第5章第51節(jié)溫度傳感器

1、第第5章章 溫度傳感器溫度傳感器本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容v熱電偶熱電偶v熱電阻熱電阻v熱敏電阻熱敏電阻溫度傳感器概述溫度傳感器概述溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類(lèi)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，溫度傳感器是應(yīng)用繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、發(fā)展最快發(fā)展最快的傳感器之一。的傳感器之一。l溫度是與人類(lèi)生活息息相關(guān)的物理量。溫度是與人類(lèi)生活息息相關(guān)的物理量。l溫度檢測(cè)始于溫度檢測(cè)始于20002000多年前。多年前。l工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門(mén)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門(mén)都與溫度有著密切的關(guān)系。都與溫度有著密

2、切的關(guān)系。l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。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)。因此，人類(lèi)離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。因此，人類(lèi)離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。溫度傳感器概述溫度傳感器概述 液體膨脹式溫度計(jì) 固體膨脹式溫度計(jì) 玻璃管溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì) 溫度最本質(zhì)的性質(zhì) 當(dāng)兩個(gè)當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同冷熱程度不同的物體的物體接觸接觸后就會(huì)產(chǎn)生后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。度。溫

3、度傳感器概述溫度傳感器概述利用熱膨脹原理測(cè)量溫度 溫度 分類(lèi)接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫?zé)彷椛錅y(cè)溫?zé)醾鲗?dǎo)測(cè)溫?zé)嶙枋綗犭娛浇?屬熱電阻半導(dǎo)體半導(dǎo)體陶瓷熱敏電阻熱電偶溫 度傳感器 敏感元件 電參數(shù)PN結(jié)式集成溫度傳感器 測(cè)量方法熱敏二極管熱敏三極管 溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器概述溫度傳感器概述工作原理溫度傳感器概述溫度傳感器概述溫度傳感器概述溫度傳感器概述溫度傳感器溫度傳感器熱電偶熱電偶熱電阻熱電阻熱敏電阻熱敏電阻各種熱電偶各種熱電偶溫度傳感器概述溫度傳感器概述各種熱電阻各種熱電阻溫度傳感器概述溫度傳感器概述熱電偶熱電偶主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理熱電極材料及常用熱電偶熱電極材料

4、及常用熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶冷端溫度補(bǔ)償常用熱電偶測(cè)溫線路常用熱電偶測(cè)溫線路熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)-熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 熱熱電極電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考端、（參考端、冷端）冷端） 左端稱為：左端稱為：測(cè)量端（工測(cè)量端（工作端、熱端）作端、熱端） 熱熱電極電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)A AB B熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) v18211821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并

5、用酒精燈加熱其中一金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說(shuō)明什么？），如果用兩指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說(shuō)明什么？），如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f(shuō)明什么？）。轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f(shuō)明什么？）。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)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)弱與兩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)的溫差有關(guān)。個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 熱電偶傳感器熱電偶傳感器結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀解釋及圖形符號(hào) 兩種不

6、同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子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，在兩金屬的密度不同，在兩金屬A A和和B B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)擴(kuò)散現(xiàn)象散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬。自由電子將從密度大的金屬A A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B B，使使A A失去電子帶正電失去電子帶正電，B 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通過(guò)以上演示得出結(jié)論有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論v 將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路。若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有

7、電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在。v 此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外,還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或西拜克效應(yīng)。v 熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感器。熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理 溫度信號(hào)溫度信號(hào) 電壓信號(hào)電壓信號(hào)1.1.熱電偶的特點(diǎn)熱電偶的特點(diǎn)l溫度測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量溫度測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量(-271(-271+2800)+2800)以至更高以至更高的溫度；的溫度；l性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠；性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠；l信號(hào)可以遠(yuǎn)傳和記錄；信號(hào)可以遠(yuǎn)傳和記錄；l結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

8、，使用方便；l測(cè)量端可以做得很小，可用來(lái)測(cè)測(cè)量端可以做得很小，可用來(lái)測(cè)“點(diǎn)點(diǎn)”的溫度；的溫度；l熱容量小，因此反應(yīng)速度很快。熱容量小，因此反應(yīng)速度很快。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理2.2.熱電偶的分類(lèi)熱電偶的分類(lèi)l按熱電偶材料分類(lèi)按熱電偶材料分類(lèi)：廉金屬，貴金屬，難熔金屬和：廉金屬，貴金屬，難熔金屬和非金屬。非金屬。l按用途和結(jié)構(gòu)分類(lèi)按用途和結(jié)構(gòu)分類(lèi)：普通工業(yè)用和專用。：普通工業(yè)用和專用。直形、角形和錐形直形、角形和錐形鋼水測(cè)溫的消耗式熱電鋼水測(cè)溫的消耗式熱電偶、多點(diǎn)式熱電偶和表偶、多點(diǎn)式熱電偶和表面測(cè)溫?zé)犭娕济鏈y(cè)溫?zé)犭娕紵o(wú)固定裝置、螺紋裝置無(wú)固定裝置、螺紋裝

9、置和法蘭固定裝置等品種和法蘭固定裝置等品種熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理3.3.熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)基于熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)：熱電效應(yīng)：在兩種不同的導(dǎo)體在兩種不同的導(dǎo)體( (或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體) )A和和B組成的閉合回路中，如果它們組成的閉合回路中，如果它們兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同同，則回路中產(chǎn)生一個(gè)，則回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)，通常稱為熱電動(dòng)，通常稱為熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理3.3

10、.熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)基于熱電效應(yīng)如圖所示的回路中，兩種絲狀的不同導(dǎo)體如圖所示的回路中，兩種絲狀的不同導(dǎo)體( (或半或半導(dǎo)體導(dǎo)體) )組成的閉合回路，稱為組成的閉合回路，稱為熱電偶熱電偶。導(dǎo)體。導(dǎo)體A或或B稱之為稱之為熱電偶的熱電極或熱偶絲熱電偶的熱電極或熱偶絲。A測(cè)量端TT0B參考端v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)和和溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)兩兩部分組成。部分組成。接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)：由于兩種不同導(dǎo)體的電子密度不同：由于兩種不同導(dǎo)體的電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)，又稱而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)，又稱帕爾

11、貼電動(dòng)勢(shì)帕爾貼電動(dòng)勢(shì)。接觸電勢(shì)原理圖接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)- -熱電偶傳感器熱電偶傳感器AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tABv一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)：在一定溫度：在一定溫度T下的接觸電動(dòng)勢(shì)下的接觸電動(dòng)勢(shì))(TEAB)()(ln)(TNTNekTTEBAAB EAB(T)導(dǎo)體導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)； e單位電荷，單位電荷，e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ； NA(T)、NB(T) 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B在溫度為在溫度為T(mén)時(shí)的電子密

12、度。時(shí)的電子密度。由上式可知，接觸電勢(shì)的大小與由上式可知，接觸電勢(shì)的大小與溫度高低溫度高低及導(dǎo)體及導(dǎo)體中的中的電子密度電子密度有關(guān)。有關(guān)。溫度越高，接觸電動(dòng)勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度溫度越高，接觸電動(dòng)勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電動(dòng)勢(shì)也越大。的比值越大，接觸電動(dòng)勢(shì)也越大。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不：是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電動(dòng)勢(shì)。又稱同而產(chǎn)生的一種熱電動(dòng)勢(shì)。又稱湯姆森電動(dòng)勢(shì)湯姆森電動(dòng)勢(shì)。AEA(T,To)低溫端低溫端 To高溫端高溫端 T溫差電勢(shì)原理圖溫差電勢(shì)原理圖dtdttNd

13、NekTTETTAAA0)(1),(0dtdttNdNekTTETTBBB0)(1),(0熱電偶傳感器熱電偶傳感器AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)：由：由導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料A、B組成組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0,如果如果TT0，則必存在著則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)兩個(gè)接觸電勢(shì)和和兩個(gè)溫差兩個(gè)溫差電勢(shì)電勢(shì)，回路總，回路總電勢(shì)：電勢(shì)：整理得：整理得：),(),()()(),(0000TTETTETETETTEBAABABABdTNNekTT

14、ETTBAAB0ln),(0忽略不計(jì)0( )()ABABETET-有關(guān)熱電偶的幾個(gè)結(jié)論有關(guān)熱電偶的幾個(gè)結(jié)論：l熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)；關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)；l只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體( (或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體) )才能組合成熱電偶；才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)；l只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同, ,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生；時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生；l導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶

15、兩端的溫度導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)，與材料有關(guān)，與材料A、B的中間各處溫度無(wú)關(guān)。的中間各處溫度無(wú)關(guān)。T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB熱電偶傳感器熱電偶傳感器l(5)(5)熱電偶在接點(diǎn)溫度為熱電偶在接點(diǎn)溫度為t1t1，t3t3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于此熱電偶在接點(diǎn)溫度為等于此熱電偶在接點(diǎn)溫度為t1t1、t2t2與與t2t2、t3t3兩個(gè)不同狀態(tài)下的熱電動(dòng)勢(shì)之和。即兩個(gè)不同狀態(tài)下的熱電動(dòng)勢(shì)之和。即131223122313( ,)( ,)(,)( )()()()( )()ABABABABABABABABABET TET TET TE

16、TETETETETET=+=-+-=-熱電偶傳感器熱電偶傳感器T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)ABl(6)(6)電子密度取決于熱電偶材料的特性和溫度，電子密度取決于熱電偶材料的特性和溫度，當(dāng)熱電極當(dāng)熱電極A A、B B選定后，熱電動(dòng)勢(shì)選定后，熱電動(dòng)勢(shì)00( ,)( )()ABET Tf Tf T=-熱電偶傳感器熱電偶傳感器如果自由端的溫度保持不變，即f(t0)=C，此時(shí)00( ,)( )()ABET Tf Tf T=-( )( )f TCTj=-=當(dāng)保持熱電偶自由端溫度當(dāng)保持熱電偶自由端溫度t0不變時(shí)，只要用儀表測(cè)出總電動(dòng)勢(shì)，不變時(shí)，只要用儀表測(cè)出總電動(dòng)勢(shì)，就可

17、以求得工作端溫度就可以求得工作端溫度t。在使用中，常把自由端溫度保持在。在使用中，常把自由端溫度保持在0。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理4.4.熱電偶基本定律熱電偶基本定律l(1)(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉：由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其截面、長(zhǎng)度如何以及各處的溫度如何合回路，不論其截面、長(zhǎng)度如何以及各處的溫度如何分布，都不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。分布，都不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理4.4.熱電偶基

18、本定律熱電偶基本定律l(2)(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：在熱電偶回路中，接入第三種導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，則熱電偶所產(chǎn)生，只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同，則熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)保持不變。的熱電動(dòng)勢(shì)保持不變。熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后，只要保證接入的每種導(dǎo)體后，只要保證接入的每種導(dǎo)體的溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱的溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響。電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響。意義：意義：在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫應(yīng)用中，測(cè)量?jī)x表在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫應(yīng)用中，測(cè)量?jī)x表和連接導(dǎo)線可以作為第三種導(dǎo)體對(duì)待。和連接導(dǎo)線可以作為第三種導(dǎo)體對(duì)待。思思 考考v中間

19、導(dǎo)體定律非常重要，否則無(wú)法使用中間導(dǎo)體定律非常重要，否則無(wú)法使用熱電偶！熱電偶！v為了測(cè)量熱電勢(shì)，必須斷開(kāi)熱電偶閉合為了測(cè)量熱電勢(shì)，必須斷開(kāi)熱電偶閉合回路，接入電表及其它電路。有影響嗎？回路，接入電表及其它電路。有影響嗎？ET0T0TET0T1T1T熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理4.4.熱電偶基本定律熱電偶基本定律l(3)(3)中間溫度定律中間溫度定律：在熱電偶：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為回路中，兩接點(diǎn)溫度為T(mén)，T0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于該熱電偶接點(diǎn)溫度為時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于該熱電偶接點(diǎn)溫度為T(mén)，Ta和和Ta，T0時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。 EAB（T

20、, T0）=EAB（T, Ta）+EAB（Ta, T0）BBA Ta T T0 AAB【例2.1】 用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷端溫度30，在直流電位計(jì)上測(cè)得的熱電勢(shì)30.839mV，求爐溫。解： 查鎳鉻鎳硅熱電偶分度表 （30，0）=1.203 mV 根據(jù)中間溫度定律 EAB(T,0)=E(T,30)+ EAB(30 ,0) =30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得 T=770。熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器v一、熱電偶測(cè)溫原理一、熱電偶測(cè)溫原理4.4.熱電偶基本定律熱電偶基本定律l(4)(4)標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律：當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為T(mén)，T0時(shí)，用

21、導(dǎo)體時(shí)，用導(dǎo)體A，B組組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和熱電偶和CB熱電偶的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)之代數(shù)和。導(dǎo)體熱電動(dòng)勢(shì)之代數(shù)和。導(dǎo)體C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極。稱為標(biāo)準(zhǔn)電極。 EAB（T, T0）=EAC（T, T0）+ECB（T, T0）00( ,)( )()ACACACET TETET=-熱電偶傳感器熱電偶傳感器 EAB（T, T0）=EAC（T, T0）+ECB（T, T0）00( ,)( )()CBCBCBET TETET=-0000( ,)( ,)( )()( )()ACCBACACCBCBET TET TETETETET+=-+-00( )()( ,)ABABABETE

22、TET T=-=熱電偶傳感器熱電偶傳感器v二、熱電極材料及常用熱電偶二、熱電極材料及常用熱電偶1.1.熱電極材料熱電極材料：材料的要求：材料的要求：l在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介質(zhì)變化，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕。質(zhì)變化，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕。l電導(dǎo)率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小。電導(dǎo)率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小。l它們組成的熱電偶，其熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，它們組成的熱電偶，其熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，并且希望該變化率在測(cè)溫范圍內(nèi)接近常數(shù)。并且希望該變化率在測(cè)溫范圍內(nèi)接近常數(shù)。l材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性要好，復(fù)制

23、工藝要簡(jiǎn)材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性要好，復(fù)制工藝要簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。單，價(jià)格便宜。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v二、熱電極材料及常用熱電偶二、熱電極材料及常用熱電偶2.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l鉑銠鉑銠10鉑熱電偶鉑熱電偶(S型型) 工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。 正極正極：鉑銠合金絲：鉑銠合金絲,用用90鉑和鉑和10銠銠(重量比重量比)冶煉而成。冶煉而成。 負(fù)極負(fù)極：鉑絲。測(cè)量溫度：鉑絲。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期長(zhǎng)期：1300、短期短期：1600。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電

24、偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。l 測(cè)量溫度較高，一般用來(lái)測(cè)量測(cè)量溫度較高，一般用來(lái)測(cè)量1000以上高溫。以上高溫。l在高溫還原性氣體中（如氣體中含在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。保護(hù)套管。l材料屬貴金屬，成本較高。材料屬貴金屬，成本較高。l 熱電勢(shì)較弱。熱電勢(shì)較弱。 熱電偶傳感器熱電偶傳感器v二、熱電極材料及常用熱電偶二、熱電極材料及常用熱電偶2.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6熱電偶熱電偶(B型型)正極：鉑銠合金（用正極：鉑銠合金（用70鉑，鉑，30銠冶煉而成）。銠冶煉而成

25、）。負(fù)極：鉑銠合金（用負(fù)極：鉑銠合金（用94鉑，鉑，6銠冶煉而成）。銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600，短期可達(dá)，短期可達(dá)1800。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。l 還原性氣體中易被侵蝕。還原性氣體中易被侵蝕。l 低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在50以下可不加補(bǔ)償。以下可不加補(bǔ)償。l 成本高。成本高。 熱電偶傳感器熱電偶傳感器v二、熱電極材料及常用熱電偶二、熱電極材料及常用熱電偶2.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅(鎳鉻鎳鉻鎳鋁鎳鋁)熱電偶熱電偶(K型型)工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲： 1.22.5mm，

26、實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金正極：鎳鉻合金(用用88.489.7鎳、鎳、910鉻，鉻，0.6硅，硅，0.3錳，錳，0.40.7鈷冶煉而成鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金負(fù)極：鎳硅合金(用用95.797鎳鎳,23硅硅,0.40.7鈷冶煉而成鈷冶煉而成)。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000，短期，短期1300。特點(diǎn)：特點(diǎn)：u 價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。u 高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2， H2S等氣體中易被侵蝕。等氣體中易被侵蝕。u 復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大。 熱電偶傳感器熱電偶

27、傳感器v二、熱電極材料及常用熱電偶二、熱電極材料及常用熱電偶2.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l鎳鉻鎳鉻康銅熱電偶康銅熱電偶(E型型)工業(yè)用熱電偶絲工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金正極：鎳鉻合金負(fù)極：康銅合金（用負(fù)極：康銅合金（用56銅，銅，44鎳冶煉而成）。鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600，短期，短期800。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。l 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。l 氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質(zhì)，氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易

28、氧化變質(zhì)， 適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，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)定的年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此的新標(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)。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勢(shì)的關(guān)系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：時(shí)的約束條件是：自由

29、端（冷端）溫度必須為自由端（冷端）溫度必須為0 0 C C。 分度表是在參考端溫度為分度表是在參考端溫度為0時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立起時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的熱電動(dòng)勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值一一對(duì)應(yīng)來(lái)的熱電動(dòng)勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。關(guān)系。熱電偶的分度表 比較查出比較查出的的3 3個(gè)熱電個(gè)熱電勢(shì)，可以勢(shì)，可以看出熱電看出熱電勢(shì)是否勢(shì)是否線線性？性？如何由熱電偶的熱電勢(shì)查熱端溫度值 設(shè)設(shè)冷端為冷端為0 0 C C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的根據(jù)以下電路中的毫伏表的示示值值及及K熱電偶的熱電偶的分度表，分度表，查出查出熱端的溫度熱端的溫度tx 。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v三、熱電偶的結(jié)構(gòu)三、熱電偶的

30、結(jié)構(gòu)1.1.普通型熱電偶普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體、主要用于測(cè)量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。通常都是的溫度。通常都是由由熱電極、絕緣材熱電極、絕緣材料、保護(hù)套管和接料、保護(hù)套管和接線盒線盒等主要部分組等主要部分組成。成。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v三、熱電偶的結(jié)構(gòu)三、熱電偶的結(jié)構(gòu)2.2.鎧裝熱電偶：鎧裝熱電偶：是由熱電極、絕緣材料和金屬套是由熱電極、絕緣材料和金屬套管經(jīng)拉伸加工而成的組合體，其斷面結(jié)構(gòu)如圖所管經(jīng)拉伸加工而成的組合體，其斷面結(jié)構(gòu)如圖所示，分單芯和雙芯兩種。示，分單芯和雙芯兩種。(a)(b)(c)(d) 132圖圖3 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)

31、示意圖 1 金屬套管金屬套管; 2絕緣材料絕緣材料; 3熱電極熱電極 (a)碰底型碰底型; (b)不碰底型不碰底型; (c)露頭型露頭型; (d)帽型帽型優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：是小型化（直徑是小型化（直徑從從12mm到到0.25mm）、）、壽命、熱慣性小，使用壽命、熱慣性小，使用方 便 。方 便 。 測(cè) 溫 范 圍 在測(cè) 溫 范 圍 在1100以下的有：鎳以下的有：鎳鉻鉻鎳硅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻康銅康銅鎧裝式熱電偶。鎧裝式熱電偶。 熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器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v三、熱電偶的結(jié)構(gòu)三、熱電偶的結(jié)構(gòu)3.3.薄膜熱電偶：薄

32、膜熱電偶：熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器v四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償v原因：原因：熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度00的的情況下測(cè)出的情況下測(cè)出的，如果自由端溫度不是如果自由端溫度不是00，就會(huì)，就會(huì)產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差。v冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒? 1、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法2 2、冷端溫度修正法、冷端溫度修正法3 3

33、、補(bǔ)償電橋法、補(bǔ)償電橋法4 4、冰浴法（冷端冰浴法（冷端0 0恒溫法恒溫法）5 5、軟件處理法、軟件處理法熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器v四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償1.1.補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法ABT1T2T2ABT0T0熱電偶補(bǔ)償熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖導(dǎo)線接線圖E 熱電偶一般做得較短，熱電偶一般做得較短， 一般為一般為3503502000mm2000mm。在實(shí)。在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)際測(cè)溫時(shí)，需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣, , 冷

34、端溫度冷端溫度t t0 0比較穩(wěn)定。比較穩(wěn)定。解決辦法解決辦法：工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線。在：工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線。在0 0100100溫度溫度范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。性。熱電偶傳感器熱電偶傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線起到延伸冷端的作用。補(bǔ)償導(dǎo)線起到延伸冷端的作用。根據(jù)中間溫度定律：回路總電勢(shì)是熱電偶與補(bǔ)償根據(jù)中間溫度定律：回路總電勢(shì)是熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電勢(shì)之和。導(dǎo)線的熱電勢(shì)之和。熱電偶傳感器熱電偶傳感器在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意：l補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的范圍內(nèi)與熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的范圍內(nèi)與熱電

35、偶的熱電動(dòng)勢(shì)相等或相近。相等或相近。l不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。l熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度。l補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需分別與熱電偶的正、負(fù)極補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需分別與熱電偶的正、負(fù)極相連。相連。l補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端端t t0 000時(shí)，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。時(shí)，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正?！纠?.2】 用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，熱端溫度為800 ，其冷端溫度50，為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)與顯示，必須將熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)送到恒溫20 的儀表

36、室，求2種情況下測(cè)得的爐溫。解： 查分度表，得E（800，0）=33.277mv E（50，0）=2.022mv E（20，0）=0.798mva.不用補(bǔ)償導(dǎo)線 則輸入儀表的熱動(dòng)勢(shì)為 E（800，50）= E（800，0）- E（50，0）=31.255mv再查分度表， 31.255mv的溫度是751 ，則爐溫為751 b.用補(bǔ)償導(dǎo)線E（800，20）= E（800，0）- E（20，0）=32.479mv再查分度表， 32.479mv的溫度是781 ，故用補(bǔ)償導(dǎo)線可以減小測(cè)量誤差。測(cè)量精度不高，是近似。補(bǔ)償導(dǎo)線外形 AB屏蔽層屏蔽層保護(hù)層保護(hù)層熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器

37、2.2.冷端溫度修正法：冷端溫度修正法：當(dāng)熱電偶冷端溫度不是當(dāng)熱電偶冷端溫度不是00，而是而是t t0 0時(shí)，根據(jù)熱電偶中溫度定律，可得熱電動(dòng)時(shí)，根據(jù)熱電偶中溫度定律，可得熱電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算校正公式：勢(shì)的計(jì)算校正公式： )0 ,(),()0 ,(00tEttEtEt t工作端溫度；工作端溫度；t t0 0冷端的實(shí)際冷端的實(shí)際0 0冷端的標(biāo)準(zhǔn)溫度（冷端的標(biāo)準(zhǔn)溫度（0 0，便于查表）；，便于查表）；冷端 t0的熱電勢(shì)測(cè)量得出的熱電勢(shì) 被測(cè)溫度 t 的熱電勢(shì)冷端校正法得出的數(shù)據(jù)很精確，但不適合連續(xù)測(cè)量溫度。冷端校正法得出的數(shù)據(jù)很精確，但不適合連續(xù)測(cè)量溫度。熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器

38、3.3.補(bǔ)償電橋法：補(bǔ)償電橋法：l利用不平衡電橋利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲錳銅絲繞制繞制)、RCu(銅絲繞制銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。四個(gè)橋臂和橋路電源組成。l設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)，此時(shí)Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。 冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1

39、R2R3R冷端冷端升溫升溫變變大大變變小小冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R補(bǔ)償目標(biāo)：補(bǔ)償目標(biāo)：熱電偶傳感器熱電偶傳感器0( , )ABEt t0t CUabRU0( , )ABabEt tU恒定+=01TE(T,T )I RTABU ABUEU=+ 使用補(bǔ)償電橋注意問(wèn)題使用補(bǔ)償電橋注意問(wèn)題根據(jù)各類(lèi)熱電偶的型號(hào)選擇配套的補(bǔ)償電橋根據(jù)各類(lèi)熱電偶的型號(hào)選擇配套的補(bǔ)償電橋 注意補(bǔ)償溫度的起點(diǎn)注意補(bǔ)償溫度的起點(diǎn) 在在2020平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)

40、先調(diào)整到整到20 20 在在00平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到整到00補(bǔ)償是相對(duì)的，因此有一定誤差補(bǔ)償是相對(duì)的，因此有一定誤差熱電偶傳感器熱電偶傳感器4.4.冰浴法：冰浴法：把熱電偶的冷端置于冰水混合物容器里，把熱電偶的冷端置于冰水混合物容器里，使使T0=0。這種。這種辦法僅限于辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣?；ソ^緣。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v四、熱電偶

41、冷端溫度補(bǔ)償四、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償5.5.軟件處理法軟件處理法l對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采樣后加的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。l對(duì)于對(duì)于T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把器把T0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。便能自動(dòng)修正。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v五、常用熱電偶測(cè)溫線路五、常用熱電偶測(cè)溫線路1

42、.1.測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路熱電偶傳感器熱電偶傳感器v五、常用熱電偶測(cè)溫線路五、常用熱電偶測(cè)溫線路2.2.測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫度差的測(cè)溫電路測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫度差的測(cè)溫電路將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，接線使兩電動(dòng)勢(shì)反向串聯(lián)，此時(shí)儀表可測(cè)出T1、T2之間的溫度差。熱電偶傳感器熱電偶傳感器v五、常用熱電偶測(cè)溫線路五、常用熱電偶測(cè)溫線路3.3.測(cè)量多點(diǎn)的測(cè)溫線路測(cè)量多點(diǎn)的測(cè)溫線路2.4 熱電偶傳感器熱電偶傳感器v五、常用熱電偶測(cè)溫線路五、常用熱電偶測(cè)溫線路4.4.測(cè)量平均溫度的測(cè)溫線路測(cè)量平均溫度的測(cè)溫線路一般用幾個(gè)同型號(hào)的熱一般用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一起，并要電偶并聯(lián)在

43、一起，并要求熱電偶都工作在現(xiàn)行求熱電偶都工作在現(xiàn)行段。在每一個(gè)熱電偶線段。在每一個(gè)熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻路中分別串聯(lián)均衡電阻R R。根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時(shí)，回的輸入阻抗很大時(shí)，回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)：路中總的熱電動(dòng)勢(shì)：ET=（E1+E2+E3）/3熱電偶傳感器熱電偶傳感器v五、常用熱電偶測(cè)溫線路五、常用熱電偶測(cè)溫線路5.5.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)溫線路用幾個(gè)同型號(hào)的熱電偶依次將正負(fù)相連，回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)：ET=E1+E2+E3，輸出電動(dòng)勢(shì)大，可感應(yīng)較小的信號(hào)。1. 1. 熱電偶的選擇、安裝使用熱電偶的選擇、安裝使用 熱電偶的選用應(yīng)該

44、根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，下圖是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用（XCZ型動(dòng)圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動(dòng)記錄。另外也可熱電偶安裝圖通過(guò)與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。六、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/熱電偶允許偏差/溫度偏差溫度偏 差LB3600，800，1000，120006002.4600占所測(cè)熱電勢(shì)的0.4%EU2400，600，800，10004004400占所測(cè)熱電勢(shì)的0.75%EA2300，400，60

45、003004300占所測(cè)熱電勢(shì)的1%2. 2. 熱電偶的定期校驗(yàn)熱電偶的定期校驗(yàn) 校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過(guò)規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見(jiàn)下表。工業(yè)熱電偶允許偏差工業(yè)熱電偶允許偏差78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖 1-調(diào)壓變壓器； 2-管式電爐； 3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶； 4-被校熱電偶； 5-冰瓶； 6-切換開(kāi)關(guān)； 7-測(cè)試儀表； 8-試管熱電阻傳感器熱電阻傳感器v熱電阻傳感器熱電阻傳感器：u熱電阻（金屬熱電阻式）u熱敏電阻（半導(dǎo)體熱電阻式）熱電阻熱電阻一、熱電阻測(cè)溫原理

46、一、熱電阻測(cè)溫原理 熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象。變化的現(xiàn)象。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)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。 熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒二、常用熱電阻及結(jié)構(gòu)二、常用熱電阻及結(jié)構(gòu)常用熱電阻有常用熱電阻有 ：1 1、鉑熱電阻、鉑熱電阻2 2、銅熱電阻、銅熱電阻 鉑鉑是一種貴重金屬，其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制是一種貴重金屬，其物理和化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻的最

47、好材料，主要作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。造熱電阻的最好材料，主要作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。 銅銅可用來(lái)制造可用來(lái)制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度外，特點(diǎn)是點(diǎn)是價(jià)格低廉價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是，缺點(diǎn)是電阻率低電阻率低，且，且容易氧化容易氧化，一般用在較，一般用在較低溫度和沒(méi)有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。低溫度和沒(méi)有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。 熱電阻熱電阻1 1、鉑熱電阻（、鉑熱電阻（ WZPWZP型號(hào)型號(hào)）目前最好材料目前最好材料l 鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系 在在-2000范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，RtR01+At+Bt 2+C(t100)t 3在在 0850范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，

48、RtR01+At+Bt 2 R0 當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； Rt 溫度為溫度為t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；A、B、C 由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。A 3.9080210-3/B= -5.80210-7/2C -4.2735010-12/4 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，最常用的是最常用的是Ptl00，R(0)=100.00，純度為純度為R（100）/R（0）=1.3851 。常用測(cè)溫范圍常用測(cè)溫范圍-200850熱電阻熱電阻 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，這樣在實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電

49、阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電阻熱電阻附錄 鉑熱電阻分度表 鉑電阻分度表鉑電阻分度表 鉑電阻的主要技術(shù)指標(biāo)等級(jí)分度號(hào)測(cè)溫范圍/C允許偏差/C電阻比R100/ R0名義值允許誤差A(yù)Pt10-200850(0.15+0.002|t|)1.385 0.001Pt100BPt10(0.30+0.005|t|)Pt100熱電阻熱電阻即便在氧化性介質(zhì)中，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定；易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性 ；有較高的電阻率 ； 在還原性介質(zhì)中性能易受影響；電阻溫度系數(shù)不太高 ；價(jià)格貴 。鉑熱電阻的特點(diǎn)熱電阻熱電阻v幾種鉑電阻WZP系列裝配式鉑電阻系列裝配式鉑電阻及鎧裝電阻芯及鎧裝

50、電阻芯用于一般工業(yè)場(chǎng)測(cè)溫用于一般工業(yè)場(chǎng)測(cè)溫使用溫度-200700 高強(qiáng)度石英管測(cè)溫鉑電阻高強(qiáng)度石英管測(cè)溫鉑電阻溫度范圍溫度范圍-100C至至+500C適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強(qiáng)腐蝕場(chǎng)合堿等強(qiáng)腐蝕場(chǎng)合注注:不耐氫氟酸及磷酸不耐氫氟酸及磷酸熱電阻熱電阻精密溫度傳感器精密溫度傳感器PtWD1A型-100300誤差小于0.1，精度為超A級(jí) 天燃?xì)饬髁坑?jì)天燃?xì)饬髁坑?jì)溫度補(bǔ)償用鉑電阻溫度補(bǔ)償用鉑電阻天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用油浸變壓器用鉑電阻油浸變壓器用鉑電阻 熱電阻熱電阻醫(yī)療器械鉑電阻醫(yī)療器械鉑電阻 薄模鉑電阻元件薄模鉑電阻元件用用 于汽車(chē)工業(yè)、白色家電，食品加

51、工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。于汽車(chē)工業(yè)、白色家電，食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。 尺寸：尺寸：2.3mm2.1mm0.9mm（長(zhǎng)（長(zhǎng)寬寬高）高） 線長(zhǎng)線長(zhǎng) 10mm熱電阻熱電阻防水封裝鉑電阻防水封裝鉑電阻核心元件：德國(guó)進(jìn)口精密鉑電阻（核心元件：德國(guó)進(jìn)口精密鉑電阻（PT100 PT1000）元件精度：元件精度：0.15 (A級(jí)級(jí)) 0.30 (B級(jí)級(jí))封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管管料尺寸：管料尺寸： 4 * 25mm 連接線：連接線：PVC包膠電纜線（可選擇耐高溫型的）包膠電纜線（可選擇耐高溫型的） 熱電阻熱電阻2 2、銅熱電阻（、銅熱電阻（ WZCWZC型號(hào)型號(hào)） 目前我國(guó)工業(yè)上用的銅

52、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 。常常用測(cè)溫范圍用測(cè)溫范圍-50-50150150。在在-50150溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度之間的關(guān)系為：溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度之間的關(guān)系為： RtR0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt 溫度為溫度為t時(shí)的銅電阻值時(shí)的銅電阻值 R0 溫度為溫度為0時(shí)的銅電阻值時(shí)的銅電阻值A(chǔ)、B、C 常數(shù)常數(shù) A4.2889910-3/ B-2.13310-7/2 C1.23310-9/3l 銅絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系銅

53、絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系 熱電阻熱電阻銅熱電阻的分度表分度號(hào)：Cu50 050R 溫度溫度/0 0101020203030404050506060707080809090電阻電阻/0 050.0050.0047.8547.8545.7045.7043.5543.5541.4041.4039.2439.240 050.0050.0052.1452.1445.2845.2856.4256.4258.5658.5660.7060.7062.8462.8464.9864.9867.1267.1269.2669.2610010071.4071.4073.5473.5475.6875.6877.8377

54、.8379.9879.9882.1382.13銅電阻的主要技術(shù)指標(biāo)分度號(hào)測(cè)溫范圍/C允許偏差/C電阻比R100/ R0名義值 允許誤差Cu50-50150(0.30+0.006|t|)1.4280.002Cu100熱電阻熱電阻 目前，鉑和銅生產(chǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的。目前，鉑和銅生產(chǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的。 鉑：鉑：Pt50、Pt100、Pt300 主要是主要是Pt100（R050、100、300） 銅：銅：Cu50、Cu100 鉑的測(cè)溫精度很高，達(dá)鉑的測(cè)溫精度很高，達(dá)0.001 銅銅0.5（5050），）， 1（50150） 熱電阻熱電阻銅電阻的特點(diǎn)電阻率小 ；容易氧化 ；價(jià)格便宜 。熱電阻熱電阻WZC-111/12*

55、1000mm Cu50 熱電阻熱電阻v 熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲繞在熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲繞在云母云母、石英石英、陶瓷陶瓷、塑料塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過(guò)固定，外等絕緣骨架上，經(jīng)過(guò)固定，外面再加上保護(hù)套管。但骨架性能的好壞，影響其面再加上保護(hù)套管。但骨架性能的好壞，影響其測(cè)量精度、體積大小和使用壽命。測(cè)量精度、體積大小和使用壽命。下面是關(guān)于熱電阻的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型的簡(jiǎn)單了解下面是關(guān)于熱電阻的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型的簡(jiǎn)單了解其它熱電阻其它熱電阻 鐵鐵/鎳熱電阻：電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高，電鎳熱電阻：電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高，電阻率也較大，可做成體積小、靈敏度高的溫阻率也較大，可做成體積小、靈敏度高的

56、溫度計(jì)，但易氧化，不宜提純且電阻與溫度非度計(jì)，但易氧化，不宜提純且電阻與溫度非線性，僅用于線性，僅用于-50100；用的較少。；用的較少。 銦電阻：銦電阻：-269-258 ；測(cè)量精度高，靈敏度；測(cè)量精度高，靈敏度高，但重現(xiàn)性差。高，但重現(xiàn)性差。 錳電阻：錳電阻：-271-210 ；靈敏度高，但脆性高，；靈敏度高，但脆性高，易損壞；易損壞； 炭電阻：炭電阻：-273-268.5 ；熱容量小，靈敏度；熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。高，價(jià)格低，易操作，但熱穩(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)常采用電橋電路。 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)

57、果有較大的影響。 熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。三、熱電阻的測(cè)量電路三、熱電阻的測(cè)量電路熱電阻熱電阻內(nèi)部引線方式 電阻體二線制電阻體三線制電阻體四線制熱電阻熱電阻1.1.兩線制兩線制v 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(lái)附加誤差。v 兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。熱電阻熱電阻v 熱電阻隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化，熱電阻隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化，R R經(jīng)過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓變化。換成相應(yīng)的電壓變化。v 熱電阻熱電阻R Rt t作為一橋臂電阻引入橋路，由于作為一橋臂電阻引入橋路，由于熱電阻安裝在現(xiàn)場(chǎng)熱電阻安裝在現(xiàn)場(chǎng)，

58、通過(guò)較長(zhǎng)引線引入，那么導(dǎo)線本身阻值通過(guò)較長(zhǎng)引線引入，那么導(dǎo)線本身阻值r r和熱電阻和熱電阻R Rt t串聯(lián)一串聯(lián)一起，將會(huì)引起測(cè)量誤差輸出：起，將會(huì)引起測(cè)量誤差輸出：為了克服引線電阻為了克服引線電阻r r（隨環(huán)境溫度變化）（隨環(huán)境溫度變化）變化而造成的測(cè)量誤差，一般采用變化而造成的測(cè)量誤差，一般采用三線或四線制接線方式。三線或四線制接線方式。3(2)abtUI RrR=+-熱電阻熱電阻2.2.三線制測(cè)量橋路三線制測(cè)量橋路用于工業(yè)測(cè)量，一般精度 熱電阻熱電阻熱電阻一端與一根導(dǎo)線相接，另一端同時(shí)接兩根熱電阻一端與一根導(dǎo)線相接，另一端同時(shí)接兩根導(dǎo)線（其中一根是電源引線）。這樣一來(lái)它將兩導(dǎo)線（其中一根

59、是電源引線）。這樣一來(lái)它將兩根導(dǎo)線電阻根導(dǎo)線電阻r r分別串聯(lián)在電橋的相鄰兩臂里。則分別串聯(lián)在電橋的相鄰兩臂里。則3()()abtUIRrrR=+-+3()tI RR=-不再有導(dǎo)線電阻不再有導(dǎo)線電阻r的成份，從而消的成份，從而消除了引線電阻除了引線電阻r的波動(dòng)造成的測(cè)量的波動(dòng)造成的測(cè)量誤差。誤差。熱電阻熱電阻如果初始電橋平衡，則如果初始電橋平衡，則231()()tRr RRr R+=+31122(1)tR RRRrRR=+-當(dāng)當(dāng)R R1 1=R=R2 2時(shí)，消除了時(shí)，消除了r r項(xiàng)。因此導(dǎo)項(xiàng)。因此導(dǎo)線電阻線電阻r r對(duì)于橋路平衡條件不產(chǎn)生對(duì)于橋路平衡條件不產(chǎn)生任何影響。任何影響。熱電阻熱電阻3

60、.3.四線制測(cè)量電路四線制測(cè)量電路 如果采用不平衡電橋指示儀（例如電子電位差如果采用不平衡電橋指示儀（例如電子電位差計(jì)），可采用四線制接線方式（計(jì)），可采用四線制接線方式（R Rt t兩端各用兩根導(dǎo)兩端各用兩根導(dǎo)線引入儀表）由恒流源供給的恒流電流線引入儀表）由恒流源供給的恒流電流I I，流過(guò)熱，流過(guò)熱電阻電阻RtRt產(chǎn)生的壓降產(chǎn)生的壓降U U，U=IRU=IRt t 實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量 用電子電位差計(jì)可測(cè)量出用電子電位差計(jì)可測(cè)量出U U，就，就可以測(cè)到可以測(cè)到RtRt的變化值。（電子的變化值。（電子電位差計(jì)測(cè)量原理是天平原理，電位差計(jì)測(cè)量原理是天平原理，是不取用電流的，所以導(dǎo)線的是不取用電流