第08章 熱電式傳感器

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)第八章第八章 熱電式傳感器熱電式傳感器8-1 8-1 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，對溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。對溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。 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變化的現(xiàn)象。物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象。 金屬原子最外層的電子能自由移動，當(dāng)加上電壓以后，金屬原子最外層的電子能自由移動，當(dāng)加上電壓以后，這些無規(guī)則移動的電子就按一定的方向流動，形成電流。隨這些無規(guī)則移動的電子就按一定的方向流動，形成電流。隨著溫度的增加，電子的熱運(yùn)動劇

2、烈，電子之間、電子與振動著溫度的增加，電子的熱運(yùn)動劇烈，電子之間、電子與振動的金屬離子之間的碰撞機(jī)會就不斷增加，因此電子的定向移的金屬離子之間的碰撞機(jī)會就不斷增加，因此電子的定向移動將受到阻礙，金屬的動將受到阻礙，金屬的電阻率電阻率也隨之增大。也隨之增大。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 實(shí)踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，實(shí)踐證明，純金屬、鉑、銅、鐵和鎳是比較適合的材料，其中主要應(yīng)用的是其中主要應(yīng)用的是鉑和銅鉑和銅。 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

3、標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。 銅銅可用來制造可用來制造-50150范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度計(jì)，特范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度計(jì)，特點(diǎn)是點(diǎn)是價格低廉價格低廉，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有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。低溫度和沒有水分和浸蝕性的介質(zhì)之中。 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)，RtR01+At+Bt 2 R0 當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為0時的電阻值；時的電阻值； Rt 溫度為溫度為t時的電阻值；時的電阻值；A、B、C 由實(shí)驗(yàn)確定的

4、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哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)鉑電阻的主要技術(shù)指標(biāo)鉑電阻的主要技術(shù)指標(biāo)等等級級分度號分度號測溫范圍測溫范圍/ C允許偏差允許偏差/ C電阻比電阻比R100/ R0名義值名義值允許誤允許誤差差A(yù)Pt10-200850(0.15+0.002|t|)1.3850.001Pt100BPt10(0.30+0.005|t|)Pt100哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)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

5、溫度系數(shù)不太高 ；價格貴 。鉑電阻的特點(diǎn)鉑電阻的特點(diǎn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 幾種鉑電阻幾種鉑電阻哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)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電阻芯用于一般工業(yè)場測溫用于一般工業(yè)場測溫使用溫度-200700 高強(qiáng)度石英管測溫鉑電阻高強(qiáng)度石英管測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)腐蝕場合堿等強(qiáng)腐蝕場合注注:不耐氫氟酸及磷酸不耐氫氟酸及磷酸哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)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 天燃?xì)饬髁坑?jì)天燃?xì)饬髁坑?jì)溫度補(bǔ)償用鉑

6、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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)療器械鉑電阻醫(yī)療器械鉑電阻 薄膜鉑電阻元件薄膜鉑電阻元件用用 于汽車工業(yè)、白色家電，食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。于汽車工業(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（長寬寬高）高） 線長線長 10mm哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)防水封裝鉑電阻防水封裝鉑電阻核心元件：德國進(jìn)口精密鉑電阻（核心元件：德國進(jìn)口精密鉑電阻（PT100 PT1000）元件精度：元件精度：0.15 (A級級) 0.30 (B級級)封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管封裝材

7、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） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)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時的銅電阻值時的銅電阻值 R0 溫度為溫度為0時的銅電阻值時的銅電阻值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)系銅絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系 目前，鉑和銅生產(chǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的。目前，鉑和

8、銅生產(chǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的。 鉑：鉑：Pt10、Pt100、Pt300 主要是主要是Pt100（R050、100、300） 銅：銅：Cu50、Cu100 鉑的測溫精度很高，達(dá)鉑的測溫精度很高，達(dá)0.001 銅銅0.5（5050），）， 1（50150） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)銅電阻的主要技術(shù)指標(biāo)銅電阻的主要技術(shù)指標(biāo)分度號分度號測溫范圍測溫范圍/ C允許偏差允許偏差/ C電阻比電阻比R100/ R0名義值名義值 允許誤差允許誤差Cu50-50150(0.30+0.006|t|)1.4280.002Cu100哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)銅電阻的特點(diǎn)銅電阻的特點(diǎn)電阻率小 ；容易氧化 ；價格便宜 。哈爾濱工

9、業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)WZC-111/12*1000mm Cu50 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)l 熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu) 保護(hù)管保護(hù)管內(nèi)部導(dǎo)線內(nèi)部導(dǎo)線絕緣管絕緣管熱電阻熱電阻蓋蓋接線座接線座骨架骨架漆包銅線漆包銅線引出線引出線銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖云母骨架云母骨架鉑絲鉑絲彈簧支承片彈簧支承片 銀引出線銀引出線云母彈簧型云母彈簧型玻璃封裝型玻璃封裝型塑封型塑封型哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)R1R2R3ERtGRpl 熱電阻測量線路熱電阻測量線路 熱電阻測溫電橋三線連接法熱電阻測溫電橋三線連接法 作用作用： 當(dāng)溫度變化時，導(dǎo)線長度和電阻溫度系數(shù)相等，它們當(dāng)溫度變化時，導(dǎo)線長度和電阻

10、溫度系數(shù)相等，它們的電阻變化不會影響電橋的狀態(tài)，即不會產(chǎn)生溫度誤差。的電阻變化不會影響電橋的狀態(tài)，即不會產(chǎn)生溫度誤差。 Rp的觸點(diǎn)接觸電阻和檢流計(jì)串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定的觸點(diǎn)接觸電阻和檢流計(jì)串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。不會破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。r2r1r3哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱電阻測溫電橋四線連接法熱電阻測溫電橋四線連接法 當(dāng)熱電阻安裝當(dāng)熱電阻安裝的地方比較遠(yuǎn)，則的地方比較遠(yuǎn)，則其導(dǎo)線電阻當(dāng)環(huán)境其導(dǎo)線電阻當(dāng)環(huán)境溫度變化時也要變溫度變化時也要變化，會造成測量誤化，會造成測量誤差。差。 圖中圖中R1、R2、R3為固定電阻，為固定電阻，Rp為為調(diào)零電位器調(diào)

11、零電位器 R1R2R3ERtGRpr1r2r3r4哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)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 ；測量精度高，靈敏度；測量精度高，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

12、阻：炭電阻：-273-268.5 ；熱容量小，靈敏度；熱容量小，靈敏度高，價格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。高，價格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)8-2 8-2 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 熱敏電阻是用半導(dǎo)體材熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件，與金屬料制成的熱敏器件，與金屬熱電阻比較而言，具有熱電阻比較而言，具有溫度溫度系數(shù)高系數(shù)高，靈敏度高靈敏度高，熱慣性熱慣性好（適宜動態(tài)測量）好（適宜動態(tài)測量）但其但其穩(wěn)穩(wěn)定性和互換性較差定性和互換性較差。 溫度溫度半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻電電阻阻鉑熱電阻鉑熱電阻金屬的電阻隨溫度的升高而金屬的電阻隨溫度的升高而增大，但半導(dǎo)

13、體卻相反，它增大，但半導(dǎo)體卻相反，它的電阻值隨溫度的升高而急的電阻值隨溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性。劇減小，并呈現(xiàn)非線性。一、工作原理一、工作原理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 半導(dǎo)體這種溫度特性，是因?yàn)榘雽?dǎo)體的導(dǎo)電方式半導(dǎo)體這種溫度特性，是因?yàn)榘雽?dǎo)體的導(dǎo)電方式是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻率很大。率很大。隨著溫度的升高隨著溫度的升高，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目就會增多，故子數(shù)目就會增多，故半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，

14、它的電阻半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，它的電阻率也就降低了率也就降低了。 熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物按不同的配方比例燒結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi)，根按不同的配方比例燒結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi)，根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度變化。變化。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) NTC熱敏電阻的材料是一種由錳（熱敏電阻的材料是一種由錳（Mn）、鎳）、鎳（Ni）、銅（）、銅（Cu）、鈷（）、鈷（Co）、鐵（）、鐵

15、（Fe）等金屬）等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，改變混氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，改變混合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同度系數(shù)不同NTC熱敏電阻熱敏電阻。它具有。它具有 NTC熱敏電阻應(yīng)用廣泛。熱敏電阻應(yīng)用廣泛。二、熱敏電阻的基本類型二、熱敏電阻的基本類型 1、NTC熱敏電阻熱敏電阻 根據(jù)熱敏電阻率隨溫度變化的特性不同，熱敏根據(jù)熱敏電阻率隨溫度變化的特性不同，熱敏電阻基本可分為三種類型。電阻基本可分為三種類型。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2、CTR熱敏電阻熱敏電阻 CTR熱敏電阻是以三氧化熱敏電阻是以三氧化

16、二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成，它呈半玻璃狀，具燒結(jié)而成，它呈半玻璃狀，具有負(fù)溫度系數(shù)。通常，有負(fù)溫度系數(shù)。通常，CTR熱熱敏電阻用樹脂包封成珠狀或厚敏電阻用樹脂包封成珠狀或厚膜形使用，其阻值在膜形使用，其阻值在1k 10M之間。之間。 CTR熱敏電阻隨溫度變化熱敏電阻隨溫度變化的特性屬劇變型，具有開關(guān)特的特性屬劇變型，具有開關(guān)特性，如左圖所示。當(dāng)溫度高于性，如左圖所示。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)居里點(diǎn)TC時，其阻值會減小到時，其阻值會減小到臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級為臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級為24。因此又稱這類熱敏電阻為臨

17、界因此又稱這類熱敏電阻為臨界熱敏電阻熱敏電阻。Tc溫度溫度T（）200150100500103101105107電阻率電阻率（.cm）哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)3、PTC熱敏電阻熱敏電阻TNTC1062001000101102103104105107溫度溫度T（）電阻率電阻率（.cm） PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)休陶瓷元稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)休陶瓷元件，具有正溫度系數(shù)。其溫度特性件，具有正溫度系數(shù)。其溫度特性曲線如左圖所示，從特性曲線上可曲線如左圖所示，從特性曲線上可以看到以看到PTC熱敏電阻具有以下特性：熱敏電阻具有以下特性： (1) 當(dāng)溫度低

18、于居里點(diǎn)當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)TC時，具有時，具有導(dǎo)體特性；導(dǎo)體特性； (2) 當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時，電阻時，電阻值隨溫度升高而急劇增大，至值隨溫度升高而急劇增大，至TN溫溫度時出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象；度時出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象； (3) 具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而后很快衰減的特性。后很快衰減的特性。 基于基于PTC熱敏電阻的特性，可利熱敏電阻的特性，可利用其自控作用，做成各種恒溫器、用其自控作用，做成各種恒溫器、限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以用用PTC組成發(fā)熱元件，功率一般為組成發(fā)熱元件，功率一般為幾瓦到數(shù)百瓦。幾瓦到數(shù)百瓦。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾

19、濱工業(yè)大學(xué)三、熱敏電阻的伏安特性三、熱敏電阻的伏安特性 RT 溫度為溫度為T時電阻值時電阻值 A與材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)與材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù) B熱敏電阻常數(shù)（與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)）熱敏電阻常數(shù)（與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)） 若已知若已知T1和和T2時電阻為時電阻為RT1和和RT2，則：，則：1/1B TTARe121122TTTTTTR RRBlnRRR哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 將熱敏電阻接上一個電流源將熱敏電阻接上一個電流源 ，并在它兩端測得端電壓，并在它兩端測得端電壓，可得到熱敏電阻的伏安特性。可得到熱敏電阻的伏安特性。 V（電壓）（電壓）IaImI（電流）（電流）d0abc曲線分四

20、段，曲線分四段， 0a段：段：電電流小于流小于Ia，功耗小，電流，功耗小，電流不足以使熱敏電阻發(fā)熱，不足以使熱敏電阻發(fā)熱，元件上的溫度基本是環(huán)境元件上的溫度基本是環(huán)境溫度。此時熱敏電阻相當(dāng)溫度。此時熱敏電阻相當(dāng)于一個固定電阻，電壓與于一個固定電阻，電壓與電流之間符合歐姆定律。電流之間符合歐姆定律。 ab段：段：隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度（介質(zhì)溫度），其阻值降低，起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度（介質(zhì)溫度），其阻值降低，因此出現(xiàn)因此出現(xiàn)非線性正阻區(qū)非線性正阻區(qū)，電流增長速度阻值減小的速度。，電流增長速度

21、阻值減小的速度。 cd段：段：隨著電流增加，為隨著電流增加，為Im時，電壓達(dá)到最大值，電流繼續(xù)時，電壓達(dá)到最大值，電流繼續(xù)增加，熱敏電阻本身加熱更為劇烈，阻值迅速減小，增加，熱敏電阻本身加熱更為劇烈，阻值迅速減小，阻值減小的阻值減小的速度大于電流增加的速度速度大于電流增加的速度，出現(xiàn)，出現(xiàn)cd段段負(fù)阻區(qū)負(fù)阻區(qū)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 0a段：正常使用熱敏電阻測溫時。段：正常使用熱敏電阻測溫時。 cd段：可用來測量風(fēng)速、真空度、流量等參段：可用來測量風(fēng)速、真空度、流量等參 數(shù)。數(shù)。 熱敏電阻非線性嚴(yán)重，使用中要進(jìn)行非線性補(bǔ)熱敏電阻非線性嚴(yán)重，使用中要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。償。 在硬件電路方法上，

22、采用溫度系數(shù)較小的電阻在硬件電路方法上，采用溫度系數(shù)較小的電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)接法，使得熱敏電阻的電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)接法，使得熱敏電阻的電阻溫度曲線變?yōu)槠教?。溫度曲線變?yōu)槠教埂?哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 熱敏電阻的特點(diǎn)熱敏電阻的特點(diǎn)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；形狀多樣，體積小，熱慣性小，響應(yīng)速度快；電阻值大，遠(yuǎn)距離測量時可不考慮導(dǎo)線電阻的影響；在-50C350C范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性；阻值分散性大、復(fù)現(xiàn)性差；非線性大；老化較快。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示

23、。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻的結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)物圖片實(shí)物圖片 1.耗散系數(shù)：耗散系數(shù)： 5mW/2.熱時間常數(shù)熱時間常數(shù): 10S3.測溫范圍測溫范圍: -40 +110主要用于電飯鍋等烹飪用具。主要用于電飯鍋等烹飪用具。耐高溫，反應(yīng)快而精確耐高溫，反應(yīng)快而精確哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)ABS材質(zhì)外殼，材質(zhì)外殼，PVC導(dǎo)線導(dǎo)線,用用于電冰箱、冰柜。耐腐防潮于電冰箱、冰柜。耐腐防潮1.耗散系數(shù)：耗散系數(shù)： 5mW/2.熱時間常數(shù)熱時間常數(shù): NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，失去電子而帶正電，導(dǎo)體導(dǎo)體B則因獲得電子而

24、帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個則因獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電動勢。成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電動勢。(1) 接觸電動勢接觸電動勢哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) BAABNNekTTeln其大小可表示為：其大小可表示為：式中：式中：K波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，K1.3810-23 e 電子電荷量電子電荷量 e = 1.610-19C NA(NB)為為A(B)材料的自由電子密度。材料的自由電子密度。( )ABeTABT0T接觸電勢接觸電勢0( )ABeT00

25、0()lnAABBK TnTeTen端接觸電勢：( )lnAABBnKTTeTen端接觸電勢：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會產(chǎn)生電動勢產(chǎn)生電動勢，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動勢，這是由，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動勢，這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴(kuò)散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電，低低溫端擴(kuò)散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電，低溫端由于獲得電子而帶負(fù)電，在高低溫端之間形成一溫端由于獲得電子而帶負(fù)電，在高低溫端之間形成一個電位差。溫差電動勢的大

26、小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的個電位差。溫差電動勢的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)。溫差有關(guān)。(2) 溫差電勢溫差電勢哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)00( ,)TAATe T TdT A A材料的湯姆遜系數(shù)。材料的湯姆遜系數(shù)。（表示導(dǎo)體（表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢時所產(chǎn)生的溫差電動勢 ）ABT0T溫差電勢T T00( ,)Ae T T0( , )Be T T哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)(3) 回路總電勢回路總電勢000( ,)TAABABTBKnET TTTlndTen回路接觸電勢回路接觸電勢回路溫差電勢回路溫差電勢0( ,)Be T T0( ,)Ae T T( )A

27、BeT0( )ABeTababEABE 賽貝克（賽貝克（Seebeck）效應(yīng)）效應(yīng)ABT0T總溫差熱電勢T T00( ,)AeT T0( ,)Be T T( )ABeT0( )ABeT ABE022( ,)0001()() ;,/2AB t tABABeattbttt tC實(shí)驗(yàn)結(jié)果：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 幾點(diǎn)討論幾點(diǎn)討論 如果組成熱電偶的兩個電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的如果組成熱電偶的兩個電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會產(chǎn)生熱電勢。溫度不同也不會產(chǎn)生熱電勢。 組成熱電偶的兩個電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的組成熱電偶的兩個電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會

28、產(chǎn)生熱電勢。溫度相同也不會產(chǎn)生熱電勢。 由不同電極材料由不同電極材料A、B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度 T0 恒定恒定時，產(chǎn)生的熱電勢在時，產(chǎn)生的熱電勢在一定的溫度范圍內(nèi)一定的溫度范圍內(nèi)僅是熱端溫度僅是熱端溫度 T 的單值函的單值函數(shù)。數(shù)。存存在在二二次次項(xiàng)項(xiàng)：)(202ttbAB 。相相同同、0)()(,0ln TTnnBABABA . 0)()(,0ln)(0000 TTBABAdTTTnneTTTT 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律二、熱電偶的基本定律二、熱電偶的基本定律 將由將由A A、B B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（兩種導(dǎo)體組成的熱電偶

29、的冷端（T0 0端）斷端）斷開而接入的三種導(dǎo)體開而接入的三種導(dǎo)體C C后，只要冷、熱端的后，只要冷、熱端的T0 0 、T 保持保持不變，則回路的總熱電勢不變。不變，則回路的總熱電勢不變。BT0TABT0TT0AC哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)T T0ABT0T( )ABeT0()ACeTT0C0()CBeT0( ,)BeT T0( ,)AeT T00(,)CeT T0( ,)Be T T0( ,)Ae T T( )ABeT0( )ACeTab0( )CBeT00( ,)( )TAATAe T TT dT導(dǎo)體兩端的電勢差：00( ,)( )TBBTBeT TT dT導(dǎo)體兩端的電勢差：0000( ,

30、)( )0TCCTCe T TT dT導(dǎo)體兩端的電勢差：00000()ln()lnAACCCCBBTnTeTenTneTen端接觸電勢：( )lnAABBnTTeTen端接觸電勢：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)00000000000000( ,)( )( ,)()()( ,)( )()()( ,)( ,)lnlnln( )( )()ln( )( )ABABBACCBAABACCBBATAACBATBCBTABATBeT TeTe T TeTeTe T TeTeTeTe T Te T TnnnTTTTTdTenenennTTTTdTen 此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時此定律具有特

31、別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時必須必須接入儀表接入儀表( (第三種材料第三種材料) )，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致保持一致( (T0 0 ) )儀表的接入就不會影響熱電勢。而且儀表的接入就不會影響熱電勢。而且A A、B B結(jié)點(diǎn)的焊結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。接方法也可以是任意的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2、參考電極定律參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）BT0TACT0TABT0TC 如果兩種導(dǎo)體如果兩種導(dǎo)體A A、B B分別與第三種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體C C所組成的熱電偶所產(chǎn)所組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是已知的，則這兩種

32、導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢也生的熱電勢是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢也是已知的，且是已知的，且000,ABACBCeT TeT TeT T 根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)00000000000000000( ,)( )()( ,)( ,)()ln( ,)( ,)( ,)( )()( ,)( ,)()ln( ,)( ,),()lnln( ,ACACACCAACACBCBCBCCBBCBCABACBCCCCeT TeTeTeT Te T TnT

33、TeT Te T TeneT TeTeTeT Te T TnTTeT Te T TennneT TeT TTTenneT T00000000)( ,)( ,)( ,)()ln( ,)( ,),ACBABAABBe T TeT Te T TnTTe T Te T TeT Ten證明證明：BT0TACT0TABT0TC000,ABACBCeT TeT TeT T哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)3、中間溫度定律、中間溫度定律BT0TABT1TABT0T1A 這是中間溫度定律，因?yàn)闊犭妱菖c兩個結(jié)的溫這是中間溫度定律，因?yàn)闊犭妱菖c兩個結(jié)的溫度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處的溫度，則另一個結(jié)必度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處

34、的溫度，則另一個結(jié)必須須0，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要測得測得 （E表示熱電勢，表示熱電勢，A、B表示兩種不同金屬，表示兩種不同金屬，T、T1表示兩個結(jié)處在表示兩個結(jié)處在T、T1溫度下），并且可測得溫度下），并且可測得T1，則，則 可以查表確定，用可以查表確定，用 與與 的和，便的和，便可確定可確定T處溫度。處溫度。 1,A BT TE1,0A BTE1,A BT TE1,0A BTE哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)例題：現(xiàn)用一支鎳鉻鎳硅熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為例題：現(xiàn)用一支鎳鉻鎳硅熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30oC，測得熱

35、電勢值是測得熱電勢值是737V，請問此時熱電偶的熱端溫度是多少？若將冷端放在，請問此時熱電偶的熱端溫度是多少？若將冷端放在冰水混合物中，測得熱電勢值是冰水混合物中，測得熱電勢值是737V，請問此時熱電偶的熱端溫度是多少？，請問此時熱電偶的熱端溫度是多少？下圖是鎳鉻鎳硅熱電偶分度表（單位：下圖是鎳鉻鎳硅熱電偶分度表（單位：V）。）。（OC） 012345678901020304003977981203161139437838124416527947787912851693119517919132517341585579601366177619859710001407181723863710411

36、4481858277677108114891899317718112215291940357758116215701981解：解：EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)則則EAB(T,0)=EAB(T,30)+EAB(30,0) 其中查表得其中查表得EAB(30,0)為為1203V 測得的測得的737V是是EAB(T,30) 于是于是EAB(T,0)=737V1203V=1940V 查表得熱端溫度為查表得熱端溫度為48 oC。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)對電極材料的要求：在同樣的溫差下產(chǎn)生的熱電勢大，且其熱電勢與溫度之間呈線性或近似線性的單值

37、函數(shù)關(guān)系；耐高溫，抗輻射性能好，在較寬的范圍內(nèi)性能穩(wěn)定；電導(dǎo)率高、電阻溫度系數(shù)和比熱容?。?復(fù)制性和工藝性好，價格低廉。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)三、常用的熱電偶三、常用的熱電偶熱電偶名稱熱電偶名稱分度號分度號極性極性化學(xué)成分化學(xué)成分100時時電勢電勢(mV)使用溫度使用溫度允許誤差允許誤差長期長期短期短期()鉑銠鉑銠10鉑鉑LB-3正正Pt90%Rh10%0.64313001600600600負(fù)負(fù)Pt100%2.40.4%t鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6LL2正正Pt70%Rh30%0.03416001800600600負(fù)負(fù)Pt94%Rh6%30.5%t鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅EU-2正正Cr910%Si

38、0.4%Ni90%4.1010001200400400負(fù)負(fù)Si2.53.0%Co0.6%Ni97%40.75%t鎳鉻考銅鎳鉻考銅EA-2正正Cr910%Si0.4%Ni90%6.95600800400400負(fù)負(fù)Cu5657%Ni4344%41%t銅康銅銅康銅正正Cu100%4.26200300-200-400-40400負(fù)負(fù)Cu55%Ni45%2%t0.75%哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶 鐵康銅熱電偶：靈敏度高鐵康銅熱電偶：靈敏度高 高溫?zé)犭娕迹烘u錸系熱電偶，測溫上限可達(dá)高溫?zé)犭娕迹烘u錸系熱電偶，測溫上限可達(dá)2450攝氏度攝氏度 低溫?zé)犭娕迹恒~銅錫低溫?zé)犭娕迹恒~

39、銅錫0.005可測可測-271-243攝氏度攝氏度的低溫；鎳鉻鐵金的低溫；鎳鉻鐵金0.03可測可測-269-0攝氏度攝氏度哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類普通型普通型哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類鎧裝型鎧裝型哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類隔爆型隔爆型哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)四、熱電偶的使用四、熱電偶的使用1、冷端溫度補(bǔ)償及修正、冷端溫度補(bǔ)償及修正 在實(shí)際使用時，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷在實(shí)際使用時，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷 端離的很近，冷端又暴露于空間，容易受到環(huán)境溫端離的很近，冷端又暴露于空間，容易受到環(huán)境溫 度的影響

40、，因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要 進(jìn)行溫度補(bǔ)償。進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度 保持不變，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。保持不變，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。 工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃 的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0而制而制 作的。作的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（1）0恒溫法恒溫法 將熱電偶的冷端置于冰水混合物中，保證冷端溫度恒將熱電偶的冷端置于冰水混合物中

41、，保證冷端溫度恒定為定為0。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢，再查找該熱電偶。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢，再查找該熱電偶的分度表，即可得到測量端的溫度。的分度表，即可得到測量端的溫度。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（2）熱電勢修正法）熱電勢修正法 在實(shí)際使用中，使冷端保持在在實(shí)際使用中，使冷端保持在0很不方便，有很不方便，有時也使冷端保持在某一恒定的溫度時也使冷端保持在某一恒定的溫度Tn，這種情況下，這種情況下采取熱電勢修正法。采取熱電勢修正法。 EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) EAB (T,Tn) 實(shí)測值；實(shí)測值； EAB(Tn,T0) 冷端為冷端為0時，工作端為時，工

42、作端為Tn區(qū)段熱區(qū)段熱電勢，可查分度表得到，即為修正法。電勢，可查分度表得到，即為修正法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（3）電橋補(bǔ)償法）電橋補(bǔ)償法哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度不在熱電偶因冷端溫度不在0時引起的熱電勢變化值，時引起的熱電勢變化值，在熱電偶與測溫儀表之間串接一個直流不平衡電橋，在熱電偶與測溫儀表之間串接一個直流不平衡電橋，電橋中的電橋中的R1、 R2、 R3、由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅、由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅絲制作，另一橋臂的絲制作，另一橋臂的RT由溫度系數(shù)較大的銅線繞制。由溫度系

43、數(shù)較大的銅線繞制。 電橋的電橋的4個電阻均和熱電偶冷端處在同一環(huán)境溫個電阻均和熱電偶冷端處在同一環(huán)境溫度，但由于度，但由于RT的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化，使電的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化，使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓的大小和極性隨著環(huán)境溫度的變橋產(chǎn)生的不平衡電壓的大小和極性隨著環(huán)境溫度的變化而變化，從而達(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康摹；兓瑥亩_(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康?。補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)(4)、冷端延長線、冷端延長線 工業(yè)應(yīng)用時，被測點(diǎn)與指示儀表之間往往工業(yè)應(yīng)用時，被測點(diǎn)與指示儀表之間往往有很長的距離，這就要求熱電偶有較長的尺寸，有很長的距離，這就要求熱電偶有較

44、長的尺寸，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過長，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過長，所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動的，為上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動的，為解決這一問題，采用解決這一問題，采用冷端延長線冷端延長線（或稱冷端補(bǔ)或稱冷端補(bǔ)償導(dǎo)線）。償導(dǎo)線）。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 所謂延長線實(shí)際上是把在一定溫度范圍內(nèi)（一般所謂延長線實(shí)際上是把在一定溫度范圍內(nèi)（一般為為0100）與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長）與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長金屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移金

45、屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，從而消除至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，從而消除冷端溫度變化帶來的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱冷端溫度變化帶來的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱電勢等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢。電勢等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢。 BABTT0TNTNA冷端延長線連接示意圖冷端延長線連接示意圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)回路總電勢為回路總電勢為: Ec=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)=EAB(T,T0) 上式證明了回路中總電勢等于上式證明了回路中總電勢等于EAB(T,T0)，相，相當(dāng)于冷端直接延

46、伸到了溫度為當(dāng)于冷端直接延伸到了溫度為T0處，但并不能消處，但并不能消除冷端溫度不為除冷端溫度不為0時產(chǎn)生的影響，應(yīng)用前面介紹時產(chǎn)生的影響，應(yīng)用前面介紹的修正方法把冷端修正到的修正方法把冷端修正到0。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用延長線應(yīng)注意：應(yīng)用延長線應(yīng)注意： 延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，（專用）；延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，（專用）； 注意極性，不能接反（否則會造成更大的誤差）；注意極性，不能接反（否則會造成更大的誤差）； 延長線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)溫度必須相同。延長線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)溫度必須相同。熱電偶熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線熱端為熱端為100 。冷。冷端為端為0時

47、的標(biāo)準(zhǔn)時的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢熱電勢(mV)正極正極負(fù)極負(fù)極材料材料顏色顏色材料材料顏色顏色鉑銠鉑銠鉑鉑鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅鎳鉻鎳鉻考銅考銅鐵鐵考銅考銅銅銅康銅康銅銅銅銅銅鎳、鉻鎳、鉻鐵鐵銅銅紅紅紅紅褐、綠褐、綠白白紅紅鎳銅鎳銅康銅康銅考銅考銅考銅考銅康銅康銅白白白白白白白白白白0.64土土0.034. 10士士0. 156.95士士0. 305 .75土土0.254. 10土土0.15哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)五、熱電偶測溫線路五、熱電偶測溫線路1、熱電偶直接與指示儀表配用、熱電偶直接與指示儀表配用 把把n支相同型號的熱電偶依次將正、負(fù)極相連接，則線支相同型

48、號的熱電偶依次將正、負(fù)極相連接，則線路的總電勢為：路的總電勢為： EG=E1+E2+En=nE 串聯(lián)線路中配用的儀表，按串聯(lián)線路中配用的儀表，按EGT刻度?？潭?。 若每支熱電偶的絕對誤差分別為若每支熱電偶的絕對誤差分別為E1、 E2、 E3 En，則整個串聯(lián)線路的絕對誤差：，則整個串聯(lián)線路的絕對誤差： 22212GnEEEE 熱電偶測量溫度和線路 A B A B A B T1 T2 Tn T0 T0 T0 儀表 D D D C C C ET 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)如果如果 E1 E2 En E，則，則 ：GEn E串聯(lián)線路的相對誤差為：串聯(lián)線路的相對誤差為： 1GnEn EEEnEEn可

49、見串聯(lián)線路的相對誤差為單支熱電偶相對誤差可見串聯(lián)線路的相對誤差為單支熱電偶相對誤差的的 倍。倍。 1n哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2、橋式電位差計(jì)線路、橋式電位差計(jì)線路哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工作原理：工作原理： 熱電偶輸出的直流電勢熱電偶輸出的直流電勢Ex經(jīng)過濾波單元加于橋經(jīng)過濾波單元加于橋路，與橋路輸出直流電壓路，與橋路輸出直流電壓Vs（也稱補(bǔ)償電壓）相比較，（也稱補(bǔ)償電壓）相比較，比較后的差值電壓比較后的差值電壓V（即不平衡電壓）經(jīng)濾波放大（即不平衡電壓）經(jīng)濾波放大后，輸出足夠的功率以驅(qū)動可逆電動機(jī)后，輸出足夠的功率以驅(qū)動可逆電動機(jī)ND ?？赡骐??？赡骐妱訖C(jī)動機(jī)ND通過一組傳動系統(tǒng)帶

50、動測量線路中滑線電阻通過一組傳動系統(tǒng)帶動測量線路中滑線電阻Rnp的滑動觸頭，同時帶動儀表指針沿著標(biāo)度尺移動，的滑動觸頭，同時帶動儀表指針沿著標(biāo)度尺移動，直到測量橋路輸出的補(bǔ)償電壓與被測的直流電壓信號直到測量橋路輸出的補(bǔ)償電壓與被測的直流電壓信號相平衡為止，此時差值電壓等于零，放大器無輸出，相平衡為止，此時差值電壓等于零，放大器無輸出，可逆電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，橋路處于平衡狀態(tài)。可逆電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，橋路處于平衡狀態(tài)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 測兩點(diǎn)間的溫差測兩點(diǎn)間的溫差210202210201,ttEttEttEttEttEttEEABABABABABAB哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)8-4 8-

51、4 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器 當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。電效應(yīng)。 通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附集在晶體外表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能顯示集在晶體外表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能顯示出來。當(dāng)溫度變化時，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心產(chǎn)生相對位出來。當(dāng)溫度變化時，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心產(chǎn)生相對位移，晶體自發(fā)極化值就會發(fā)

52、生變化，在晶體表面就會產(chǎn)生電荷移，晶體自發(fā)極化值就會發(fā)生變化，在晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡。耗盡。 能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱為熱電元能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶件。熱電元件常用的材料有單晶(LiTa03等）、壓電陶瓷等）、壓電陶瓷(PZT等）及高分子薄膜（等）及高分子薄膜（PVFZ等）。等）。一、熱釋電效應(yīng)一、熱釋電效應(yīng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 如果在熱電元件兩端并聯(lián)上電阻，當(dāng)元件受如果在熱電元件兩端并聯(lián)上電阻，當(dāng)元件受熱時，電阻上就有電流流過，在電阻兩端也能得熱時，電阻上就有電流流過，在電阻兩端也能得到電壓信號。到電壓信號。 這里所說的熱釋電紅外傳感器是指利用熱電這里所說的熱釋電紅外傳感器是指利用熱電元件的熱釋電效應(yīng)探測人體用的紅外傳感器。它元件的熱釋電效應(yīng)探測人體用的紅外傳感器。它適用于防盜報(bào)警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外適用于防盜報(bào)警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。領(lǐng)域。 二、熱釋電紅外傳感器二、熱釋電紅外傳感器哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)濾光片的光譜特性濾光片的光譜特性哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱釋電紅外傳感器的視野特性熱釋電紅外傳感器的視野特性哈爾