故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)。 具有具有較高的測(cè)溫上限；較高

8、的測(cè)溫上限； 熱慣性小熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故，可達(dá)千分之一秒，故便于便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。測(cè)溫儀器測(cè)溫儀器 對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。非接觸式兩大類。 接觸式儀器接觸式儀器又可分為又可分為: 膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)度計(jì)) 電阻式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)溫度計(jì)) 熱電式溫度計(jì)熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和包括熱電偶和

9、P-N結(jié)溫度計(jì)結(jié)溫度計(jì))以及其它原理以及其它原理的溫度計(jì)。的溫度計(jì)。 非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)又可分為又可分為輻射溫度計(jì)、亮度溫度輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)計(jì)和比色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也統(tǒng)稱為故也統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)。輻射溫度計(jì)。 按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中溫、高溫和超高溫溫度測(cè)量。溫、中溫、高溫和超高溫溫度測(cè)量。 超低溫一般是指超低溫一般是指010K， 低溫指低溫指10800K， 中溫指中溫指8001900K， 高溫指高溫指19002800K的溫度，的溫度， 超高溫是指超高溫是指2800K以

10、上的溫度。以上的溫度。測(cè)溫方式溫度計(jì)與傳感器測(cè)溫范圍（）主要特點(diǎn)接觸式熱膨脹式液體膨脹式（玻璃溫度計(jì)）固體膨脹式（雙金屬溫度計(jì)）-100600-80600結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉，一般用于直接讀數(shù)壓力式氣體式液體式200600耐振，價(jià)廉，準(zhǔn)確度不高，滯后性大，可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)熱電偶2001700種類多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉，感溫部小，廣泛應(yīng)用于電測(cè)熱電阻金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻260600260350種類多，精度高，感溫部較大，廣泛應(yīng)用于電測(cè)體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，廣泛應(yīng)用于電測(cè)非接觸式輻射式溫度計(jì)光學(xué)高溫計(jì)比色高溫計(jì)紅外光電溫度計(jì)203500不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，可對(duì)運(yùn)動(dòng)體測(cè)溫，響應(yīng)較快。測(cè)溫計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)高，

11、需定標(biāo)修正測(cè)量值常用測(cè)溫方法常用測(cè)溫方法 溫度溫度分類分類:應(yīng)用應(yīng)用: 測(cè)溫測(cè)溫接觸測(cè)溫接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫?zé)彷椛錅y(cè)溫?zé)彷椛錅y(cè)溫?zé)醾鲗?dǎo)測(cè)溫?zé)醾鲗?dǎo)測(cè)溫壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)熱阻效應(yīng)熱阻效應(yīng)熱電勢(shì)效應(yīng)熱電勢(shì)效應(yīng)金金 屬屬熱電阻熱電阻半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶溫溫 度度傳感器傳感器壓電陶瓷（熱釋電效應(yīng)）壓電陶瓷（熱釋電效應(yīng)） 敏感元件敏感元件 電參數(shù)電參數(shù)光電效應(yīng)光電效應(yīng)紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器、光纖溫度傳感器、光纖溫度傳感器熱電阻熱電阻電渦流傳感器電渦流傳感器PNPN結(jié)熱電效應(yīng)結(jié)熱電效應(yīng)熱敏二極管熱敏二極管/三極管三極管、集成溫度傳感器集成溫度傳感器工作原理：工作原理：標(biāo)定標(biāo)定

12、u 對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定，有對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方兩種方法：法：標(biāo)準(zhǔn)值法標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊?guó)際溫就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)(恒溫恒溫)作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計(jì)溫度計(jì)(或傳感器或傳感器)依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值(或傳感器的輸出或傳感器的輸出)，并，并根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)(傳感器傳感器)的分度進(jìn)行對(duì)比記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)的標(biāo)定；的分度進(jìn)行對(duì)比記錄，從而完成對(duì)溫度計(jì)

13、的標(biāo)定；被標(biāo)定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來測(cè)溫度。被標(biāo)定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來測(cè)溫度。標(biāo)準(zhǔn)表法：標(biāo)準(zhǔn)表法：把被標(biāo)定溫度計(jì)把被標(biāo)定溫度計(jì)(傳感器傳感器)與已被標(biāo)定好的更與已被標(biāo)定好的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)高一級(jí)精度的溫度計(jì)(傳感器傳感器)，緊靠在一起，緊靠在一起，共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄調(diào)節(jié)到所選擇的若干溫度點(diǎn)，比較和記錄兩者的讀數(shù)，獲得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)多兩者的讀數(shù)，獲得一系列對(duì)應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫，降溫、重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)次升溫，降溫、重復(fù)測(cè)試，若這些差值穩(wěn)定，則把記錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫定，則把記

14、錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計(jì)的修正量，就成了對(duì)被標(biāo)定溫度計(jì)的度計(jì)的修正量，就成了對(duì)被標(biāo)定溫度計(jì)的標(biāo)定。標(biāo)定。4.2 熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。材料：材料： 鈷、錳、鎳等金屬氧化物按不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成鈷、錳、鎳等金屬氧化物按不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成4-1熱敏電阻外形熱敏電阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC熱敏電熱敏電阻阻聚脂塑料封裝聚脂塑料封裝熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏

15、電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝玻璃封裝 NTC熱敏電熱敏電阻阻MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）（續(xù)） 貼片式貼片式NTC熱敏熱敏電阻電阻熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻溫度面板表 熱敏電阻熱敏電阻 LCD熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量的溫度測(cè)量 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 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）溫度系數(shù)大）溫度系數(shù)大 靈敏度高（為熱電阻靈敏度高（為熱電阻10100倍）倍） （2）結(jié)構(gòu)

16、簡(jiǎn)單堅(jiān)固，體積?。┙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，體積小 能承受較大的沖擊、振動(dòng)；可以測(cè)能承受較大的沖擊、振動(dòng)；可以測(cè) 量點(diǎn)溫度量點(diǎn)溫度（3）電阻率高、熱慣性?。╇娮杪矢?、熱慣性小 ，響應(yīng)速度快，響應(yīng)速度快 適于動(dòng)態(tài)測(cè)溫適于動(dòng)態(tài)測(cè)溫（4）易于維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)）易于維護(hù)、使用壽命長(zhǎng) 適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫（7）互換性差，非線性嚴(yán)重，精度低）互換性差，非線性嚴(yán)重，精度低 （6）成本低，應(yīng)用廣泛）成本低，應(yīng)用廣泛 （5）很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)幾乎）很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)幾乎 無(wú)需考慮連線電阻的影響；無(wú)需考慮連線電阻的影響；廣泛應(yīng)用于需要進(jìn)行溫度控制的一切領(lǐng)域，如溫度測(cè)量、溫度控制、溫

17、度補(bǔ)償、液廣泛應(yīng)用于需要進(jìn)行溫度控制的一切領(lǐng)域，如溫度測(cè)量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、液面測(cè)定、氣壓測(cè)定、火災(zāi)報(bào)警、氣象探空、開關(guān)電路、過荷保護(hù)、脈動(dòng)電壓抑制、面測(cè)定、氣壓測(cè)定、火災(zāi)報(bào)警、氣象探空、開關(guān)電路、過荷保護(hù)、脈動(dòng)電壓抑制、時(shí)間延遲、穩(wěn)定振幅、自動(dòng)增益調(diào)整、微波和激光功率測(cè)量等等時(shí)間延遲、穩(wěn)定振幅、自動(dòng)增益調(diào)整、微波和激光功率測(cè)量等等熱敏電阻溫度特性熱敏電阻溫度特性熱敏電阻按其電阻隨溫度變化的特性分為三類：熱敏電阻按其電阻隨溫度變化的特性分為三類： 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC，Negative Temperature Coefficient），它的電阻值與溫度之），它的電

18、阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系；間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系； 多用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償多用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償正溫度系數(shù)熱敏電阻（正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC，Positive Temperatule Coeffic），），用于恒溫、加熱控制或溫度開關(guān)用于恒溫、加熱控制或溫度開關(guān)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR，Critical Temperature Resistor)，當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降然下降 。用于溫度開關(guān)用于溫度開關(guān) 011exp0TTBRRNTT各種熱敏電阻的溫度特性各種熱敏電阻的溫度特性12345輸出特性線性化處理輸出特性線

19、性化處理 由于熱敏電阻特性的嚴(yán)重非線性，擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高精由于熱敏電阻特性的嚴(yán)重非線性，擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高精度必須進(jìn)行補(bǔ)償校正。度必須進(jìn)行補(bǔ)償校正。 解決辦法解決辦法：對(duì)熱敏電阻進(jìn)行線性化處理的最簡(jiǎn)單方法是用溫：對(duì)熱敏電阻進(jìn)行線性化處理的最簡(jiǎn)單方法是用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)( (常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)) )代替單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫度代替單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關(guān)系。呈一定的線性關(guān)系。 利用微機(jī)可實(shí)現(xiàn)較寬溫度范圍內(nèi)線性化校正的方案。利用微機(jī)可實(shí)現(xiàn)較寬溫度范圍內(nèi)線性化校正的方案。

20、圖中熱敏電阻Rt與補(bǔ)償電阻Rx 串聯(lián),串聯(lián)后的等效電阻R= Rt +Rx ，只要Rx 的阻值選擇適當(dāng)，可使溫度在某一范圍內(nèi)與電阻的倒數(shù)成線性關(guān)系電阻的倒數(shù)成線性關(guān)系，所以電流I與溫度T成線性關(guān)系。圖中熱敏電阻Rt與補(bǔ)償電阻Rx并聯(lián)，其等效電阻R= Rt / Rx 。由圖可知，R與溫度的關(guān)系曲線便顯得比較平坦。因此可以在某一溫度范圍內(nèi)得到線性的輸出特性。熱敏電阻器的應(yīng)用熱敏電阻器的應(yīng)用 日本Shibaura Electronics Co,Ltd.的市場(chǎng)分析表明，家用電器，如空調(diào)、微波爐、電飯煲、熱水器、烘拷面包設(shè)備和電池充電器等用的熱敏電阻器占公司總熱敏電阻器銷售量的58。第二位是信息處理和辦公

21、設(shè)備占21。用于汽車空凋，冷卻系統(tǒng)的熱敏電阻器占9。高精度的熱敏電阻器可用于激光打印機(jī)、普通紙復(fù)印機(jī)探測(cè)固定色劑滾形加熱器的表面溫度。使用熱敏電阻器可根據(jù)室溫調(diào)整電流，使墨水噴射印刷機(jī)的墨水保持最佳溫度。為了耐高溫，結(jié)構(gòu)牢固，日本Shibaura Electronics Co.Ltd.的熱敏電阻器采用耐熱、耐腐蝕的玻璃及高密度的陶瓷片，承受350的高溫，可用于汽車及加熱器。工作環(huán)境溫度達(dá)500的熱敏電阻器可用于汽車的廢氣循環(huán)系統(tǒng)。 熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用家用電器家用電器電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機(jī)、電暖壺、烘干機(jī)、電烤箱、電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機(jī)、電暖壺、烘干機(jī)、電烤箱、空調(diào)機(jī)、

22、電熱毯、熱水器、熱得快、電磁爐、空調(diào)機(jī)、電熱毯、熱水器、熱得快、電磁爐、汽車電子汽車電子電子噴油嘴、空調(diào)機(jī)、發(fā)電機(jī)防熱裝置、電熱座椅電子噴油嘴、空調(diào)機(jī)、發(fā)電機(jī)防熱裝置、電熱座椅測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器流量計(jì)、風(fēng)速表、真空計(jì)、濃度計(jì)、濕度計(jì)、空氣傳感器、環(huán)境流量計(jì)、風(fēng)速表、真空計(jì)、濃度計(jì)、濕度計(jì)、空氣傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、監(jiān)測(cè)儀、辦公設(shè)備辦公設(shè)備復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、掃描儀復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、掃描儀農(nóng)業(yè)園藝農(nóng)業(yè)園藝溫室控制、人工氣候箱、烘干系統(tǒng)、溫室控制、人工氣候箱、烘干系統(tǒng)、醫(yī)療器具醫(yī)療器具體溫計(jì)、人工透析、散熱系統(tǒng)體溫計(jì)、人工透析、散熱系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、應(yīng)用實(shí)例

23、：應(yīng)用實(shí)例：基于熱敏電阻的電機(jī)過熱保護(hù)器：基于熱敏電阻的電機(jī)過熱保護(hù)器： Rt1 Rt2 Rt3 ：熱敏電阻：熱敏電阻(NTC) ，安裝在三相繞組附近，安裝在三相繞組附近 溫度低時(shí)溫度低時(shí) ：電阻高：電阻高 三極管不導(dǎo)通三極管不導(dǎo)通 繼電器不吸合繼電器不吸合 電機(jī)運(yùn)行電機(jī)運(yùn)行溫度高時(shí)溫度高時(shí) ：電阻低：電阻低 三極管導(dǎo)通三極管導(dǎo)通 繼電器吸合繼電器吸合 電機(jī)停止電機(jī)停止4.2 熱電開關(guān)熱電開關(guān) 熱電開關(guān)是采用兩種不同特性材料（如熱電開關(guān)是采用兩種不同特性材料（如金屬片熱膨脹或陶鐵磁體熱磁性）構(gòu)成的熱金屬片熱膨脹或陶鐵磁體熱磁性）構(gòu)成的熱敏傳感器，該傳感器具有溫控開關(guān)特性。敏傳感器，該傳感器具有

24、溫控開關(guān)特性。 熱電開關(guān)有熱電開關(guān)有雙金屬片式雙金屬片式和和陶鐵磁體式陶鐵磁體式兩種。兩種。 主要用于電飯鍋、電熨斗、電爐、電熱水器主要用于電飯鍋、電熨斗、電爐、電熱水器等的恒溫控制器等。等的恒溫控制器等。4.2.1 雙金屬片式熱電開關(guān)雙金屬片式熱電開關(guān)固體長(zhǎng)度隨溫度變化的情況可用下式表示：固體長(zhǎng)度隨溫度變化的情況可用下式表示：基于固體基于固體受熱膨脹原理，受熱膨脹原理，測(cè)量溫度通常是測(cè)量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片把兩片線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線度變化時(shí)，因雙金屬

25、片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大而產(chǎn)生不同的膨脹膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。下和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計(jì)原理圖：圖是雙金屬溫度計(jì)原理圖：10101LLk tt雙金屬溫度計(jì)原理圖雙金屬片熱電開關(guān)的類型 常開式 指兩個(gè)觸頭的接點(diǎn)在沒有達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)是斷開的。 常閉式指兩個(gè)觸頭的接點(diǎn)在沒有達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)是閉合的。 簡(jiǎn)易式 蝶式結(jié)構(gòu)類型多種形式，工作原理是“常開式”和“常閉式”兩種。為了滿足不同用途的要求，雙金屬元件制成為了滿足不同用途的要求，雙金屬元件制成各種不同的形狀。各種不同的形狀。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 用電熨斗熨衣服，若溫度

26、過高會(huì)燙壞衣服，而且對(duì)于不同用電熨斗熨衣服，若溫度過高會(huì)燙壞衣服，而且對(duì)于不同的衣料，熨衣時(shí)所需溫度也不同，因此需要調(diào)溫裝置。圖的衣料，熨衣時(shí)所需溫度也不同，因此需要調(diào)溫裝置。圖1是電熨斗調(diào)溫原理示意圖。是電熨斗調(diào)溫原理示意圖。 電熨斗調(diào)溫電路主要組件是雙金屬片，電熨斗工作電熨斗調(diào)溫電路主要組件是雙金屬片，電熨斗工作時(shí)，動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸，電熱組件通電發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到選時(shí)，動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸，電熱組件通電發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到選定溫度時(shí)，雙金屬片受熱下彎，使動(dòng)觸點(diǎn)離開靜觸點(diǎn)，自定溫度時(shí)，雙金屬片受熱下彎，使動(dòng)觸點(diǎn)離開靜觸點(diǎn)，自動(dòng)切斷電源；當(dāng)溫度低于選定溫度時(shí)，雙金屬片復(fù)原，兩動(dòng)切斷電源；當(dāng)溫度低于選定溫度時(shí)

27、，雙金屬片復(fù)原，兩觸點(diǎn)閉合。再接通電路，通電后溫度又上升，達(dá)到選定溫觸點(diǎn)閉合。再接通電路，通電后溫度又上升，達(dá)到選定溫度時(shí)又再斷開，如此反復(fù)通斷，就能使熨斗的溫度保持在度時(shí)又再斷開，如此反復(fù)通斷，就能使熨斗的溫度保持在一定范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)螺絲選定溫度的高低，越往下旋，一定范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)螺絲選定溫度的高低，越往下旋，靜觸點(diǎn)越下移，選定的溫度就越高。靜觸點(diǎn)越下移，選定的溫度就越高。 陶鐵磁體式熱電開關(guān)陶鐵磁體式熱電開關(guān) 陶鐵磁體式熱電開關(guān)主要由硬磁、軟磁、動(dòng)作彈簧、抵緊陶鐵磁體式熱電開關(guān)主要由硬磁、軟磁、動(dòng)作彈簧、抵緊彈簧、拉桿、杠桿、觸點(diǎn)、操作按鍵等組成。彈簧、拉桿、杠桿、觸點(diǎn)、操作按鍵等組成

28、。 硬磁主要由碳酸鍶（硬磁主要由碳酸鍶（SrCO3）14%和三氧化二鐵（和三氧化二鐵（Fe2O3）86%組成。組成。 軟磁主要由氧化鎳（軟磁主要由氧化鎳（NiO）11%、氧化鋅（、氧化鋅（ZnO）22%和和三氧化二鐵（三氧化二鐵（Fe2O3）67%組成。組成。 硬磁材料的居里點(diǎn)溫度很高（硬磁材料的居里點(diǎn)溫度很高（450 ），因此它也是永久），因此它也是永久磁鐵。磁鐵。 軟磁材料的居里點(diǎn)溫度較低（軟磁材料的居里點(diǎn)溫度較低（139150 .)以電飯煲為例說明工作原理。以電飯煲為例說明工作原理。誰(shuí)知道電飯鍋里從米誰(shuí)知道電飯鍋里從米到飯的全過程到飯的全過程? 構(gòu)造構(gòu)造工作原理工作原理:工作原理工作原理

29、:工作原理工作原理:工作原理工作原理: 如何實(shí)現(xiàn)保溫？如何實(shí)現(xiàn)保溫？ 用雙金屬片做保溫開關(guān)用雙金屬片做保溫開關(guān)S2。開始燒飯時(shí)，按下開。開始燒飯時(shí)，按下開關(guān)關(guān)S1，電路接通，電熱絲通電燒飯。鍋中有水時(shí)，飯，電路接通，電熱絲通電燒飯。鍋中有水時(shí)，飯鍋的溫度不會(huì)超過鍋的溫度不會(huì)超過100；飯熟后，水干了，飯鍋溫；飯熟后，水干了，飯鍋溫度將超過度將超過100。當(dāng)溫度上升到。當(dāng)溫度上升到103時(shí)，限溫開關(guān)時(shí)，限溫開關(guān)S1就會(huì)自動(dòng)斷開，電路斷電，達(dá)到自動(dòng)控溫目的。這就會(huì)自動(dòng)斷開，電路斷電，達(dá)到自動(dòng)控溫目的。這時(shí)溫度較高，時(shí)溫度較高，S2處于斷開狀態(tài)。當(dāng)溫度下降至處于斷開狀態(tài)。當(dāng)溫度下降至60時(shí)，時(shí)，S2

30、接通；加熱至接通；加熱至80時(shí)，時(shí)，S2又?jǐn)嚅_。又?jǐn)嚅_。S2的不斷開合，的不斷開合，使鍋內(nèi)溫度保持在使鍋內(nèi)溫度保持在60-80之間。之間。 溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，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)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。4.4 熱電阻熱電阻熱電阻分類 按結(jié)構(gòu)分，普通型熱電阻、鍇裝熱電阻、薄膜熱電阻 按用途分，工業(yè)用熱電阻、精密

31、標(biāo)準(zhǔn)電阻用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性，良好的工藝性。最好近于線性，良好的工藝性。適宜制作熱電阻的適宜制作熱電阻的材料材料有有鉑鉑、銅銅、鎳鎳、鐵鐵等等熱電阻的特點(diǎn)：熱電阻的特點(diǎn)：熱電阻測(cè)溫的熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)是信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳、無(wú)需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、可以遠(yuǎn)傳、無(wú)需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表?；Q性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻

32、主要熱電阻主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)是需要是需要電源激勵(lì)電源激勵(lì)、有（會(huì)影響測(cè)量、有（會(huì)影響測(cè)量精度）自熱現(xiàn)象以及測(cè)量溫度不能太高。精度）自熱現(xiàn)象以及測(cè)量溫度不能太高。熱電阻材料的特點(diǎn)熱電阻材料必須具有以下特點(diǎn)： 熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲繞在云母、石英、熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲繞在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護(hù)套陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護(hù)套管。但骨架性能的好壞，影響其測(cè)量精度、體積大小和使管。但骨架性能的好壞，影響其測(cè)量精度、體積大小和使用壽命。用壽命。1、熱電阻的結(jié)構(gòu)、類型、熱電阻的結(jié)構(gòu)、類型結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：出線密封圈出線密封圈出線螺母出

33、線螺母小鏈小鏈蓋蓋接線柱接線柱密封圈密封圈接線盒接線盒接線座接線座保護(hù)管保護(hù)管絕緣管絕緣管引出線引出線感溫元件感溫元件工業(yè)用工業(yè)用普通（裝配式）鉑電阻普通（裝配式）鉑電阻 膜式熱電阻膜式熱電阻引線引線陶瓷基片陶瓷基片條狀鉑膜條狀鉑膜陶瓷鉑熱電阻陶瓷鉑熱電阻引線引線帶孔瓷管帶孔瓷管鉑絲線圈鉑絲線圈較強(qiáng)的抗振性較強(qiáng)的抗振性響應(yīng)具有快速性響應(yīng)具有快速性可提高測(cè)溫上限可提高測(cè)溫上限鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻4引出線引出線1金屬套管金屬套管3絕緣材料絕緣材料2感溫元件感溫元件鎧裝式鉑電阻比裝鎧裝式鉑電阻比裝配式鉑電阻直徑小，配式鉑電阻直徑小，易彎曲，抗震性好，易彎曲，抗震性好，適宜安裝在裝配式適宜安裝在裝配式

34、鉑電阻無(wú)法安裝的鉑電阻無(wú)法安裝的場(chǎng)合。場(chǎng)合。鎧裝式鉑電阻外保鎧裝式鉑電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼，護(hù)套管采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化內(nèi)充滿高密度氧化物絕緣體，因此，物絕緣體，因此，它具有很強(qiáng)的抗污它具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，適合安裝械強(qiáng)度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合?？芍苯佑勉~導(dǎo)線和可直接用銅導(dǎo)線和二次儀表相連接使二次儀表相連接使用。用。薄膜型及普通型鉑熱電阻薄膜型及普通型鉑熱電阻 小型鉑熱電阻小型鉑熱電阻 防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻 汽車用水溫傳感器及水溫表汽車用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻銅熱電阻（1 1）鉑熱電阻）鉑熱電阻（目前最好材料） 鉑熱電

35、阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 鉑電阻制成的溫度計(jì)，主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛鉑電阻制成的溫度計(jì)，主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。按國(guó)際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定，在-259.34630.73溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器。 除作溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測(cè)量。由除作溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測(cè)量。由于鉑為貴金屬，一般在測(cè)量精度要求不高和測(cè)溫范圍較小于鉑為貴金屬，一般在測(cè)量精度要求不高和測(cè)溫范圍較小時(shí)，均采

36、用銅電阻。時(shí)，均采用銅電阻。 鉑易于鉑易于提純提純，在，在高溫和氧化性介質(zhì)高溫和氧化性介質(zhì)中物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)中物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出輸入特性接近輸入特性接近線性線性。 鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān) 0100)100(RRW百度電阻比百度電阻比 W（100）越高，表示鉑絲純度越高，）越高，表示鉑絲純度越高，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）1.3930，工業(yè)用鉑電阻的

37、純度工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為）為1.3871.390。 在在0850的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi) Rt = R0(1+At+Bt2) 在在ITS90 中，這些常數(shù)規(guī)定為中，這些常數(shù)規(guī)定為 A=3.94010-2/ B=-5.8410-7/2 C=-4.2210-12/4 按按IEC（International Electrotechnical Commission）標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200850。鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系（特性方程）為：特性方程）為： 在在-2000的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi) Rt=R01+At+

38、Bt2+Ct3(t-100) 可見：熱電阻在溫度可見：熱電阻在溫度t 時(shí)的電阻值與時(shí)的電阻值與0時(shí)的電阻時(shí)的電阻值值R0有關(guān)。有關(guān)。 目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=50和和R0=100兩種，它們的分度號(hào)分別為兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt50和和Pt100，其中，其中以以Pt100為常用。為常用。鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表，即鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表，即Rt-t的關(guān)系表，的關(guān)系表，這樣在實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電阻的阻值這樣在實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt，便可，便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。鉑電阻分度表鉑電阻分度表

39、 (2)(2)銅熱電阻銅熱電阻 在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫， 它的測(cè)量范圍為-50150。 銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為Rt=R0（1+t） =4.2810-3/ 兩種分度號(hào)：Cu50(R0=50)和Cu100（R0=100）。 銅熱電阻的分度表分度號(hào)：Cu50 050R 溫度/0102030405060708090電阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.68

40、77.8379.9882.13銅熱電阻的特點(diǎn) 銅在銅在-50150范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，電阻溫度系數(shù)較大，輸出輸入特性能穩(wěn)定，電阻溫度系數(shù)較大，輸出輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。接近線性，價(jià)格低廉。 缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在性較大，穩(wěn)定性較差，在100 以上時(shí)容易氧以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中?；?，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。3）其他熱電阻）其他熱電阻 鎳使用溫度范圍是鎳使用溫度范圍是-50-50100100和和-50-50150 150 。但目前應(yīng)用

41、較少：鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困但目前應(yīng)用較少：鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動(dòng)恒溫和難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。（我國(guó)定為標(biāo)準(zhǔn)化熱溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。（我國(guó)定為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻）電阻） 銦電阻適宜在銦電阻適宜在-269-269-258-258溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫精度高，靈敏度是鉑電阻的溫精度高，靈敏度是鉑電阻的1010倍，但是材料軟倍，但是材料軟復(fù)現(xiàn)性差。復(fù)現(xiàn)性差。 錳電阻適宜在錳電阻適宜在-271-271-210-210溫度范圍內(nèi)使用，靈溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是材料脆，難拉成絲，易損壞。敏度高，但是

42、材料脆，難拉成絲，易損壞。 碳電阻適宜在碳電阻適宜在-273-273-268.5-268.5溫度范圍內(nèi)使用，溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但是熱穩(wěn)定性較差。是熱穩(wěn)定性較差。用熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)量電路經(jīng)常用熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)量電路經(jīng)常采用電橋電路。采用電橋電路。 熱電阻與檢測(cè)儀表相隔一段距離，熱電阻與檢測(cè)儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。線制三種。2. 熱電阻的測(cè)量

43、電路內(nèi)部引線方式 電阻體二線制電阻體三線制電阻體四線制兩線制 這種引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。 兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。熱電阻測(cè)溫電橋的三線連接法熱電阻測(cè)溫電橋的三線連接法（圖中（圖中G為指示電表為指示電表R1、 R2、R3為固定電阻、為固定電阻、 Ra為零位調(diào)節(jié)電阻）為零位調(diào)節(jié)電阻）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：零點(diǎn)不穩(wěn)零點(diǎn)不穩(wěn)原因：是可調(diào)電原因：是可調(diào)電阻的接觸電阻阻的接觸電阻考慮溫度變化考慮溫度變化 Rg熱電阻測(cè)溫電橋的四線連接法熱電阻測(cè)溫電橋的四線連接法補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線圖所示為四線連接法，調(diào)零的圖所示為四線連接法，調(diào)零的Rp電位器的接觸電阻和指

44、示電位器的接觸電阻和指示電表串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡和正常電表串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。4.5 熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?zé)犭娕际枪I(yè)和設(shè)備試驗(yàn)中溫度測(cè)量應(yīng)用最多的熱電偶是工業(yè)和設(shè)備試驗(yàn)中溫度測(cè)量應(yīng)用最多的器件，它的特點(diǎn)是器件，它的特點(diǎn)是測(cè)溫范圍寬（測(cè)溫范圍寬（-1802800 ）測(cè)量精度高測(cè)量精度高性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為輸出直接為電信號(hào)電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)集中檢測(cè)和自動(dòng)控制控制。它的工作原理是基于熱電效應(yīng)它的工作原理是基于熱

45、電效應(yīng)（一）熱電效應(yīng)及基本定律（一）熱電效應(yīng)及基本定律 兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在一起，組成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)一起，組成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)(稱為稱為結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn))溫度溫度t和和t0不相同時(shí)，回路中既產(chǎn)生電不相同時(shí)，回路中既產(chǎn)生電勢(shì)，并有電流流通，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電勢(shì)，并有電流流通，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。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)。那么熱電勢(shì)的大小為多少呢？以下兩者之和：那么熱電勢(shì)的大小為多少呢？以下兩者之和：接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)+ 溫差電

46、勢(shì)溫差電勢(shì) 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考（參考端端、冷冷端端） 4.5.1 4.5.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 左端稱為：左端稱為：測(cè)量端測(cè)量端（工作工作端、端、熱熱端端） 熱電極熱電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB 1）兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)）兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì) 兩種導(dǎo)體接觸的時(shí)候，由于導(dǎo)體兩種導(dǎo)體接觸的時(shí)候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，如果內(nèi)的自由電子密度不同，如果NANB電子密度大的導(dǎo)體電子密度大的導(dǎo)體A中中的電子就向電子密度小的導(dǎo)體的電子就向電子密度小的導(dǎo)體B擴(kuò)散，從而由于導(dǎo)體擴(kuò)散，從而由于導(dǎo)體A失去了電失去了電子而具有正電位。相反導(dǎo)體子而具有正電位。相

47、反導(dǎo)體B由由于接收到了擴(kuò)散來的電子而具有于接收到了擴(kuò)散來的電子而具有負(fù)電位。這樣在擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平負(fù)電位。這樣在擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)衡時(shí)A、B之間就形成了一個(gè)電位之間就形成了一個(gè)電位差。這個(gè)電位差稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。差。這個(gè)電位差稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。式中EAB(T)-A、B兩種材料在溫度為T時(shí)的接觸電動(dòng)勢(shì)； K-玻耳茲曼常數(shù)(1.3810-6)； E-電子電荷(1.602189210-19); NA(T)、NB(T)-A、B兩種材料在溫度T時(shí)的自由電子密度。BAABNNekTTEln)( BAABNNekTTEln)(00 T端端 T0端端 BAABABNNTTekTETEln)()(000 兩電勢(shì)方向相

48、反兩電勢(shì)方向相反. 回路中總的接觸電勢(shì)為：回路中總的接觸電勢(shì)為： 由式可見，當(dāng)兩結(jié)由式可見，當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同，即點(diǎn)的溫度相同，即T=T0 ， AB材料相同時(shí)回路中總材料相同時(shí)回路中總電勢(shì)將為零。電勢(shì)將為零。 對(duì)單一金屬導(dǎo)體，如果兩端對(duì)單一金屬導(dǎo)體，如果兩端的溫度不同，則兩端的自由電的溫度不同，則兩端的自由電子就具有不同的動(dòng)能。溫度高子就具有不同的動(dòng)能。溫度高則動(dòng)能大，動(dòng)能大的自由電子則動(dòng)能大，動(dòng)能大的自由電子就會(huì)向溫度低的一段擴(kuò)散。失就會(huì)向溫度低的一段擴(kuò)散。失去了電子的這一端就處于正電去了電子的這一端就處于正電位，而低溫端由于得到電子處位，而低溫端由于得到電子處于負(fù)電位。這樣兩端就形成了于負(fù)

49、電位。這樣兩端就形成了電位差，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。電位差，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。2）單一導(dǎo)體中的溫差電動(dòng)勢(shì)）單一導(dǎo)體中的溫差電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)導(dǎo)體兩端的溫度分別為當(dāng)導(dǎo)體兩端的溫度分別為T、T0時(shí)，溫差電勢(shì)可由下式表示時(shí)，溫差電勢(shì)可由下式表示 dTTTETTAA 0),(0 式中式中 AA導(dǎo)體的導(dǎo)體的湯姆遜湯姆遜系數(shù)，對(duì)于確定的材料來說是一系數(shù)，對(duì)于確定的材料來說是一常數(shù)。常數(shù)。 對(duì)于兩種金屬（或半導(dǎo)體）對(duì)于兩種金屬（或半導(dǎo)體）A、B組成的熱電偶回路，組成的熱電偶回路，湯姆遜電勢(shì)湯姆遜電勢(shì)（單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)）等于它的代數(shù)和，即（單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)）等于它的代數(shù)和，即 dTTTEBATTAB 0),(0 單單結(jié)點(diǎn)

50、溫度同，則溫差電勢(shì)為結(jié)點(diǎn)溫度同，則溫差電勢(shì)為0；A、B材料同，則溫差電勢(shì)也為材料同，則溫差電勢(shì)也為0。兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀?duì)柼ㄧ隊(duì)柼?BAABABNNTTekTETEln)()(000 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）（湯姆遜電勢(shì)）總的熱電勢(shì)為二者之和?？偟臒犭妱?shì)為二者之和。 dTTTEBATTAB 0),(0 單單 TTBABAABdTNNTTekTTE0ln),(00 不用記住，理解即可。不用記住，理解即可。 TTBABAABdTNNTTekTTE0ln),(00 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)由式可知，由式可知，熱電偶總電動(dòng)勢(shì)與電子密度熱電偶

51、總電動(dòng)勢(shì)與電子密度NA、NB及兩節(jié)點(diǎn)及兩節(jié)點(diǎn)溫度溫度T、T0有關(guān)，有關(guān)，電子密度取決于熱電偶材料的特性。當(dāng)電子密度取決于熱電偶材料的特性。當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)成為溫成為溫度度T和和T0的函數(shù)差，即的函數(shù)差，即問：由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)生熱電勢(shì)嗎?一種導(dǎo)體組成的閉合回路，無(wú)論其是否存在溫度梯度，一種導(dǎo)體組成的閉合回路，無(wú)論其是否存在溫度梯度，均不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。均不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。公式推導(dǎo)如下：公式推導(dǎo)如下： 接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的性質(zhì)：接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的性質(zhì)：用公式可以證明：用公式可以證明： )()(TeTeBAAB)()

52、()(TeTeTeACBCAB),(),(00TTeTTeAA影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無(wú)關(guān)影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無(wú)關(guān) 應(yīng)注意，如果熱電極本身性質(zhì)為非均勻的，由于溫度梯度存在，將應(yīng)注意，如果熱電極本身性質(zhì)為非均勻的，由于溫度梯度存在，將會(huì)有附加電勢(shì)產(chǎn)生。會(huì)有附加電勢(shì)產(chǎn)生。兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，恒定時(shí)，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函

53、數(shù)關(guān)系，成單值函數(shù)關(guān)系，即即 eAB(T,T0)=eAB(T)c=f(T) 可見：可見：只要測(cè)出只要測(cè)出e eABAB（T T, ,T T0 0）的大小，就能得到被測(cè)）的大小，就能得到被測(cè)溫度溫度T T，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。 小結(jié) 熱電偶的分度表 不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定，不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定，并將不同溫度下測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出熱并將不同溫度下測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢(shì)與溫度的對(duì)照表，即分度表。電勢(shì)與溫度的對(duì)照表，即分度表。

54、供查閱使用，每供查閱使用，每10分檔分檔 。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)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：的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為自由端（冷端）溫度必須為0 C。 假設(shè)熱電偶的冷端溫度為假設(shè)熱電偶的冷端溫度為0 0 C C，請(qǐng)根據(jù)工業(yè)請(qǐng)根據(jù)工業(yè)中常用的熱電偶中常用的熱電偶鎳鉻鎳鉻-鎳硅（鎳硅（K）的的分度表，分度表，查查出出100100 C 、0 0 C、 100100 C 時(shí)的熱電勢(shì)。時(shí)的熱電勢(shì)。K熱電偶的熱電偶的分度表分度表 比較比較查出的查出的3 3個(gè)個(gè)熱電勢(shì)，熱電勢(shì)，可以看出可以看出熱電勢(shì)是熱電

55、勢(shì)是否否線性？線性？S型型(鉑銠鉑銠10-鉑鉑)熱電偶分度表熱電偶分度表 二、熱電偶基本定律(一)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由均質(zhì)材料構(gòu)成的熱電偶、熱電動(dòng)勢(shì)的大小由均質(zhì)材料構(gòu)成的熱電偶、熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。與熱電偶的大小只與材料及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極溫度分布無(wú)關(guān)。如材料尺寸、形狀及沿電極溫度分布無(wú)關(guān)。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會(huì)有附加不均勻、由于溫度梯度的存在，將會(huì)有附加電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。 熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重?zé)犭姌O材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。要指標(biāo)之一。（二）中間導(dǎo)體定律（二）中間導(dǎo)體定律 如圖所示

56、，將如圖所示，將A、B構(gòu)成的熱電偶的構(gòu)成的熱電偶的T0端斷開，接入第三端斷開，接入第三種導(dǎo)體種導(dǎo)體C，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，接入導(dǎo)體，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，接入導(dǎo)體C后對(duì)回路總電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響。后對(duì)回路總電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響。應(yīng)用：應(yīng)用：利用中間導(dǎo)體定律利用中間導(dǎo)體定律,可在回可在回路中引入各種儀表和各種連接導(dǎo)線路中引入各種儀表和各種連接導(dǎo)線,使熱電偶測(cè)溫成為可能。使熱電偶測(cè)溫成為可能。),()(),()(),()(),(0000000TTeTeTTeTeTTeTeTTEACACBCBABABC),( ),()(),()( ),(00000TTETTeTeTTeTeTTEABABABABA

57、BC0),(00TTeC)()()(000TeTeTeCACABC根據(jù)中間導(dǎo)體定律，可以用開路熱電偶根據(jù)中間導(dǎo)體定律，可以用開路熱電偶對(duì)液態(tài)金屬或金屬壁面測(cè)溫。對(duì)液態(tài)金屬或金屬壁面測(cè)溫。 （三）中間溫度定律（三）中間溫度定律 在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB兩端點(diǎn)在任意溫度時(shí)的熱電勢(shì)為：兩端點(diǎn)在任意溫度時(shí)的熱電勢(shì)為：)0 ,()0 ,(),(nABABnABTETETTE證明：),(),(),(00TTETTETTEnABnABABTTABnABABnAB

58、ndTTeTeTTE)()(),(nTTABABnABnABdTTeTeTTE0)()(),(00TTABABABnABnABdTTeTeTTETTE0)()(),(),(00即得：),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB當(dāng)T0=0時(shí)，有：)0 ,(),()0 ,(nABnABABTETTETE其中，Tn稱為中間溫度。結(jié)論：結(jié)論：中間溫度定律為制定熱電偶得分度表奠定了理論基礎(chǔ)。從分度表查出參考端為零度時(shí)得熱電勢(shì)，即可求得參考端溫度不為零時(shí)得熱電勢(shì)。應(yīng)用一應(yīng)用一：該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中電偶測(cè)溫

59、回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì)利用熱電偶這一性質(zhì), 可對(duì)參考端溫度不為可對(duì)參考端溫度不為0的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。例：用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度例：用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度T030時(shí)，時(shí)，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)E AB(T,T0)=39.17mV，求實(shí)際爐溫。，求實(shí)際爐溫。解：由解：由 T030查分度表得查分度表得E（30，0）1.2mV，根據(jù)中間溫，根據(jù)中間溫度定律得度定律得 E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=39.17+1.2=40.37mV查表得爐溫查表得爐溫 T=946 鎳鉻一鎳硅熱電偶分度表（自由端溫度為0 ） 用連接導(dǎo)線的熱電偶回路

60、用連接導(dǎo)線的熱電偶回路 應(yīng)用二：應(yīng)用二：熱電偶實(shí)際測(cè)溫時(shí)，工作端和參考端有時(shí)會(huì)很長(zhǎng)。熱電偶實(shí)際測(cè)溫時(shí)，工作端和參考端有時(shí)會(huì)很長(zhǎng)。根據(jù)中間溫度定律，可以用補(bǔ)償導(dǎo)線連接加長(zhǎng)熱電偶。根據(jù)中間溫度定律，可以用補(bǔ)償導(dǎo)線連接加長(zhǎng)熱電偶。 在一定范圍內(nèi)（在一定范圍內(nèi)（0-150）補(bǔ)償導(dǎo)線具有和所連接熱電偶）補(bǔ)償導(dǎo)線具有和所連接熱電偶相同的熱電性質(zhì)。相同的熱電性質(zhì)。 在熱電偶回路中，如果熱電極在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線分別與連接導(dǎo)線A、B 相連接，結(jié)點(diǎn)溫度分別為相連接，結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、Tn、T0 ，那么回路的熱電，那么回路的熱電勢(shì)將等于熱電偶的熱電勢(shì)勢(shì)將等于熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,Tn