第2章溫度傳感器

1、第第2章章 溫度傳感器溫度傳感器2.1 溫度測(cè)量概述溫度測(cè)量概述2.2 熱電偶傳感器熱電偶傳感器2.3 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器2.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器2.5 其他溫度傳感器其他溫度傳感器2.6 綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類(lèi)和發(fā)展趨勢(shì)；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電阻不同類(lèi)型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握集成溫度傳感器使用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類(lèi)繁多的傳感器中，溫度傳感要器件。在種類(lèi)繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、

2、發(fā)展、發(fā)展最快最快的傳感器之一。的傳感器之一。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。 溫度標(biāo)志著溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度劇烈程度。溫度越高，表示物體越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。越劇烈。 模擬圖：模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫低溫高溫高溫2.1.1 溫度測(cè)量溫度測(cè)量 接觸式溫度傳感器

3、 非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量

4、物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。2.1 溫度測(cè)量概述溫度測(cè)量概述u 隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；u 蒸氣壓的溫度變化；蒸氣壓的溫度變化；u 電極的溫度變化電極的溫度變化u 熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；u 光電效應(yīng)光電效應(yīng)u 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)u 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變

5、化；介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；u 物質(zhì)的變色、融解；物質(zhì)的變色、融解；u 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；u 熱放射；熱放射；u 熱噪聲。熱噪聲。 溫度傳感器的物理原理物物理理現(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(dòng)勢(shì)結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類(lèi)類(lèi)鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料

6、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(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1熱鐵氧體熱鐵氧體 2Fe-Ni-Cu合金合金 此外，還有微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、光纖溫度傳感器

7、等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。 公元公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類(lèi)型的溫度傳感器。術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類(lèi)型的溫度傳感器。

8、溫度傳感器的發(fā)展概況 示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案裝滿熱水后圖案變得清晰可辨變得清晰可辨變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散散熱風(fēng)扇熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示低溫時(shí)顯示藍(lán)色藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色體積體積熱膨脹式熱膨脹式 不需要電源，耐用；不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。但感溫部件體積較大。 氣體的體積與氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)2.1.2 溫標(biāo)溫標(biāo)熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則

9、運(yùn)動(dòng)分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。的物理量。溫標(biāo)：溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。 1848年威廉年威廉湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)，溫標(biāo)。因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)用符號(hào)K表示。它是國(guó)際基本單位制之一。表示。它是國(guó)際基本單位制之一。

10、1 1熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)2 2國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo) 1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用用t表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K。1K定義為水定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16 K，這是建立溫標(biāo)的惟一基，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。準(zhǔn)點(diǎn)。3 3攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大是工程上最通用

11、的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓氣壓(即即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份，每一等份稱(chēng)為攝氏一度等份，每一等份稱(chēng)為攝氏一度(攝氏度，攝氏度，)，一般用小，一般用小寫(xiě)字母寫(xiě)字母 t 表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。 攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4 4華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為華氏度，中間等分為180份，每一

12、等份稱(chēng)為華氏一度，符號(hào)用份，每一等份稱(chēng)為華氏一度，符號(hào)用 ，它和攝，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：氏溫度的關(guān)系如下：T= t+273.15 Kt =T-273.15 m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) 幾種溫標(biāo)的對(duì)比幾種溫標(biāo)的對(duì)比 正常體溫正常體溫為為37 C C ，相當(dāng)于華相當(dāng)于華氏溫度多氏溫度多少度？少度？2.2 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 熱電偶在溫度的測(cè)量中應(yīng)用十分廣泛。熱電偶在溫度的測(cè)量中應(yīng)用十分廣泛。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍寬，并且它構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍寬，并且有較高的精確度和穩(wěn)定性。有較高的精確度和穩(wěn)定性。2.2.1 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫原理1. 1.熱電效

13、應(yīng)熱電效應(yīng) 兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會(huì)產(chǎn)時(shí)，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。 看一個(gè)實(shí)驗(yàn)看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 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)。熱電極熱電極A A自由端自由端（參考端、（參考端、冷端冷端）測(cè)量端測(cè)量端（工作端、（工作端、熱端熱端）熱電極熱電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)

14、 1821年，德國(guó)物理學(xué)家年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克賽貝克用兩種不用兩種不同金屬組成同金屬組成閉合回路閉合回路，并用酒精燈加熱其中，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說(shuō)明什么？）（說(shuō)明什么？），如果用，如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f(shuō)明什么？）（又說(shuō)明什么？） 。 顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有

15、關(guān)。弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀微觀解釋及解釋及圖形符號(hào)圖形符號(hào) 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬自由電子的密度不同，在兩金屬A和和B的接觸點(diǎn)處會(huì)的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金。自由電子將從密度大的金屬屬A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B，使，使A失去電子帶正電失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)熱電勢(shì)。 自由自由電子電子ABeAB（ T T ）T T（1）接觸電動(dòng)勢(shì)）接觸電動(dòng)勢(shì) 假設(shè)兩種金屬假

16、設(shè)兩種金屬A、B的自由電子密度分別為的自由電子密度分別為nA和和nB, 且且nAnB。當(dāng)兩種金屬相接時(shí)，將產(chǎn)生自由電。當(dāng)兩種金屬相接時(shí)，將產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。子的擴(kuò)散現(xiàn)象。 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在A、B之間形成穩(wěn)定的電位之間形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)差，即接觸電勢(shì)eAB。 熱電偶的接觸電勢(shì)熱電偶的接觸電勢(shì) （2）溫差電動(dòng)勢(shì)）溫差電動(dòng)勢(shì) 導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢(shì)，這個(gè)電因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)稱(chēng)為單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。勢(shì)稱(chēng)為單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。 對(duì)于單一導(dǎo)體

17、，如果兩端溫度分別為對(duì)于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為T(mén)、T0，且，且TT0。 單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì) 勢(shì)電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)：勢(shì)電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0) - EA(T,T0)或或 EAB(t,t0) = EAB(t) + EB(t,t0) - EAB(t0) - EA(t,t0) 接觸電勢(shì)示意圖接觸電勢(shì)示意圖在總電勢(shì)中，在總電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為：則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為： EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB

18、(T0) 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成成單值函數(shù)關(guān)系，即：?jiǎn)沃岛瘮?shù)關(guān)系，即： EAB(T,T0)=EAB(T)- c =f(T) 實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際應(yīng)用中，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是通過(guò)熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是通過(guò)熱電偶分度表來(lái)確定。熱電偶分度表來(lái)確定。 分度表分度表是在參考端溫度為是在參考端溫度為00C時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。起來(lái)的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。熱電偶的分度表熱電偶的分度表 熱電偶

19、的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國(guó)從我國(guó)從1991年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱(chēng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ITS-90）的新）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電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：勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）自由端（冷端）溫度必須為溫度必須為0 0 C C。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

20、個(gè)個(gè)熱電勢(shì)，熱電勢(shì)，可以看出可以看出熱電勢(shì)是熱電勢(shì)是否否線性？線性？2. 2.熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律(1)勻質(zhì)導(dǎo)體定律勻質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。 (2)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢(shì)不變。兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢(shì)不變。 圖示回路總的熱電勢(shì)圖示回路總的熱電勢(shì) EABC(T,T0)=EAB

21、(T)-EAB(T0)=EAB(T,T0) 具有中間導(dǎo)體的熱電偶回路具有中間導(dǎo)體的熱電偶回路(3)中間溫度定律中間溫度定律 在熱電偶測(cè)量回路中，測(cè)量端溫度為在熱電偶測(cè)量回路中，測(cè)量端溫度為T(mén)，自由端，自由端溫度為溫度為T(mén)0，中間溫度為，中間溫度為0，如圖所示。則，如圖所示。則T，T0熱熱電勢(shì)等于電勢(shì)等于T，T0與與T0，T0熱電勢(shì)的代數(shù)和。即熱電勢(shì)的代數(shù)和。即 EAB(T,T0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0) 存在中間溫度的熱電偶回路存在中間溫度的熱電偶回路 (4)參考電極定律（也稱(chēng)組成定律）參考電極定律（也稱(chēng)組成定律） 已知熱電極已知熱電極A、B與參考電極與參考電極C組成的熱電偶

22、在組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為結(jié)點(diǎn)溫度為(T，T0)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同溫度下，由，則相同溫度下，由A、B兩種熱電極配兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)可按下面公式計(jì)算：可按下面公式計(jì)算： EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0) 參考電極定律示意圖參考電極定律示意圖【例例2.1】 用鎳鉻用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷端溫度端溫度30，在直流電位計(jì)上測(cè)得的熱電，在直流電位計(jì)上測(cè)得的熱電勢(shì)勢(shì)30.839mV，求爐溫。，求爐溫。解：解： 查鎳鉻查鎳鉻鎳硅熱電偶分度表鎳硅熱電偶

23、分度表 （30，0）=1.203 mV EAB(T,0)=E(T,30)+ EAB(30 ,0) =30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得再查分度表得 T=770?！纠?.2】已知鉻合金已知鉻合金鉑熱電偶的鉑熱電偶的E(100，0) = +3.13 mV，鋁合金，鋁合金鉑熱電偶的鉑熱電偶的E(100，0) = -1.02 mV，求鉻合金，求鉻合金鋁合金組成熱電偶材料鋁合金組成熱電偶材料的熱電動(dòng)勢(shì)的熱電動(dòng)勢(shì)E(100，0)。 解：設(shè)鉻合金為解：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) = +3.13 mV EBC(100，0) = -

24、1.02 mV 則：則： EAB(100,0) = EAC(100,0) EBC(100,0) = 4.15 mV2.2.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與熱電偶材料1熱電偶的種類(lèi)熱電偶的種類(lèi)（1）普通型熱電偶）普通型熱電偶 普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭普通普通裝配型裝配型熱電熱電偶的偶的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)放大圖放大圖 接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護(hù)管保護(hù)管（2）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

25、是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕鎧裝熱電偶是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物溶鑄在一起，外表再套不銹鋼管等構(gòu)成。緣物溶鑄在一起，外表再套不銹鋼管等構(gòu)成。 這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時(shí)間短、堅(jiān)固這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時(shí)間短、堅(jiān)固耐用。耐用。鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶的制造工藝：鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密

26、封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決能解決微小、狹窄場(chǎng)合微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題，且具有抗震、的測(cè)溫問(wèn)題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？蓮澢?、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶 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

27、裝置固定裝置鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護(hù)套管保護(hù)套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面（3）薄膜熱電偶）薄膜熱電偶 用真空鍍膜技術(shù)或真空濺射等方法，將熱電偶用真空鍍膜技術(shù)或真空濺射等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶稱(chēng)為薄膜熱材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶稱(chēng)為薄膜熱電偶。電偶。 測(cè)溫范圍為測(cè)溫范圍為-200500。測(cè)量端既小又薄，。測(cè)量端既小又薄，熱容量小，響應(yīng)速度快。適用于測(cè)量微小面積上的熱容量小，響應(yīng)速度快。適用于測(cè)量微小面積上的瞬變溫度。瞬變溫度

28、。 薄膜熱電偶薄膜熱電偶 （4）表面熱電偶）表面熱電偶 主要用于現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)的測(cè)量，廣泛用于紡織、印染、造紙、主要用于現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)的測(cè)量，廣泛用于紡織、印染、造紙、塑料及橡膠工業(yè)；探頭有各種形狀塑料及橡膠工業(yè)；探頭有各種形狀(弓形、薄片形等弓形、薄片形等)，以適，以適應(yīng)于不同物體表面測(cè)溫用。在其把手上裝有動(dòng)圈式儀表，應(yīng)于不同物體表面測(cè)溫用。在其把手上裝有動(dòng)圈式儀表，讀數(shù)方便。測(cè)量溫度范圍有讀數(shù)方便。測(cè)量溫度范圍有0250和和0600兩種。兩種。 （5）防爆熱電偶）防爆熱電偶 在石油、化工、制藥工業(yè)中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有各種易然、易在石油、化工、制藥工業(yè)中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有各種易然、易爆等化學(xué)氣體，這時(shí)需要采用防爆熱

29、電偶。它采用防爆型爆等化學(xué)氣體，這時(shí)需要采用防爆熱電偶。它采用防爆型接線盒，有足夠的內(nèi)部空間、壁厚及機(jī)械強(qiáng)度，其橡膠密接線盒，有足夠的內(nèi)部空間、壁厚及機(jī)械強(qiáng)度，其橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性符合國(guó)家的防爆標(biāo)準(zhǔn)。因此，即使接線盒封圈的熱穩(wěn)定性符合國(guó)家的防爆標(biāo)準(zhǔn)。因此，即使接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)，其壓力也不會(huì)破壞接線內(nèi)部爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)，其壓力也不會(huì)破壞接線盒，其產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆，可達(dá)到可靠的防爆盒，其產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆，可達(dá)到可靠的防爆效果。效果。隔爆隔爆型熱電偶外形型熱電偶外形厚壁保護(hù)管厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線其他其他熱電偶外形熱電偶外形小形

30、小形K K型熱電偶型熱電偶2.熱電偶組成材料及分度表熱電偶組成材料及分度表 為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測(cè)量，必須對(duì)熱電偶為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測(cè)量，必須對(duì)熱電偶組成材料嚴(yán)格選擇。組成材料嚴(yán)格選擇。 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30鉑銠鉑銠6、 鉑銠鉑銠10鉑、鉑、 鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅 鎳鉻銅鎳（我國(guó)通常稱(chēng)為鎳鉻康銅）。鎳鉻銅鎳（我國(guó)通常稱(chēng)為鎳鉻康銅）。 組成熱電偶的兩種材料寫(xiě)在前面的為正極，后組成熱電偶的兩種材料寫(xiě)在前面的為正極，后面的為負(fù)極。面的為負(fù)極。 熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之關(guān)系表，稱(chēng)之為分熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之關(guān)系表，稱(chēng)之為分度表

31、。度表。 八種八種國(guó)際通用熱電偶：國(guó)際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、R:R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 、S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 、 K:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 、N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 、 E:E:鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳、 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 、 T:T:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造用于制造鉑鉑熱電偶熱電偶的各種的各種鉑鉑熱電偶絲熱電偶絲幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì) 分度號(hào)分度號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng) 測(cè)量溫度范圍測(cè)量溫度范圍 1000 C熱電勢(shì)熱電勢(shì)/ mVB鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6501820 C C4.8344.834R鉑銠鉑銠1313

32、鉑鉑-501768 C C10.50610.506S鉑銠鉑銠1010鉑鉑-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)270800 C C5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析曲線分析 哪幾種熱哪幾種熱電偶的測(cè)溫上電偶的測(cè)溫上限較高？限較高？ 結(jié)論：結(jié)論： 哪幾種熱電哪幾種熱電偶的線性較差？偶的線性較差？ 哪一種熱電哪一種熱電偶的靈敏度較高？偶的靈敏度較高？ 哪一種熱電

33、哪一種熱電偶的靈敏度較低？偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過(guò)原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？為什么所有的曲線均過(guò)原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？（1）補(bǔ)償導(dǎo)線）補(bǔ)償導(dǎo)線 補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)(0150)，其，其熱電性能與相應(yīng)熱電偶的熱電性能相同的廉價(jià)導(dǎo)線。熱電性能與相應(yīng)熱電偶的熱電性能相同的廉價(jià)導(dǎo)線。采用補(bǔ)償導(dǎo)線，可將熱電偶的自由端延伸到遠(yuǎn)離高溫采用補(bǔ)償導(dǎo)線，可將熱電偶的自由端延伸到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對(duì)穩(wěn)定。區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對(duì)穩(wěn)定。 由此可見(jiàn)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約大量的貴重金由此可見(jiàn)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約大量的貴重金屬，減小熱電偶回路的電阻，而且柔軟

34、易彎便于敷設(shè)屬，減小熱電偶回路的電阻，而且柔軟易彎便于敷設(shè)安裝，但必須指出，使用補(bǔ)償導(dǎo)線僅能延長(zhǎng)熱電偶的安裝，但必須指出，使用補(bǔ)償導(dǎo)線僅能延長(zhǎng)熱電偶的自由端，對(duì)測(cè)量電路不起任何溫度補(bǔ)償作用。自由端，對(duì)測(cè)量電路不起任何溫度補(bǔ)償作用。2.2.3 熱電偶測(cè)溫及參考端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫及參考端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線外形補(bǔ)償導(dǎo)線外形 AB屏蔽層屏蔽層保護(hù)層保護(hù)層 1) 計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算，利用公式計(jì)算例例 用銅用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，

35、TH)=1.999mV，又用室溫，又用室溫計(jì)測(cè)出計(jì)測(cè)出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)（2）冷端溫度補(bǔ)償）冷端溫度補(bǔ)償 用螺絲刀用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表調(diào)節(jié)儀表面板上的面板上的“機(jī)械零機(jī)械零點(diǎn)點(diǎn)”，使，使指針指到指針指到氣溫氣溫t0（圖圖中為中為40 40 C）的的刻度上?？潭壬?。機(jī)

36、械零點(diǎn)機(jī)械零點(diǎn)指針被預(yù)調(diào)到室溫（指針被預(yù)調(diào)到室溫（40 C ） 可補(bǔ)償冷端損失可補(bǔ)償冷端損失2） 機(jī)械零位調(diào)整機(jī)械零位調(diào)整法法 3）冰浴法冰浴法 冰浴法接線圖冰浴法接線圖 1被測(cè)流體管道被測(cè)流體管道 2熱電偶熱電偶 3接線盒接線盒 4補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 5銅質(zhì)導(dǎo)線銅質(zhì)導(dǎo)線 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9試管試管 10新的冷端新的冷端 4）冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法( (補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法) )國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)WBC型冷端溫度補(bǔ)償器的工作原理圖型冷端溫度補(bǔ)償器的工作原理圖電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 XT-WBC熱電偶熱電偶 冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器2.2.4 熱電偶測(cè)溫基本電路熱電偶測(cè)溫基本

37、電路如下頁(yè)圖所示如下頁(yè)圖所示 圖（圖（a）表示了測(cè)量某點(diǎn)溫度連接示意圖。）表示了測(cè)量某點(diǎn)溫度連接示意圖。 圖（圖（b）表示兩個(gè)熱電偶并聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)平均溫度。）表示兩個(gè)熱電偶并聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)平均溫度。 圖（圖（c）為兩熱電偶正向串聯(lián)測(cè)兩點(diǎn)溫度之和。）為兩熱電偶正向串聯(lián)測(cè)兩點(diǎn)溫度之和。 圖（圖（d）為兩熱電偶反向串聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差。）為兩熱電偶反向串聯(lián)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差。 常用的熱電偶測(cè)溫電路示意圖常用的熱電偶測(cè)溫電路示意圖 作業(yè)：P494、6、14 金屬熱電阻傳感器一般稱(chēng)作熱電阻傳感器，是金屬熱電阻傳感器一般稱(chēng)作熱電阻傳感器，是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化

38、的原理進(jìn)行測(cè)溫的。進(jìn)行測(cè)溫的。 金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。 熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量-220+850范圍內(nèi)的溫度，范圍內(nèi)的溫度， 少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K（-272），高溫可），高溫可測(cè)量至測(cè)量至1000。2.3 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器 2.3.1 常用熱電阻常用熱電阻 取一只取一只 100W/220V 燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)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)電阻值應(yīng)為的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。 1.鉑熱電阻的電阻鉑熱

39、電阻的電阻溫度特性溫度特性 鉑電阻的特點(diǎn)是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好，所以鉑電阻的特點(diǎn)是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范圍為圍為-200+850。 鉑電阻的電阻鉑電阻的電阻溫度特性方程，在溫度特性方程，在 -2000的的溫度范圍內(nèi)為：溫度范圍內(nèi)為： Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在在0+850的溫度范圍內(nèi)為：的溫度范圍內(nèi)為： Rt=R0(1+At+Bt2)易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻 熱電阻的主要技術(shù)性能熱電阻的主要技術(shù)性能 熱敏電阻的外形

40、、結(jié)構(gòu)及符號(hào)熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào) a a）圓片型熱敏電阻）圓片型熱敏電阻 b b）柱型熱敏電阻）柱型熱敏電阻 c c）珠型熱敏電阻）珠型熱敏電阻 d d）鎧裝型）鎧裝型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）圖形符號(hào)）圖形符號(hào)11熱敏電阻熱敏電阻 22玻璃外殼玻璃外殼 33引出線引出線 44紫銅外殼紫銅外殼 55傳熱安裝孔傳熱安裝孔 薄膜型及普通型鉑熱電阻薄膜型及普通型鉑熱電阻 薄膜鉑電阻是使用最新的薄膜薄膜鉑電阻是使用最新的薄膜技術(shù)而制造的溫度傳感器。與技術(shù)而制造的溫度傳感器。與其他類(lèi)型的熱電阻比較，此產(chǎn)其他類(lèi)型的熱電阻比較，此產(chǎn)品具有適于大批量生產(chǎn)，一致品具有適于大批量生產(chǎn)，一致性好，成本

41、低及尺寸小等特點(diǎn)。性好，成本低及尺寸小等特點(diǎn)。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 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，能把內(nèi)隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，能把內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引起爆炸。的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引起爆炸。 汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻銅熱電阻學(xué)習(xí)查學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表”附錄附錄 鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表 130.90鉑電阻溫度顯示、變送器鉑電阻溫度顯示、變送器可設(shè)定溫度的溫度控制箱可設(shè)定溫度的

42、溫度控制箱 旋轉(zhuǎn)式機(jī)械旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開(kāi)關(guān)設(shè)定開(kāi)關(guān) 撥碼式撥碼式 設(shè)定開(kāi)關(guān)設(shè)定開(kāi)關(guān)2.3.2 熱電阻傳感器的測(cè)量電路熱電阻傳感器的測(cè)量電路 熱電阻測(cè)溫電橋原理熱電阻測(cè)溫電橋原理熱電阻三線制電橋電路熱電阻三線制電橋電路 熱電阻傳感器的測(cè)量電路一般使用電橋電路，如左圖所熱電阻傳感器的測(cè)量電路一般使用電橋電路，如左圖所示。由于工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，離控制室較遠(yuǎn)，因示。由于工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，離控制室較遠(yuǎn)，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響。為此，工業(yè)上常采此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響。為此，工業(yè)上常采用三線制接法，如右圖所示。用三線制接法，如右圖所示。2.3.3 熱敏電阻熱敏電阻

43、 半導(dǎo)體熱敏電阻簡(jiǎn)稱(chēng)熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻簡(jiǎn)稱(chēng)熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。測(cè)溫元件。 熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為三種類(lèi)型，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為三種類(lèi)型，即：即： 正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻）熱敏電阻 負(fù)溫度系數(shù)（負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻）熱敏電阻 在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR）。）。 熱敏電阻的（熱敏電阻的（Rtt）特性）特性 1-負(fù)指數(shù)型負(fù)指

44、數(shù)型NTC； 2-突變型突變型NTC；3-突變型突變型PTC ；4-線性型線性型PTC 各種熱敏電阻的特性曲線各種熱敏電阻的特性曲線 熱敏電阻外形熱敏電阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC熱敏電阻熱敏電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電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝玻璃封裝 NTC熱敏電阻熱敏電阻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)）

45、 MF58型（珠形）高精度型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）非標(biāo)熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 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 熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法 調(diào)試時(shí)，調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先調(diào)哪一應(yīng)該先調(diào)哪一只電位器，再只電位器，再調(diào)哪一只電位調(diào)哪一只電位器？器？ 如何檢驗(yàn)如何檢驗(yàn)表面刻度中其表面刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確？具體

46、步驟確？具體步驟如何進(jìn)行？如何進(jìn)行？ NTC熱敏電阻主要用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償。熱敏電阻主要用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償。PTC突變型熱敏電阻主要用作溫度開(kāi)關(guān)，突變型熱敏電阻主要用作溫度開(kāi)關(guān)，PTC緩變型緩變型熱敏電阻主要用于在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)熱敏電阻主要用于在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償或溫度測(cè)量。償或溫度測(cè)量。CTR熱敏電阻主要用作溫度開(kāi)關(guān)。熱敏電阻主要用作溫度開(kāi)關(guān)。2.3.4 熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用1溫度測(cè)量溫度測(cè)量 用于測(cè)量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低用于測(cè)量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低廉。沒(méi)有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密廉。沒(méi)有外面保護(hù)層的熱敏電

47、阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以用在較惡劣的環(huán)境下。封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，使用時(shí)采用二線制即可?？梢院雎?，使用時(shí)采用二線制即可。2溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 熱敏電阻可在一定的溫度范圍內(nèi)對(duì)某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)熱敏電阻可在一定的溫度范圍內(nèi)對(duì)某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。例如，動(dòng)圈式儀表表頭中的動(dòng)圈由銅線繞成，溫度升高，償。例如，動(dòng)圈式儀表表頭中的動(dòng)圈由銅線繞成，溫度升高，其電阻值增大，引起測(cè)量誤差，為此可在動(dòng)圈回路中串入由其電阻值增大，引起測(cè)量誤差

48、，為此可在動(dòng)圈回路中串入由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度引負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度引起的誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲起的誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如圖電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如圖2-19所示。所示。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 （參考小熊在線公司資料）（參考小熊在線公司資料）熱敏電阻對(duì)晶體管電路的補(bǔ)償熱敏電阻對(duì)晶體管電路的補(bǔ)償熱敏電阻對(duì)正溫度系數(shù)電阻的補(bǔ)償熱敏電阻對(duì)正溫度系數(shù)電阻的補(bǔ)償3溫度控制溫度控制 廣泛用于空調(diào)、冰箱、熱水器、節(jié)能燈等家廣泛用于

49、空調(diào)、冰箱、熱水器、節(jié)能燈等家用電器的用電器的測(cè)溫、控溫及國(guó)防、科技等領(lǐng)域。測(cè)溫、控溫及國(guó)防、科技等領(lǐng)域。 1）繼電保護(hù)）繼電保護(hù)熱繼電器原理圖熱繼電器原理圖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 2）溫度上下限報(bào)警溫度上下限報(bào)警 溫度上下限報(bào)警電路溫度上下限報(bào)警電路圖中圖中Rt為為NTC熱敏電阻，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成遲滯電壓比較熱敏電阻，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成遲滯電壓比較器，當(dāng)溫度器，當(dāng)溫度T等于設(shè)定值時(shí)，等于設(shè)定值時(shí)，Uab=0，VT1 ，VT2都截止。都截止。 當(dāng)當(dāng)T升高時(shí)，升高時(shí)，Rt減小。減小。Uab0，VTl導(dǎo)通，導(dǎo)通，LED1發(fā)光報(bào)警；發(fā)光報(bào)警； 當(dāng)當(dāng)T下降時(shí)，下

50、降時(shí)，Rt增加。增加。Uab0，VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通，LED2發(fā)光報(bào)警。發(fā)光報(bào)警。3）電子節(jié)能燈及電子鎮(zhèn)流器預(yù)熱啟動(dòng)）電子節(jié)能燈及電子鎮(zhèn)流器預(yù)熱啟動(dòng) 如果節(jié)能燈燈絲未經(jīng)預(yù)熱突加高壓?jiǎn)?dòng)，則將導(dǎo)致燈絲材如果節(jié)能燈燈絲未經(jīng)預(yù)熱突加高壓?jiǎn)?dòng)，則將導(dǎo)致燈絲材料嚴(yán)重濺射，使燈管提前發(fā)黑報(bào)廢，使用料嚴(yán)重濺射，使燈管提前發(fā)黑報(bào)廢，使用PTC熱敏電阻，在啟熱敏電阻，在啟動(dòng)時(shí)先預(yù)熱燈絲動(dòng)時(shí)先預(yù)熱燈絲l s左右，然后再加高壓點(diǎn)亮燈管，能有效地防左右，然后再加高壓點(diǎn)亮燈管，能有效地防止燈管兩端發(fā)黑，同時(shí)能防止三極管等燈具線路元件受啟動(dòng)瞬止燈管兩端發(fā)黑，同時(shí)能防止三極管等燈具線路元件受啟動(dòng)瞬間大電流及高反壓沖擊，使燈具壽

51、命延長(zhǎng)間大電流及高反壓沖擊，使燈具壽命延長(zhǎng)10倍以上。倍以上。2.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 2.4.1 集成溫度傳感器工作原理及特點(diǎn)集成溫度傳感器工作原理及特點(diǎn) 集成溫度傳感器是把溫敏元件、偏置電路、放集成溫度傳感器是把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。目前大量生產(chǎn)的集成溫度傳感器有器。目前大量生產(chǎn)的集成溫度傳感器有電流輸出型電流輸出型、電壓輸出型電壓輸出型和和數(shù)字信號(hào)輸出型數(shù)字信號(hào)輸出型。其工作溫度范圍約。其工作溫度范圍約在在-50+150。電流型電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工溫度

52、傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上藝元件集成在一塊芯片上,再通過(guò)激光修版微加工技術(shù)再通過(guò)激光修版微加工技術(shù),制造制造出性能優(yōu)良的測(cè)溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱出性能優(yōu)良的測(cè)溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學(xué)溫度，即力學(xué)溫度，即1A/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)10M。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測(cè)溫提供了一種新型器件。測(cè)溫提供了一種新型器件。電壓型電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖放大器溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖放大器集

53、成在同一芯片上集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為輸出電壓高、線性輸出為10mV；另外；另外,由于其具有輸出由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長(zhǎng)線傳輸。這類(lèi)阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長(zhǎng)線傳輸。這類(lèi)IC溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。VT1、VT2為差分對(duì)管，由恒流為差分對(duì)管，由恒流源提供的源提供的I1、I2分別為分別為VT1、VT2的集電極電流，則的集電極電流，則 ： 集成溫度傳感器的測(cè)溫原理)ln(21IIqkTUbe)ln(21IIqkTUbe 電流輸出型集

54、成溫度傳感器原理電流輸出型集成溫度傳感器原理: 對(duì)管對(duì)管VT1、VT2作為恒流源作為恒流源負(fù)載，負(fù)載，VT3、VT4作為感溫元件，作為感溫元件，VT3、VT4發(fā)射極面積之比為發(fā)射極面積之比為 ，此時(shí)電流源總電流為：此時(shí)電流源總電流為：2.4.2 常用集成溫度傳感器及其應(yīng)用常用集成溫度傳感器及其應(yīng)用1電流輸出型集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器ln2221qRkTRUIIbeTln2221qRkTRUI IbeT8KA/1由上式可知，當(dāng)R、為恒定量時(shí)，IT與T成線性關(guān)系。若R=358歐，則電路輸出溫度系數(shù)為。 AD590是電流輸出型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，工作直是電流輸出型集成溫度傳感器的

55、代表產(chǎn)品，工作直流為流為+4+30v，輸出阻抗約為，輸出阻抗約為l0M，具有良好的互換性。，具有良好的互換性。 在在-55+150范圍內(nèi)精度為范圍內(nèi)精度為1。此外，。此外，AD590抗干擾能力抗干擾能力強(qiáng)，不受長(zhǎng)距離傳輸線壓降的影響，信號(hào)的傳輸距離可達(dá)強(qiáng)，不受長(zhǎng)距離傳輸線壓降的影響，信號(hào)的傳輸距離可達(dá)100m以以上。上。AD590的靈敏度為的靈敏度為1A/K，0時(shí)輸出時(shí)輸出273A電流。電流。AD590集成溫度傳感器集成溫度傳感器（a）外形；（）外形；（b）電路符號(hào)；（）電路符號(hào)；（c）輸出特性）輸出特性 圖示電路為電壓輸出型集成溫度傳感器。圖示電路為電壓輸出型集成溫度傳感器。VT1、VT2為

56、差分對(duì)管，為差分對(duì)管，調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻R1，可使，可使R1=R2，當(dāng)對(duì)管，當(dāng)對(duì)管VT1、VT2的的 值大于等于值大于等于1時(shí)，時(shí)，電路輸出電壓為：電路輸出電壓為：2.電壓輸出型集成溫度傳感器電壓輸出型集成溫度傳感器KA/121220RRURIUbe由此可得由此可得ln210qkTRRUUbe可知可知R1、R2不變，則不變，則U0與與T成線性關(guān)系成線性關(guān)系LM35/45系列溫度傳感器系列溫度傳感器（a）內(nèi)部原理圖（）內(nèi)部原理圖（b）引腳功能（）引腳功能（c）外形封裝（）外形封裝（d）攝氏溫度計(jì)電路）攝氏溫度計(jì)電路 在在-40100范圍內(nèi)，半導(dǎo)體二極管正向電壓與溫度的關(guān)系范圍內(nèi)，半導(dǎo)體二極管正向電

57、壓與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系。為線性關(guān)系。2.4.3 PN結(jié)溫度傳感器及其應(yīng)用結(jié)溫度傳感器及其應(yīng)用1熱敏二極管溫度傳感器應(yīng)用電路熱敏二極管溫度傳感器應(yīng)用電路采用硅二極管溫度傳感器的測(cè)溫電路采用硅二極管溫度傳感器的測(cè)溫電路 NPN型熱敏晶體管在型熱敏晶體管在Ic恒定時(shí)，利用基極恒定時(shí)，利用基極-發(fā)射極間電壓發(fā)射極間電壓Ube的溫度特性，可把溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。的溫度特性，可把溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。2.熱敏晶體三極管溫度傳感器及其應(yīng)用電路熱敏晶體三極管溫度傳感器及其應(yīng)用電路 晶體管溫度傳感器測(cè)溫電路晶體管溫度傳感器測(cè)溫電路 當(dāng)晶閘管在正向轉(zhuǎn)折電壓之前不導(dǎo)通，若超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓就當(dāng)晶閘管在正向轉(zhuǎn)折電壓

58、之前不導(dǎo)通，若超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓就進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，特別是在低溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)，電流放大系數(shù)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，特別是在低溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)，電流放大系數(shù)很大，具有良好的開(kāi)關(guān)特性。很大，具有良好的開(kāi)關(guān)特性。利用晶閘管的轉(zhuǎn)折電壓隨溫度而利用晶閘管的轉(zhuǎn)折電壓隨溫度而改變的特性制成熱敏晶閘管。改變的特性制成熱敏晶閘管。3.熱敏晶閘管溫度傳感器及其應(yīng)用電路熱敏晶閘管溫度傳感器及其應(yīng)用電路采用熱敏晶閘管溫度傳感器的溫度控制電路采用熱敏晶閘管溫度傳感器的溫度控制電路 PN結(jié)溫度傳感器與熱敏電阻一樣具有結(jié)溫度傳感器與熱敏電阻一樣具有體積小、體積小、反應(yīng)快反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。此外，線性較好而且價(jià)格低廉，在的優(yōu)點(diǎn)。此外，線性較好而且價(jià)

59、格低廉，在許多儀表里用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。特別適合對(duì)電子儀許多儀表里用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。特別適合對(duì)電子儀器或家用電器的過(guò)熱保護(hù)，也常用于簡(jiǎn)單的溫度顯器或家用電器的過(guò)熱保護(hù)，也常用于簡(jiǎn)單的溫度顯示和控制。示和控制。 光纖溫度傳感器按其工作原理可分為兩大類(lèi)光纖溫度傳感器按其工作原理可分為兩大類(lèi):功能型和功能型和非功能型。非功能型。1.功能型功能型 功能型也稱(chēng)物性型或傳感型，光纖在這類(lèi)傳感器中不僅功能型也稱(chēng)物性型或傳感型，光纖在這類(lèi)傳感器中不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功能。該類(lèi)傳感器利用作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功能。該類(lèi)傳感器利用某種參數(shù)隨溫度而變化的特性作為傳感器的主體，即將其作某種參數(shù)

60、隨溫度而變化的特性作為傳感器的主體，即將其作為敏感元件進(jìn)行測(cè)溫。為敏感元件進(jìn)行測(cè)溫。 2.5 其他溫度傳感器其他溫度傳感器2.5.1 光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器三種應(yīng)用光纖制作溫度傳感器的原理圖三種應(yīng)用光纖制作溫度傳感器的原理圖2.非功能型非功能型 右圖是一個(gè)光右圖是一個(gè)光纖端面上配置液晶芯纖端面上配置液晶芯片的光纖溫度傳感器。片的光纖溫度傳感器。它是將三種液晶以適它是將三種液晶以適當(dāng)?shù)谋壤旌?，在?dāng)?shù)谋壤旌?，?045之間，顏色之間，顏色從綠到紅，這種傳感從綠到紅，這種傳感器利用了光的反射系器利用了光的反射系數(shù)隨顏色而變化的原數(shù)隨顏色而變化的原理，精度為理，精度為0.1。利用液晶的光纖溫