第2章溫度檢測新ppt課件

1、第二章第二章 溫度檢測溫度檢測n 溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。泛、發(fā)展最快的傳感器之一。n 在工業(yè)生產(chǎn)自動化流程中，溫度測量點一般要在工業(yè)生產(chǎn)自動化流程中，溫度測量點一般要占全部測量點的一半左右。占全部測量點的一半左右。本章要求本章要求 了解溫度傳感器的作用、地位和分類；熟悉熱敏電阻不同類型的特點、特性曲線及應(yīng)用場合；理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計算，熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法；掌握電流型、電壓型、數(shù)字型三種集成溫度

2、傳感器特點、工作原理和使用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。 1. 1. 二溫度不能相加或相減；二溫度不能相加或相減； 2. 2. 無標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較測量；無標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較測量； 3. 3. 溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。 溫度的基本概念溫度的基本概念2.1 溫標(biāo)及測溫方法宏觀概念宏觀概念-是物體冷熱程度的表示是物體冷熱程度的表示. . 熱平衡的兩物體，其溫度相等。熱平衡的兩物體，其溫度相等。微觀概念微觀概念-是大量分子運動平均強(qiáng)度的表示。是大量分子運動平均強(qiáng)度的表示。 分子運動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。分子運動愈激烈其溫度表

3、現(xiàn)越高。溫度量的特殊性溫度量的特殊性: :用來量度物體溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度叫溫標(biāo)。用來量度物體溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度叫溫標(biāo)。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有經(jīng)驗溫標(biāo)目前國際上用得較多的溫標(biāo)有經(jīng)驗溫標(biāo)( (華氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、列氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)、列氏溫標(biāo)) )、熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實用溫、熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實用溫標(biāo)。標(biāo)。2.1.1 2.1.1 溫標(biāo)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)u列氏溫標(biāo)列氏溫標(biāo)1.1.經(jīng)驗溫標(biāo)：借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變經(jīng)驗溫標(biāo)：借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實驗的方法或經(jīng)驗公式確定的溫標(biāo)?；年P(guān)系，用實驗的方法或經(jīng)驗公式確定的溫標(biāo)。特點：（特點：（1 1

4、以物體熱脹冷縮現(xiàn)象為基礎(chǔ)。以物體熱脹冷縮現(xiàn)象為基礎(chǔ)。 （2 2把在兩溫度點之間體積的總變化分為若等份，把在兩溫度點之間體積的總變化分為若等份， 每個等份定義為每個等份定義為1 1度。度。2.1.1 2.1.1 溫標(biāo)溫標(biāo)列氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器：水和酒精玻璃溫度計。列氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器：水和酒精玻璃溫度計。分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的純水的冰點為分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的純水的冰點為0 0度，水沸點為度，水沸點為8080度，中間等分度，中間等分8080份，每一份為份，每一份為1 1度，記為度，記為 。R55(32)94CFRu 三者換算關(guān)系：三者換算關(guān)系：攝氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器：水銀玻璃溫度計。攝氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器

5、：水銀玻璃溫度計。分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點定為分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點定為0 0度，沸點定為度，沸點定為100100度，中間等分度，中間等分100100份，每一份為份，每一份為1 1度，記為度，記為。華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器：水銀玻璃溫度計。華氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)儀器：水銀玻璃溫度計。分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點定為分度方法：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點定為3232度，沸點為度，沸點為212212度，中間等分度，中間等分180180份，每一份為份，每一份為1 1度，記為度，記為 。2.1.1 2.1.1 溫標(biāo)溫標(biāo)2.2.熱力學(xué)溫標(biāo)開爾文溫標(biāo)，開氏溫標(biāo)，絕對溫標(biāo)）熱力學(xué)溫標(biāo)開爾文溫標(biāo)，開氏溫標(biāo)，

6、絕對溫標(biāo)） 以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立了溫度僅與熱量有關(guān)而與物以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立了溫度僅與熱量有關(guān)而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。認(rèn)為分子運動停止時的溫度為絕對零質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。認(rèn)為分子運動停止時的溫度為絕對零度。單位為開爾文，用符號度。單位為開爾文，用符號K(Kelvin)K(Kelvin)表示。規(guī)定水三相點表示。規(guī)定水三相點溫度為溫度為273.16K273.16K。3.3.國際實用溫標(biāo)國際溫標(biāo)）國際實用溫標(biāo)國際溫標(biāo)） 19681968年國際實用溫標(biāo)規(guī)定：熱力學(xué)溫度是基本溫度，用符號年國際實用溫標(biāo)規(guī)定：熱力學(xué)溫度是基本溫度，用符號T T 表示。單位為開爾文符號為表示。單位為開爾文符

7、號為K K）。）。 1K1K定義為水三相點溫定義為水三相點溫度的度的1/273.161/273.16。 u t, K, T 之間的換算關(guān)系：之間的換算關(guān)系：273.16tCK T2.1.1 2.1.1 溫標(biāo)溫標(biāo)l 接觸測量法接觸測量法l 非接觸測量法非接觸測量法接觸測量法：測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸，使被測接觸測量法：測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸，使被測介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫度時，達(dá)到測量的目的。度時，達(dá)到測量的目的。優(yōu)點：直觀可靠，精度較高。優(yōu)點：直觀可靠，精度較高。缺點：缺點：感溫元件影響被測溫度場的分布；

8、感溫元件影響被測溫度場的分布； 接觸不良等帶來測量誤差；接觸不良等帶來測量誤差； 高溫和腐蝕性介質(zhì)影響感溫元件的性能和壽命。高溫和腐蝕性介質(zhì)影響感溫元件的性能和壽命。 2.1.2 2.1.2 溫度測量的主要方法溫度測量的主要方法非接觸測量法：利用物質(zhì)的熱輻射原理，感溫元件不非接觸測量法：利用物質(zhì)的熱輻射原理，感溫元件不與被測介質(zhì)接觸，通過輻射和對流實現(xiàn)熱交換，達(dá)到與被測介質(zhì)接觸，通過輻射和對流實現(xiàn)熱交換，達(dá)到測量目的。測量目的。優(yōu)點：優(yōu)點： 不干擾被測對象的溫度場；不干擾被測對象的溫度場； 連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗； 熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，便于測量運熱慣性小，可達(dá)千分之一

9、秒，便于測量運動動 物體的溫度和快速變化的溫度反應(yīng)快等。物體的溫度和快速變化的溫度反應(yīng)快等。缺點：缺點： 制造成本較高；制造成本較高； 容易受到外界因素的干擾；容易受到外界因素的干擾； 測量精度較低。測量精度較低。 2.1.2 2.1.2 溫度測量的主要方法溫度測量的主要方法 2.1.3 2.1.3 溫度傳感器的分類溫度傳感器的分類n 隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化化n 蒸氣壓的溫度變化蒸氣壓的溫度變化n 電極的溫度變化電極的溫度變化n 熱電偶產(chǎn)生的電動勢熱電偶產(chǎn)生的電動勢n 光電效應(yīng)光電效應(yīng)n 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)n 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化介電常數(shù)

10、、導(dǎo)磁率的溫度變化n 物質(zhì)的變色、融解物質(zhì)的變色、融解n 強(qiáng)性振動溫度變化強(qiáng)性振動溫度變化n 熱放射熱放射n 熱噪聲熱噪聲1.1.溫度傳感器的物理原理溫度傳感器的物理原理(11)(11)：物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象體積熱膨脹體積熱膨脹電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動勢結(jié)電動勢晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動作特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射熱、光輻射品品種種鉑測溫電阻、熱敏電阻鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動器石英晶體振動器超聲波溫度計超聲波

11、溫度計示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計1.氣體溫度計氣體溫度計 2. 玻璃制水銀溫度計玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機(jī)液體溫度計玻璃制有機(jī)液體溫度計 4.雙金屬溫度計雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計液體壓力溫度計 6. 氣體壓力溫度計氣體壓力溫度計1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻

12、射傳感器、晶體管、二極管、溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱超高溫用傳感超高溫用傳感器器1500以上以上光學(xué)高溫計、輻射傳感器光學(xué)高溫計、輻射傳感器高溫用高溫用傳感器傳感器10001500光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶偶中高溫用傳中高溫用傳感器感器5001000光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶中溫用中溫用傳感器傳感器0500低溫用低溫用傳感器傳感器-2500極低溫用傳感極低溫用傳感器器-270-250BaS

13、rTiO3陶瓷陶瓷晶體管、熱敏電阻、晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計壓力式玻璃溫度計見表下內(nèi)容見表下內(nèi)容 測測 溫溫 范范 圍圍2.2.按測溫范圍分類：按測溫范圍分類：分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱測溫范圍寬測溫范圍寬輸出小輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動器、可控硅、石英晶體振動器、壓力式溫度計、玻璃制溫度計壓力式溫度計、玻璃制溫度計線性型線性型測溫范圍窄測溫范圍窄輸出大輸出大熱敏電阻熱敏電阻指數(shù)型指數(shù)型函數(shù)函數(shù)開關(guān)型開關(guān)型特性特性特定溫度特定溫度輸出大輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計感

14、溫鐵氧體、雙金屬溫度計 測測 溫溫 特特 性性3.3.按測溫特性分類：按測溫特性分類：n 特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測和處理，特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測和處理，n 且隨溫度呈線性變化。且隨溫度呈線性變化。n 對溫度的靈敏度最好。對溫度的靈敏度最好。n 特性隨時間變化要小。特性隨時間變化要小。n 重復(fù)性好，沒有滯后和老化。重復(fù)性好，沒有滯后和老化。n 靈敏度高，堅固耐用，體積小，對檢測對象的影響小。靈敏度高，堅固耐用，體積小，對檢測對象的影響小。n 機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好。機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好。n 能大批量生產(chǎn)，價格便宜。能大批量生產(chǎn)，價格便宜。n

15、 無危險性，無公害等。無危險性，無公害等。2.1.4 2.1.4 溫度傳感器應(yīng)滿足的條件溫度傳感器應(yīng)滿足的條件n 超高溫與超低溫傳感器，如超高溫與超低溫傳感器，如+3000+3000以上和以上和250250以下。以下。n 提高溫度傳感器的精度和可靠性。提高溫度傳感器的精度和可靠性。n 研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價廉的溫度傳感器。研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價廉的溫度傳感器。n 發(fā)展新型產(chǎn)品。發(fā)展新型產(chǎn)品。n 發(fā)展適應(yīng)特殊測溫要求的溫度傳感器。發(fā)展適應(yīng)特殊測溫要求的溫度傳感器。n 發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器。發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器。 2.1.5 2.1.

16、5 溫度傳感器的主要發(fā)展方向溫度傳感器的主要發(fā)展方向2.2 電阻式溫度傳感器n定義：利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化的性質(zhì)定義：利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化的性質(zhì)n 做成的溫度計稱為電阻式溫度傳感器。做成的溫度計稱為電阻式溫度傳感器。n 實現(xiàn)：溫度的變化實現(xiàn)：溫度的變化元件電阻的變化元件電阻的變化n 大部分半導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度大部分半導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度n 比金屬導(dǎo)體高，溫度每升高比金屬導(dǎo)體高，溫度每升高1 1C C ，電阻約減小，電阻約減小2 26 6。n 負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)n 大多數(shù)金屬在溫度升高大多數(shù)金屬在溫度升高1 1C C 時電阻將增加

17、時電阻將增加0.40.40.60.6。n 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)考慮若溫度升高，元件電阻會發(fā)生怎樣的變化？若溫度升高，元件電阻會發(fā)生怎樣的變化？2.2.1 金屬熱電阻傳感器一、熱電阻的類型目前由純金屬制造的熱電阻的主要材料是鉑、銅和鎳。 23020001100ttRRAtBtCtt 當(dāng)時，1.鉑熱電阻：一種貴金屬。鉑熱電阻：一種貴金屬。 測溫范圍：測溫范圍：-200 850電阻和溫度的關(guān)系：電阻和溫度的關(guān)系：2008501ttRRAtBt 當(dāng)時，2.2.1 金屬熱電阻傳感器優(yōu)點：優(yōu)點：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，耐氧化性好。精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，耐氧化性好。容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，可制成很細(xì)的

18、鉑絲容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm或更細(xì)或更細(xì))或極薄的鉑箔。或極薄的鉑箔。 有較高的電阻率。有較高的電阻率。缺點：缺點：在高溫下易受還原性介質(zhì)污染而變脆；在高溫下易受還原性介質(zhì)污染而變脆；價格貴。價格貴。 型號：目前工業(yè)用鉑熱電阻有型號：目前工業(yè)用鉑熱電阻有100100（Pt100Pt100和和 1010(Pt10)(Pt10)兩種。兩種。 應(yīng)用場合：一般用于制造基準(zhǔn)熱電阻、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻應(yīng)用場合：一般用于制造基準(zhǔn)熱電阻、標(biāo)準(zhǔn)熱電阻2.2.1 金屬熱電阻傳感器2.2.銅熱電阻銅熱電阻測溫范圍：測溫范圍：-50-50150150電阻和溫度的關(guān)系：電阻和溫度的關(guān)系：0501501

19、ttRRt 當(dāng)時，優(yōu)點：優(yōu)點：電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性；電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性；溫度系數(shù)大，靈敏度較高。溫度系數(shù)大，靈敏度較高。材料易提純，價格低廉。材料易提純，價格低廉。2.2.1 金屬熱電阻傳感器 型號：目前國標(biāo)規(guī)定的銅熱電阻有型號：目前國標(biāo)規(guī)定的銅熱電阻有Cu50Cu505050）和）和Cu100Cu100（ 100100 ）兩種。）兩種。 應(yīng)用：范圍較廣泛。應(yīng)用：范圍較廣泛。缺點：缺點：電阻率小，電阻體積較大；電阻率小，電阻體積較大； 制成相同阻值的電阻時，銅電阻絲要細(xì)，這樣機(jī)械制成相同阻值的電阻時，銅電阻絲要細(xì)，這樣機(jī)械強(qiáng)度就不高，或者就要長，使體積增大。強(qiáng)度就不高，或者就

20、要長，使體積增大。熱慣性較大，穩(wěn)定性較差；熱慣性較大，穩(wěn)定性較差；容易氧化，工作上限容易氧化，工作上限150.881.7 109.81 10CuPtmm2.2.1 金屬熱電阻傳感器二、熱電阻的結(jié)構(gòu)二、熱電阻的結(jié)構(gòu) 熱電阻的結(jié)構(gòu)主要由電阻體、熱電阻的結(jié)構(gòu)主要由電阻體、 骨架、絕緣套骨架、絕緣套管和接線盒等組成。管和接線盒等組成。 w 平衡電橋法如果電阻R1=R2，當(dāng)熱電阻Rt阻值隨溫度變化時，調(diào)節(jié)電位器Rw的電刷位置x，使電橋處于平衡狀態(tài)，則有三、熱電阻傳感器的測量電路三、熱電阻傳感器的測量電路測量電阻通?？衫脷W姆表或電橋。12RRwRRt其中：其中：L L，R0R0：電位器有效長度和總電阻：

21、電位器有效長度和總電阻 x x：電刷位置：電刷位置201RxRtRRL2.2.1 金屬熱電阻傳感器2.2.1 金屬熱電阻傳感器三、熱電阻傳感器的測量電路三、熱電阻傳感器的測量電路三線制四線制二線制2.2.1 金屬熱電阻傳感器四、熱電阻的基本誤差四、熱電阻的基本誤差熱電阻的基本誤差熱電阻的基本誤差指示儀表的誤差指示儀表的誤差電阻體自熱誤差：由流過電阻體的電流引起。電阻體自熱誤差：由流過電阻體的電流引起。 一般工業(yè)熱電阻工作電流被限制在一般工業(yè)熱電阻工作電流被限制在6mA以內(nèi)，這樣自以內(nèi)，這樣自熱溫差就不會超過熱溫差就不會超過0.1C。引線電阻誤差引線電阻誤差2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器v熱敏

22、電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化的性質(zhì)制成。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化的性質(zhì)制成。v一般用金屬氧化物、陶瓷半導(dǎo)體材料或碳化硅材料制造，根據(jù)一般用金屬氧化物、陶瓷半導(dǎo)體材料或碳化硅材料制造，根據(jù)v 不同的配比燒結(jié)等工藝制成熱敏電阻，結(jié)構(gòu)上主要有不同的配比燒結(jié)等工藝制成熱敏電阻，結(jié)構(gòu)上主要有: :v 片型、桿型和珠型。片型、桿型和珠型。NTC二極管封裝二極管封裝環(huán)氧封裝、小型化高精度環(huán)氧封裝、小型化高精度 ； 響應(yīng)時響應(yīng)時間快間快 ； 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 根據(jù)不同用途有多種封根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)裝結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬；使用溫區(qū)寬 高穩(wěn)定性、高可靠性高穩(wěn)定性、高可靠性根據(jù)不同

23、用途有多種封裝根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬；使用溫區(qū)寬 ；高穩(wěn)；高穩(wěn)定性、高可靠性定性、高可靠性 ；為客戶；為客戶提供多種便捷服務(wù)提供多種便捷服務(wù) 家用冰箱、空調(diào)器家用冰箱、空調(diào)器 ；電熱水器、整體浴室電熱水器、整體浴室 ；冰柜、豆?jié){機(jī)冰柜、豆?jié){機(jī) 環(huán)氧封裝、小型化、精度高環(huán)氧封裝、小型化、精度高 ；可靠性高、；可靠性高、響應(yīng)時間快響應(yīng)時間快 ；引線采用聚脂漆包線、耐熱、；引線采用聚脂漆包線、耐熱、絕緣性好絕緣性好 2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器一、熱敏電阻的分類一、熱敏電阻的分類按材料分類按材料分類 常用的半導(dǎo)體材料有鐵常用的半導(dǎo)體材料有鐵, ,鎳鎳, ,錳錳, ,鈷鈷,

24、,鉬鉬, ,鎂鎂, ,銅的氧化銅的氧化物或其他化合物物或其他化合物. .按溫度特性分類按溫度特性分類 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 臨界負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻臨界負(fù)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 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：簡稱負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：簡稱NTCNTC，型號用，型號用MFMF表示。溫度特性如圖中曲線表示。溫度特性如圖中曲線1 1所所示。在工作溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度上升而非線性下降，示。在工作溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度上升而非線性下降， 溫度系數(shù)為溫度系數(shù)為- -(1(16)%/.6)%/.臨界負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：簡稱臨界負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：簡稱CTRCTR。CTRC

25、TR是一種開關(guān)型是一種開關(guān)型NTCNTC，溫度特性如圖，溫度特性如圖中曲線中曲線4 4所示所示. .在臨界溫度附近，阻值隨溫度上升而急劇減小。在臨界溫度附近，阻值隨溫度上升而急劇減小。 正溫度系數(shù)熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻： 簡稱簡稱PTCPTC， 型號用型號用MZMZ表示。表示。 在工作溫度范圍內(nèi)，在工作溫度范圍內(nèi)， 其電阻值隨溫度上升而非線性增大。其電阻值隨溫度上升而非線性增大。曲線曲線2 2為緩變型為緩變型: :其溫度系數(shù)為其溫度系數(shù)為0.5%/0.5%/8%/;8%/;曲線曲線3 3為開關(guān)型為開關(guān)型: :在居里點附近的溫度系數(shù)可達(dá)在居里點附近的溫度系數(shù)可達(dá)10%/10%/60%/60

26、%/。 低溫?zé)崦綦娮瑁?其工作溫度低于-55。 常溫?zé)崦綦娮瑁?其工作溫度范圍為-55315。 高溫?zé)崦綦娮瑁?其工作溫度高于315。n按工作溫度范圍分類按工作溫度范圍分類2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器n大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻是大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻是NTCNTC熱敏電阻熱敏電阻, ,具有很高具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于0 0150150之間之間測溫。測溫。n各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來方便。線制或四線制接法，給使用帶來方便。二、工作原理二、工作原理 半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變

27、化而變化半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化. . 兩點重要說明兩點重要說明: :2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 1. 標(biāo)稱電阻值標(biāo)稱電阻值 （冷電阻）（冷電阻）環(huán)境溫度環(huán)境溫度25250.20.2下測得的電阻值，單位：下測得的電阻值，單位：2. 2. 耗散系數(shù)耗散系數(shù)熱敏電阻器溫度變化熱敏電阻器溫度變化11所耗散的功率變化量，單位：所耗散的功率變化量，單位：W/W/3. 3. 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度變化熱敏電阻的溫度變化1 1 時電阻值的變化率，通常指時電阻值的變化率，通常指2020時時的溫度系數(shù)的溫度系數(shù).(%)/.(%)/4. 4. 熱容量熱容

28、量熱敏電阻的溫度變化熱敏電阻的溫度變化1 1 時，所需吸收或釋放的能量，單位：時，所需吸收或釋放的能量，單位：J/J/5. 5. 時間常數(shù)時間常數(shù)HRHC2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器四、熱敏電阻的特點四、熱敏電阻的特點優(yōu)點：優(yōu)點：靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1 12 2個數(shù)量級；個數(shù)量級； 很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時幾乎無需很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；考慮連線電阻的影響；體積??；體積小；熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；結(jié)構(gòu)簡單堅固，能承受較大的沖

29、擊、振動。結(jié)構(gòu)簡單堅固，能承受較大的沖擊、振動。2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器缺點：缺點：阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；元件的一致性差，互換性差；元件的一致性差，互換性差； 元件易老化，穩(wěn)定性較差；元件易老化，穩(wěn)定性較差；除特殊高溫除特殊高溫, ,低溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻只適低溫?zé)崦綦娮柰猓^大多數(shù)熱敏電阻只適合合0 0150150范圍，使用時必須注意。范圍，使用時必須注意。思考題:1.怎么區(qū)分普通電阻和熱敏電阻？ 主要看參數(shù)。熱敏電阻的型號是(NTC)MF或(PTC)MZ，如: NTC 47D10 。3.NTC 10D-11熱敏電阻可以用什么型號熱敏電阻替

30、換? 這是個10，兩引腳距離尺寸為11mm的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，只有相同電氣參數(shù)的才能代換，兩引腳距離尺寸可以不一致。2.熱敏電阻怎樣看阻值? 例如NTC 47D10 代表意義? NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器,后面的47 代表電阻47歐姆, 10代表引腳之間的距離. 4.熱敏電阻型號為NTC 10D2-7和NTC 10D-7這個型號有什么區(qū)別 ? 是同一個型號?？赡茉诮Y(jié)構(gòu)上略有區(qū)別。5.熱敏電阻和陶瓷電容怎么區(qū)分 ? 外觀上看陶瓷電容邊緣較薄。測量時熱敏電阻會有阻值，一般零點幾K幾十K，陶瓷電容電阻無窮大。 思考題:溫度測量溫度測量-NTC-NTC溫度控制溫度控制-NTC-NTC

31、溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償-NTC-NTC過熱保護(hù)過熱保護(hù)-PTC-PTC五、熱敏電阻的應(yīng)用五、熱敏電阻的應(yīng)用 1.溫度測量溫度測量五、熱敏電阻的應(yīng)用五、熱敏電阻的應(yīng)用2.溫度控制溫度控制溫度測量原理圖的指示儀表用運算放大器代替。溫度測量原理圖的指示儀表用運算放大器代替。運算放大器的作用：比較器運算放大器的作用：比較器五、熱敏電阻的應(yīng)用五、熱敏電阻的應(yīng)用n溫度較低溫度較低高電阻高電阻VTHV1 運算放大器接通運算放大器接通繼電器被激勵繼電器被激勵加熱器供電加熱器供電溫度逐漸升高溫度逐漸升高n溫度較高溫度較高電阻逐漸降低電阻逐漸降低電橋平衡通過零點）電橋平衡通過零點）放大器關(guān)斷放大器關(guān)斷切斷加熱器切斷加熱

32、器n加熱器保持關(guān)斷加熱器保持關(guān)斷電阻冷卻電阻冷卻電橋反方向通過零點。電橋反方向通過零點。五、熱敏電阻的應(yīng)用五、熱敏電阻的應(yīng)用n電位器電位器R1的位置設(shè)定溫度，通常選熱敏電阻的基的位置設(shè)定溫度，通常選熱敏電阻的基準(zhǔn)阻值為控制中點的值。準(zhǔn)阻值為控制中點的值。n電位計的值任選，一般在電位計的值任選，一般在1K10K。R1R13.溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償五、熱敏電阻的應(yīng)用五、熱敏電阻的應(yīng)用4.過熱保護(hù)過熱保護(hù)2.32.3薄膜熱傳感器薄膜熱傳感器適用范圍：物體表面、快速和小間隙場所的溫度測量。適用范圍：物體表面、快速和小間隙場所的溫度測量。一、金屬薄膜熱電阻一、金屬薄膜熱電阻發(fā)展方向：體積越來越小、阻值越來越大

33、、測溫范圍越發(fā)展方向：體積越來越小、阻值越來越大、測溫范圍越來越廣。來越廣。1.薄膜熱傳感器的結(jié)構(gòu)薄膜熱傳感器的結(jié)構(gòu) 在基片上采用真空沉積技術(shù)將鉑粉附著在陶瓷基片上，在基片上采用真空沉積技術(shù)將鉑粉附著在陶瓷基片上，再將引線燒結(jié)固定。再將引線燒結(jié)固定。2.薄膜熱電阻的測溫機(jī)理薄膜熱電阻的測溫機(jī)理 與鉑熱電阻類似，薄膜熱電阻是基于純金屬材料的電與鉑熱電阻類似，薄膜熱電阻是基于純金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增加的原理來測量溫度。阻率隨溫度的升高而增加的原理來測量溫度。二、多晶硅薄膜熱電阻二、多晶硅薄膜熱電阻 溫度傳感器的發(fā)展方向之一，利用多晶硅溫度傳感器的發(fā)展方向之一，利用多晶硅薄膜薄膜的電阻率隨

34、溫度變化的特性，可集成性好。的電阻率隨溫度變化的特性，可集成性好。 1.多晶硅薄膜熱電阻的結(jié)構(gòu)多晶硅薄膜熱電阻的結(jié)構(gòu) 2.多晶硅薄膜熱電阻測溫機(jī)理多晶硅薄膜熱電阻測溫機(jī)理2.3 薄膜熱傳感器薄膜熱傳感器2.4 2.4 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 2.4.1 2.4.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理 溫差熱電偶簡稱熱電偶是目前溫度溫差熱電偶簡稱熱電偶是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。測量中使用最普遍的傳感元件之一。一一. .熱電偶的特點：熱電偶的特點： 1.1.結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬：結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬：-271-2712800 2800 2. 2.準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信準(zhǔn)確度

35、高、熱慣性小，輸出信號為電信號。號。 3.3.熱容量小，可用于快速及動態(tài)溫度的測熱容量小，可用于快速及動態(tài)溫度的測量。量。二二. .熱電偶的分類：熱電偶的分類： 1.1.按材料分類按材料分類: : 2. 2.按用途分類按用途分類: :三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理 熱電阻測溫原理基于熱電效應(yīng)。熱電阻測溫原理基于熱電效應(yīng)。1. 1.熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體半導(dǎo)體兩熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體半導(dǎo)體兩端接觸在一起組成閉合回路，當(dāng)兩個接端接觸在一起組成閉合回路，當(dāng)兩個接觸點觸點( (稱為接點稱為接點) )的溫度不相同時，回路中的溫度不相同時，回路中就會有電流通過，兩端之間就存在電動就會有電流通

36、過，兩端之間就存在電動勢。這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為勢。這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)。 ( (重要：兩線重要：兩線, , 兩端兩端 ) ) 熱電偶：兩種不同導(dǎo)體的組成的閉合回路。熱電偶：兩種不同導(dǎo)體的組成的閉合回路。 熱電熱電( (動動) )勢：閉合回路兩端產(chǎn)生的電勢。勢：閉合回路兩端產(chǎn)生的電勢。 熱電流：閉合回路中流過的電流。熱電流：閉合回路中流過的電流。 熱電極：導(dǎo)體熱電極：導(dǎo)體A A、B B 。 參考端參考端( (冷端冷端) )：溫度為參考溫度的一端：溫度為參考溫度的一端T0T0） 工作端工作端( (熱端熱端) )：置于被測溫度：置于被測溫度T T的一端。的一端。

37、三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理n 兩根異質(zhì)材料的接觸電動勢兩根異質(zhì)材料的接觸電動勢 導(dǎo)線兩端的溫差電動勢導(dǎo)線兩端的溫差電動勢EABT，T0）=f(T)-f(T0) 實驗證明，熱電動勢是熱電偶兩端溫度的函數(shù)差，實驗證明，熱電動勢是熱電偶兩端溫度的函數(shù)差，即：即： 2. 2.熱電動勢的組成熱電動勢的組成三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理 (1)兩種導(dǎo)體的接觸電動勢兩種導(dǎo)體的接觸電動勢n兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,B接觸的時候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子接觸的時候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，如果密度不同，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

38、密度小的導(dǎo)體B擴(kuò)散，從而由于導(dǎo)擴(kuò)散，從而由于導(dǎo)體體A失去了電子而具有正電位。相反導(dǎo)體失去了電子而具有正電位。相反導(dǎo)體B由于接由于接收到了擴(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)到動態(tài)平衡時達(dá)到動態(tài)平衡時A、B之間就形成了一個電位差。之間就形成了一個電位差。這個電位差稱為接觸電動勢。這個電位差稱為接觸電動勢。三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理EAB(T)：A、B兩種材料在溫度為T時的接觸電動勢； K：玻耳茲曼常數(shù)(1.3810-6)； e：電荷常數(shù)(1.602189210-19)；NA(T)、NB(T)：A、B兩種材料在溫度T時的自由電子密度。( )

39、( )ln( )AABBNTKTETeNT結(jié)論：結(jié)論： 接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式：回路中總的接觸電勢為：回路中總的接觸電勢為：0000()()ln()AABBKTNTETeNT0000()( )( )() lnln( )()AAABABBBNTNTKETETTTeNTNT熱電偶原理圖熱電偶原理圖TT0AB()()ln()AABBNTK TETeNTT點的接觸電勢為：點的接觸電勢為：T0點的接觸電勢為：點的接觸電勢為：三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理考慮

40、：考慮：1.兩個相同導(dǎo)體組成的閉合回路兩端有沒有接觸電勢？兩個相同導(dǎo)體組成的閉合回路兩端有沒有接觸電勢？ 2.若兩個不同導(dǎo)體組成閉合回路的兩端溫度相同，兩端若兩個不同導(dǎo)體組成閉合回路的兩端溫度相同，兩端有沒有接觸電勢？有沒有接觸電勢？（2單一導(dǎo)體的溫差電動勢單一導(dǎo)體的溫差電動勢 對于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為對于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為T、TO，且，且TTO，如下圖所示。，如下圖所示。 單一導(dǎo)體溫差電動勢單一導(dǎo)體溫差電動勢 導(dǎo)體中的自由電子，導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端動能，因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電動勢，這個電生了

41、電動勢，這個電動勢稱為單一導(dǎo)體的動勢稱為單一導(dǎo)體的溫差電動勢。溫差電動勢。三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式:001( ,)( ) ( )TAATAKE T Td NT TeNT對于由對于由A、B兩種導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，在兩種導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，在A、B兩導(dǎo)體上兩導(dǎo)體上產(chǎn)生的溫差電動勢之和為：產(chǎn)生的溫差電動勢之和為：000011( ,)( ,)( ) ( ) ( )( )TTABABTTABKE T TE T Td NT Td NT TeNTNT三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理考慮：考慮：1.若兩個相同導(dǎo)體組成閉合回路的兩端溫度不同，有若兩個相同導(dǎo)體組成閉合回

42、路的兩端溫度不同，有沒有溫差電動勢？沒有溫差電動勢？ 2.若兩個不同導(dǎo)體組成閉合回路的兩端溫度相同，有若兩個不同導(dǎo)體組成閉合回路的兩端溫度相同，有沒有溫差電動勢？沒有溫差電動勢？由導(dǎo)體材料由導(dǎo)體材料A A、B B組成的閉合回路，其結(jié)點溫度分別為組成的閉合回路，其結(jié)點溫度分別為T T、T0,T0,如果如果NANANB, TNB, TT0T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：電勢，回路總電勢： （3回路總電勢回路總電勢 回路中接觸電勢與溫差電勢之回路中接觸電勢與溫差電勢之和和000000000( ,)( )()( ,)( ,)()( )11 ln

43、ln( ) ( ) ( )()( )( )ABABABABTTAAABTTBBABET TETETE T TE T TNTNTKKTTd NT Td NT TeNTNTeNTNTT0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB熱電偶總電動勢與電子密度熱電偶總電動勢與電子密度NA、NB及兩接點溫度及兩接點溫度T、T0有關(guān)有關(guān)三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理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，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，熱電偶的總電動勢熱電偶的總電動勢EAB(T，T0)成為溫度成為溫度T和和To的函數(shù)差，的函數(shù)差，即：即：000(

44、 ,)( )()( ,)( )ABABET Tf Tf TET Tf TC實際應(yīng)用中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是通過分度表來確定。實際應(yīng)用中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是通過分度表來確定。分度表：參考端溫度為分度表：參考端溫度為0時，通過實驗建立起來的熱電勢與時，通過實驗建立起來的熱電勢與 工作端溫度之間的對照表。工作端溫度之間的對照表。三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)，導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體與導(dǎo)體A A、B B的中間各處溫度無關(guān)。的中間各處溫度無關(guān)。只有當(dāng)熱電偶的兩導(dǎo)體材料和兩端溫度均不相同時才能有熱

45、電只有當(dāng)熱電偶的兩導(dǎo)體材料和兩端溫度均不相同時才能有熱電勢產(chǎn)生。勢產(chǎn)生。熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。度、粗細(xì)無關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(半導(dǎo)體半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當(dāng)不會產(chǎn)生熱電勢，因為當(dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。（4重要結(jié)論：重要結(jié)論：三、熱電偶的測溫原理三、熱電偶的測溫原理四、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定

46、律由同一種均質(zhì)材料導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端焊接組成閉由同一種均質(zhì)材料導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。為零。 結(jié)論結(jié)論: 熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。附加熱電勢。 （2中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 將將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

47、種導(dǎo)體C，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，接入導(dǎo)體接入導(dǎo)體C后對回路總電動勢無影響。后對回路總電動勢無影響。TABCTT結(jié)論結(jié)論: 可采取任何方式焊接導(dǎo)線，將熱電勢通過導(dǎo)線接至測量儀可采取任何方式焊接導(dǎo)線，將熱電勢通過導(dǎo)線接至測量儀表進(jìn)行測量，不影響測量精度。表進(jìn)行測量，不影響測量精度。四、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律ET0T0TET0T1T1T電位計接入熱電偶回路例如例如:根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原電位計與連接熱電偶處的接點溫度

48、相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。 四、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律(3)中間溫度定律中間溫度定律在熱電偶測量回路中，假在熱電偶測量回路中，假如如測量端溫度為測量端溫度為T，自由端溫，自由端溫度度為為TO，中間溫度為，中間溫度為O，那么那么 EAB(T,TO)=EAB(T,TO) +EAB(TO,TO) 結(jié)論：結(jié)論： 1.運用該定律可使測量距離加長，也可用于消除熱運用該定律可使測量距離加長，也可用于消除熱電偶電偶 自由端溫度變化影響。自由端溫度變化影響。 2.若已知分度表，就可求出冷端為任意溫度的熱電若已知分度表，就可求出冷端為任意

49、溫度的熱電動勢。動勢。 四、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律(4)標(biāo)準(zhǔn)電極定律也稱組成定律）標(biāo)準(zhǔn)電極定律也稱組成定律）已知熱電極已知熱電極A、B與標(biāo)準(zhǔn)電極與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成的熱電偶在接點溫度為組成的熱電偶在接點溫度為(T，T0)時的熱電動勢分別為時的熱電動勢分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同，則相同溫度下，由溫度下，由A、B兩種熱電極配對兩種熱電極配對后的熱電動勢后的熱電動勢EAB(T，T0)可按下面公式計算：可按下面公式計算： EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0) 參考電極定律大大簡化了熱電偶選配電極的工作。參考電極定律大大簡化了熱電偶選配電極的工作。四

50、、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律n 例2.1 n 當(dāng)T為100，T0為0時，鉻合金鉑熱電偶nE(100，0)=+3.13mV，鋁合金鉑熱電偶的nE(100，0)= -1.02mV，求鉻合金鋁合金組n成熱電偶的熱電勢E(100，0)。解：解： 設(shè)鉻合金為設(shè)鉻合金為A，鋁合金為，鋁合金為B，鉑為，鉑為C。 即：即：EAC(100，0)=+3.13mV EBC(100，0)=-1.02mV 那么：那么：EAB(100,0)=EAC EBC= +4.15mV四、熱電偶基本定律四、熱電偶基本定律2.4.2 熱電極材料及常用熱電偶熱電極材料及常用熱電偶一、熱電極材料一、熱電極材料 理論上任何兩種導(dǎo)體均可

51、配成熱電偶，實際上熱理論上任何兩種導(dǎo)體均可配成熱電偶，實際上熱電偶電偶材料應(yīng)滿足：材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕；蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)?。粺犭妱莞?，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。 實際上一般采用一些合金和化合物。實際上一般采用一些合金和化合物。二、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶二、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為: : 鉑銠鉑銠3030

52、鉑銠鉑銠6 (B6 (B型型) ) 鉑銠鉑銠10 10鉑鉑(S(S型型) ) 鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅(K(K型型) ) 鎳鉻考銅鎳鉻考銅(E(E型型) )組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為負(fù)極。負(fù)極。熱電偶的熱電動勢與溫度關(guān)系表，稱之為分度表。熱電偶的熱電動勢與溫度關(guān)系表，稱之為分度表。 2.4.2 熱電極材料及常用熱電偶熱電極材料及常用熱電偶 分 度 表如果能使冷端溫度如果能使冷端溫度t0 t0 固定，則總電勢就只與溫度固定，則總電勢就只與溫度t t成單值函數(shù)關(guān)系成單值函數(shù)關(guān)系 CtttABAB)(),(0分度表分度表-熱電勢與熱端溫度之間

53、熱電勢與熱端溫度之間 關(guān)系列成表格冷端溫度為關(guān)系列成表格冷端溫度為00）注：熱電勢與熱端溫度之間關(guān)系是非線性，但在溫度變化較小的范圍內(nèi)注：熱電勢與熱端溫度之間關(guān)系是非線性，但在溫度變化較小的范圍內(nèi)為了便于查表運算通?？醋骶€性。為了便于查表運算通?？醋骶€性。三、非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶三、非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶用于一些特殊場合用于一些特殊場合2.4.2 熱電極材料及常用熱電偶熱電極材料及常用熱電偶2.4.3 2.4.3 熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)一一. .普通型熱電偶普通型熱電偶主要用于測量氣體主要用于測量氣體, ,蒸汽蒸汽, ,液體等介質(zhì)的溫度液體等介質(zhì)的溫度 標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)用熱電偶: 1-熱電極熱端）

54、熱電極熱端） 2-絕緣瓷管絕緣瓷管 3-保護(hù)套管保護(hù)套管 4-接線座接線座 5-接線柱接線柱 6-接線盒接線盒2.4.3 2.4.3 熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)二二. .鎧裝熱電偶纜式熱電偶）鎧裝熱電偶纜式熱電偶）鎧裝熱電偶也稱纜式熱電偶，是將熱電偶絲、鎧裝熱電偶也稱纜式熱電偶，是將熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管經(jīng)拉伸加工而成的組合體。絕緣材料和金屬套管經(jīng)拉伸加工而成的組合體。這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時間短、堅固耐用。這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時間短、堅固耐用。鎧裝熱電偶：鎧裝熱電偶： 1-熱電極熱電極2-絕緣材料絕緣材料3-金屬套管金屬套管4-接線盒接線盒5-固定裝置固定裝置 問題引出熱電偶熱電勢的大

55、小是熱端溫度和冷端的函熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。 解決方法補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 計算法計算法 冰浴法冰浴法 補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法 軟件處理法軟件處理法 一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償2.4.4 2.4.4 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償及常用測溫電路熱電偶冷端溫度補(bǔ)償及常用測溫電路1.補(bǔ)償導(dǎo)線法 問題引出熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫

56、度影響熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響;熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響;一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場數(shù)十米遠(yuǎn)的需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表造價過高）。控制室里的顯示儀表或控制儀表造價過高）。 解決方法把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價金屬導(dǎo)線。是廉價金屬導(dǎo)線。補(bǔ)償

57、導(dǎo)線造成浪費國際電工委員會也制定了補(bǔ)償導(dǎo)線的國際電工委員會也制定了補(bǔ)償導(dǎo)線的國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償實現(xiàn)了冷端遷移。降低了成本。 功 能表表2.1 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償不同型號的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同。不同型號的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同。連接補(bǔ)償導(dǎo)線時要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極連接補(bǔ)償導(dǎo)線時要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對應(yīng)。一一對應(yīng)。補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出01000100），否則

58、會給測），否則會給測量帶來誤差。量帶來誤差。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個接點處要保持同溫度。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個接點處要保持同溫度。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延長熱電偶的參考端，當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延長熱電偶的參考端，當(dāng)t00t00時，還需進(jìn)時，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。行其他補(bǔ)償與修正。 使用補(bǔ)償導(dǎo)線注意問題一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償2.計算法 設(shè)：冷端溫度為設(shè)：冷端溫度為t0 t0t00t00被測溫度為被測溫度為 t t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端冷端 t0 t0的熱電勢的熱電勢測量得出的熱電勢測量得出的熱電勢 被測溫度被測溫度 t t 的熱電勢的熱電勢一一

59、. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償 用銅用銅- -康銅熱電偶測爐溫時，測得參比端溫度康銅熱電偶測爐溫時，測得參比端溫度t1t12121；測得測量端和參比端間的熱電動勢；測得測量端和參比端間的熱電動勢E(t, t1 )E(t, t1 )1.979 1.979 mVmV，試求實際爐溫。，試求實際爐溫。 查此種熱電偶的分度表可知查此種熱電偶的分度表可知E(21E(21，0) 0)0.84 mV0.84 mV，可，可得到：得到： E(t E(t，0)=E(t, t1 ) + E(t1, 0 )0)=E(t, t1 ) + E(t1, 0 ) =E(t, 21 ) + E(21, 0 ) =E(t, 21

60、 ) + E(21, 0 ) = 1.979+0.84 = 2.819mV = 1.979+0.84 = 2.819mV 再查分度表，由再查分度表，由2.819mV2.819mV查得到實際爐溫查得到實際爐溫t=69 t=69 。 既不能只按既不能只按1.979 mV 1.979 mV 查分度表，認(rèn)為查分度表，認(rèn)為t=49,t=49, 也不能把也不能把4949直接加上直接加上2121，認(rèn)為，認(rèn)為t=70t=70。例解一一. . 冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償注意由分度表查得由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv E (20,0 ) = 0.113 mv 那么那么 E (t, 0) =