傳感器與檢測技術(shù)課件第六章溫度傳感器

1、第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有密切關(guān)系的物理量，也是溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要的物理量。一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要的物理量。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 溫度是表征物體冷熱程度的物理量溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度概念是以熱平衡。溫度概念是以熱平衡為基礎(chǔ)的。如果兩個(gè)相接觸的物體溫度不同，他們之間就會(huì)產(chǎn)、為基礎(chǔ)的。如果兩個(gè)相接觸的物體溫度不同，他們之間就會(huì)產(chǎn)、生熱交換，熱量將從溫度高的物

2、體向溫度低的物體傳遞，直到生熱交換，熱量將從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，直到兩個(gè)物體的溫度相等。兩個(gè)物體的溫度相等。 溫度的微觀概念是溫度的微觀概念是：溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子的無規(guī)：溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越激則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越激烈。烈。穩(wěn)定的概念穩(wěn)定的概念第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（ ）：）： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為零度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為零度（0），把水的沸點(diǎn)定），把水的沸點(diǎn)定為為100度（度（100 ）。在這兩個(gè)

3、固定點(diǎn)間劃分一百等分，每一）。在這兩個(gè)固定點(diǎn)間劃分一百等分，每一等分為攝氏一度，符號(hào)為等分為攝氏一度，符號(hào)為t。穩(wěn)標(biāo)穩(wěn)標(biāo)華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（F）：）： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32F，水的沸點(diǎn)為，水的沸點(diǎn)為212F，兩個(gè)，兩個(gè)固定點(diǎn)間劃分固定點(diǎn)間劃分180個(gè)等分，每一等分為華氏一度，符號(hào)為個(gè)等分，每一等分為華氏一度，符號(hào)為。它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系：它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系：)328 . 1 (CtF第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由由愛爾蘭第

4、一代開爾的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由由愛爾蘭第一代開爾文男爵（文男爵（Lord Kelvin）威廉）威廉湯姆森發(fā)明湯姆森發(fā)明根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫標(biāo)。符號(hào)是標(biāo)。符號(hào)是T，單位為開爾文（，單位為開爾文（K）。）。 熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對零度，水的三相點(diǎn)（氣、液、固三態(tài)同時(shí)對零度，水的三相點(diǎn)（氣、液、固三態(tài)同時(shí)存在且進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí)的溫度）為存在且進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí)的溫度）為273.16度。度。把從絕對零度到水的三相點(diǎn)之間的溫度均分把從絕對零度到水的三相點(diǎn)之間的溫度均分為為273.16格，每格為格，每格

5、為1K。 由于水的三相點(diǎn)在攝氏溫標(biāo)上為由于水的三相點(diǎn)在攝氏溫標(biāo)上為0.01，所，所0=273.15K 穩(wěn)標(biāo)穩(wěn)標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)相鄰單位的溫度差數(shù)值上是相等的熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)相鄰單位的溫度差數(shù)值上是相等的 熱力學(xué)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)（K K ）：）：第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 19271927年，第七屆國際計(jì)量大會(huì)將熱力學(xué)溫年，第七屆國際計(jì)量大會(huì)將熱力學(xué)溫標(biāo)作為最基本的溫標(biāo)。標(biāo)作為最基本的溫標(biāo)。 穩(wěn)標(biāo)穩(wěn)標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)相鄰單位的溫度差數(shù)值上是相等的熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)相鄰單位的溫度差數(shù)值上是相等的 熱力學(xué)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)（K K ）：）

6、：第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 測溫傳感器品種繁多，可按以下方式分類。測溫傳感器品種繁多，可按以下方式分類。按照用途可分為：按照用途可分為： 基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測量方法可分為：按照測量方法可分為： 接觸式和非接觸式；接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為：按工作原理又可分為： 膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分：按輸出方式分： 有自發(fā)電型、非電測型等。有自發(fā)電型、非電測型等。測溫傳感器測溫傳感器第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳

7、感器 介紹幾種溫度測量方法介紹幾種溫度測量方法 示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得裝滿熱水后圖案變得清晰可辨清晰可辨第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 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)顯示藍(lán)低溫時(shí)顯示藍(lán)色色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 體積熱膨脹式體積熱膨脹式 不需要電源，耐用；但感溫部件不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。體積較大。 氣體的體積與熱力學(xué)氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比

8、溫度成正比第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)激光瞄準(zhǔn)激光瞄準(zhǔn)第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶傳感器熱電偶傳感器測溫傳感器品種繁多，所依據(jù)的原理也各不相同。熱電偶傳感器測溫傳感器品種繁多，所依據(jù)的原理也各不相同。熱電偶傳感器（Thermocouple Temperature Transducer）是眾多測溫傳感器中，規(guī)格已形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的一種，它能是眾多測溫傳感器中，規(guī)格已形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的一種，它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢。目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)

9、勢。目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到廣泛的應(yīng)用，并且可以選用標(biāo)準(zhǔn)的顯示儀表和記錄儀來進(jìn)行顯示廣泛的應(yīng)用，并且可以選用標(biāo)準(zhǔn)的顯示儀表和記錄儀來進(jìn)行顯示和記錄。和記錄。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶傳感器的優(yōu)點(diǎn)熱電偶傳感器的優(yōu)點(diǎn)1.1.它屬于自發(fā)電型傳感器，因此測量時(shí)可以不要外加電源，它屬于自發(fā)電型傳感器，因此測量時(shí)可以不要外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。2.2.結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制，可按需要選擇。制，可按需要選擇。3.3.測溫范圍廣，高溫?zé)?/p>

10、電偶可達(dá)測溫范圍廣，高溫?zé)犭娕伎蛇_(dá)18001800以上，低溫?zé)犭娕伎梢陨?，低溫?zé)犭娕伎蛇_(dá)達(dá)-260-2604.4.測溫精度高，各溫區(qū)中的誤差均符合國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)測溫精度高，各溫區(qū)中的誤差均符合國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。準(zhǔn)。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 18211821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，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)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)指南針發(fā)生偏

11、轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。一、基本原理一、基本原理第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 據(jù)此，賽貝克發(fā)現(xiàn)和證明了熱電效應(yīng)：據(jù)此，賽貝克發(fā)現(xiàn)和證明了熱電效應(yīng)：兩種不同金屬兩端相互緊密地連接在一起組成一個(gè)閉合回路時(shí)，由兩種不同金屬兩端相互緊密地連接在一起組成一個(gè)閉合回路時(shí)，由于基礎(chǔ)點(diǎn)溫度于基礎(chǔ)點(diǎn)溫度T T和和T T0 0不同，回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，并有電流通過。不同，回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，并有電流通過。熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端

12、自由端（參考端、（參考端、冷端）冷端） 左端稱為：左端稱為：測量端（工測量端（工作端、熱端）作端、熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢a ab b第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理物理學(xué)表明，熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢組成物理學(xué)表明，熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢組成第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸接觸電動(dòng)勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢。處形成的

13、電動(dòng)勢。兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬度不同，在兩金屬A A和和B B的接的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬金屬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得到得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。 第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢E Eabab

14、不僅與材料性質(zhì)有關(guān)，而且還與溫度有關(guān)不僅與材料性質(zhì)有關(guān)，而且還與溫度有關(guān))()(ln)(TNTNeKTTEbaabK波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)， K =1.3810-23 J/K ；e單位電荷，單位電荷， e =1.610-19C；Na（T）、Nb（T） 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B在溫度為在溫度為T 時(shí)的電子密度。時(shí)的電子密度。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢當(dāng)兩端溫度不相等時(shí)，如當(dāng)兩端溫度不相等時(shí)，如TTTT0 0, ,則導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生電動(dòng)勢則導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生電動(dòng)勢E Eabab（T T，T T0 0）)()(ln)

15、()(ln)()(),(00000TNTNTTNTNTeKTETETTEbabaababab第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理溫差電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢是在同一根導(dǎo)體中由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電溫差電動(dòng)勢是在同一根導(dǎo)體中由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢。動(dòng)勢。aEa(T,To)ToT溫差電勢原理圖同一根導(dǎo)體中，高溫端電子能量比低溫同一根導(dǎo)體中，高溫端電子能量比低溫端大，則高溫端容易失去電子帶正電，端大，則高溫端容易失去電子帶正電，低溫端得到電子帶負(fù)電，因此會(huì)在導(dǎo)體低溫端得到電子帶負(fù)電，因此會(huì)在導(dǎo)體薄層的界面上形成電位差，其值

16、為薄層的界面上形成電位差，其值為dTa第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 一、基本原理一、基本原理溫差電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢aEa(T,To)ToT溫差電勢原理圖故均質(zhì)導(dǎo)體故均質(zhì)導(dǎo)體a從溫度為從溫度為T的節(jié)點(diǎn)到溫度為的節(jié)點(diǎn)到溫度為T0的節(jié)點(diǎn)沿線的的節(jié)點(diǎn)沿線的溫差電動(dòng)勢為：溫差電動(dòng)勢為：TTaadTTTE0),(0均質(zhì)導(dǎo)體均質(zhì)導(dǎo)體b從溫度為從溫度為T節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)到T0的節(jié)點(diǎn)沿線的的節(jié)點(diǎn)沿線的溫差電動(dòng)勢為：溫差電動(dòng)勢為：TTbdTTTE0),(0b總溫差電動(dòng)勢為總溫差電動(dòng)勢為TTbabadTTTETTE0)(),(),(00第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)

17、第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 )()(ln)()(ln)()(),(00000TNTNTTNTNTeKTETETTEbabaabababTTbabadTTTETTE0)(),(),(00一、基本原理一、基本原理總電動(dòng)勢為接觸電動(dòng)勢與溫差電動(dòng)勢之和總電動(dòng)勢為接觸電動(dòng)勢與溫差電動(dòng)勢之和接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢TTbababaabdTTNTNTTNTNTeKE0)()()(ln)()(ln000由此可知，熱電動(dòng)勢的大小與兩種金屬材料及熱端與冷端的由此可知，熱電動(dòng)勢的大小與兩種金屬材料及熱端與冷端的溫度差有關(guān)。溫度差有關(guān)。TT0bEab(T)aEab(T0)第六章第六章 溫度傳

18、感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 4.4.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)。如果使。如果使E EABAB( (T T0 0)=)=常數(shù)，則回路熱電勢常數(shù)，則回路熱電勢E EABAB( (T T，T T0 0) )就只與溫度就只與溫度T T有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是T T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。3.3.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)體材料不同時(shí)才能熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢產(chǎn)生。有熱電勢產(chǎn)生。1.1.熱電

19、偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶回路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)。熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。2.2.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；相同材才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)A A、B B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(Nln(NA A/N/NB B)=0)=0，也即，也即E EABAB( (T T，T T0 0)=0)=0。結(jié)論結(jié)論(4(4點(diǎn)點(diǎn)) )：第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳

20、感器 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律若熱電偶回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，若熱電偶回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對熱電偶回路的總電動(dòng)勢無影響。則對熱電偶回路的總電動(dòng)勢無影響。將第三種材料將第三種材料c c接入由接入由a a、b b組成的熱電偶回路，如圖，則圖組成的熱電偶回路，如圖，則圖a a中的中的a a、c c接點(diǎn)接點(diǎn)2 2與與c c、a a的接點(diǎn)的接點(diǎn)3 3，均處于相同溫度，均處于相同溫度T T0 0之中，此之中，此回路的總電勢不變，即回路的總電勢不變，即Eabc=EabTabcEABT0T0第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式

21、傳感器 ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入電位計(jì)接入 熱電偶回路熱電偶回路用途用途 根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E E，只要，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。 第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 Eab（T, T0）= Eac（T, T0）+ Ecb（T, T0）T0TEba(T,T0)baT0TEac(T,T0)acT0TEcb(T,T0

22、)cb如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：參考電極定律參考電極定律第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 用途：用途：參考電極定律大大地簡化了熱電偶的選配工作。在成參考電極定律大大地簡化了熱電偶的選配工作。在成千上萬種合金熱電極中，只要我們獲得有關(guān)熱電極與參考電千上萬種合金熱電極中，只要我們獲得有關(guān)熱電極與參考電極配對的熱電動(dòng)勢，那么任何兩種熱電極配對時(shí)的熱電勢均極配對的熱電動(dòng)勢

23、，那么任何兩種熱電極配對時(shí)的熱電勢均可按上式求得，就能較快地篩選出適合工業(yè)和科研各方面需可按上式求得，就能較快地篩選出適合工業(yè)和科研各方面需要的、性能良好的熱電偶。要的、性能良好的熱電偶。由于純鉑絲的物體化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提純，所以由于純鉑絲的物體化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提純，所以目前常用純鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極。目前常用純鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極。參考電極定律參考電極定律 Eab（T, T0）= Eac（T, T0）+ Ecb（T, T0）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：

24、的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 中間溫度定律中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示如圖所示)時(shí)時(shí),則其熱電勢為則其熱電勢為Eab(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢為時(shí)，其熱電勢為Eab(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢時(shí)，其熱電勢為為Eab(T1, T3)，則，則BBA T2 T1 T3 AAB Eab（T1, T3）=Eab（T1

25、, T2）+Eab（T2, T3）用途：用途：制定熱電式分度表奠定理論基礎(chǔ)。所謂分度表就是熱制定熱電式分度表奠定理論基礎(chǔ)。所謂分度表就是熱電偶自由端（冷端）溫度為電偶自由端（冷端）溫度為00時(shí)，熱電偶工作端溫度與時(shí)，熱電偶工作端溫度與輸出熱電動(dòng)勢之間的對應(yīng)關(guān)系的表格。輸出熱電動(dòng)勢之間的對應(yīng)關(guān)系的表格。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)1.1.普通熱電偶普通熱電偶這種熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒及接線盒蓋這種熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒及接線盒蓋組成。普通熱電偶主要用于

26、測量液體和氣體的溫度。絕緣體一般組成。普通熱電偶主要用于測量液體和氣體的溫度。絕緣體一般使用陶瓷套管，其保護(hù)套有金屬和陶瓷兩種。使用陶瓷套管，其保護(hù)套有金屬和陶瓷兩種。普通熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1接線盒；2保險(xiǎn)套管3絕緣套管4熱電偶絲1234第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 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） 不銹鋼保護(hù)管不銹鋼保護(hù)管 第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感

27、器 鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上百米長達(dá)上百米二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)2.2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料鎧裝熱電偶的制造工藝：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藝、將這三者預(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)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。裝熱電偶。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感

28、器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)2.2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 根據(jù)測量端的不同型式，有碰底型、不碰底型、露頭型、根據(jù)測量端的不同型式，有碰底型、不碰底型、露頭型、帽型等。帽型等。 圖圖3.2-12 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)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(a)(b)(c)(d)132第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 第六章第六章 溫度傳感器

29、溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)2.2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：鎧裝熱電偶特點(diǎn)：測量結(jié)熱容量小、熱慣性小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、撓性好（可測量結(jié)熱容量小、熱慣性小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、撓性好（可彎曲）、強(qiáng)度高、抗震性好。彎曲）、強(qiáng)度高、抗震性好。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的測溫問題。測溫問題。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)3.3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶

30、用真空蒸鍍等方法使兩種熱電用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜狀熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄狀熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01(0.010.lm) 0.lm) 因此，特別適用于對壁面溫度因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時(shí)的快速測量。安裝時(shí), ,用粘結(jié)劑將用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。它粘結(jié)在被測物體壁面上。4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶快速反應(yīng)薄膜熱電偶11熱電極熱電極; 2; 2熱接點(diǎn)熱接點(diǎn); ;33絕緣基板絕緣基板; 4; 4引出線引出線第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成

31、、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)3.3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 熱容量小，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)熱容量小，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快！速度快！4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶快速反應(yīng)薄膜熱電偶11熱電極熱電極; 2; 2熱接點(diǎn)熱接點(diǎn); ;33絕緣基板絕緣基板; 4; 4引出線引出線第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)3.3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)4.4.并聯(lián)熱電

32、偶并聯(lián)熱電偶 它是把幾個(gè)同一型號(hào)的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)一它是把幾個(gè)同一型號(hào)的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)一起，而各個(gè)熱電偶的測量結(jié)處于不同溫度下，其輸出電動(dòng)勢起，而各個(gè)熱電偶的測量結(jié)處于不同溫度下，其輸出電動(dòng)勢為各熱電偶的平均值，所以這種熱電偶可用于測量平均值為各熱電偶的平均值，所以這種熱電偶可用于測量平均值mVT1T2T0T0T0T0圖圖6-6 6-6 并聯(lián)熱電偶并聯(lián)熱電偶第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)二、熱電偶組成、分類及其特點(diǎn)5.5.串聯(lián)熱電偶串聯(lián)熱電偶 這種熱電偶又稱熱電堆，它把同一型號(hào)的熱電偶串聯(lián)在這種熱

33、電偶又稱熱電堆，它把同一型號(hào)的熱電偶串聯(lián)在一起，所有測量端處于同一溫度一起，所有測量端處于同一溫度T T之下，所有連接點(diǎn)處于另之下，所有連接點(diǎn)處于另一溫度一溫度T T0 0之下，如下圖，則輸出電動(dòng)勢是每個(gè)熱電動(dòng)勢之和。之下，如下圖，則輸出電動(dòng)勢是每個(gè)熱電動(dòng)勢之和。mVTTT0T0T0圖圖6-7 6-7 并聯(lián)熱電偶并聯(lián)熱電偶第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的輸出電動(dòng)勢僅反映出兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的溫度差，為了使熱電偶的輸出電動(dòng)勢僅反映出兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的溫度差，為了使輸出電動(dòng)勢能正確反映被測溫度的真實(shí)值，要求測量端溫

34、度輸出電動(dòng)勢能正確反映被測溫度的真實(shí)值，要求測量端溫度T T0 0恒為恒為00，但實(shí)際熱電偶使用的環(huán)境不能保證，但實(shí)際熱電偶使用的環(huán)境不能保證T0T0恒為恒為0 0 ，因，因此，必須對參考端溫度采用一定方法進(jìn)行處理。此，必須對參考端溫度采用一定方法進(jìn)行處理。常用的方法有：常用的方法有：恒溫法、溫度修正法、電橋補(bǔ)償法、冷端補(bǔ)償法、點(diǎn)位補(bǔ)償法。恒溫法、溫度修正法、電橋補(bǔ)償法、冷端補(bǔ)償法、點(diǎn)位補(bǔ)償法。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償冰浴法（冰浴法（恒溫法恒溫法）把熱電偶的參考端置于冰水混合物容把熱電偶的參考端置于冰

35、水混合物容器里，使器里，使T T0 0=0=0。這種辦法僅限于科。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引學(xué)實(shí)驗(yàn)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)分起兩個(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，浸入同一冰別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。點(diǎn)槽，使相互絕緣。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償計(jì)算修正法計(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T THH，利用公式計(jì)算，利用公式計(jì)算例例 用銅用銅- -康銅熱電偶測某一溫度康銅熱電偶測某

36、一溫度T T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境T TH H中，測中，測得熱電動(dòng)勢得熱電動(dòng)勢E EABAB( (T T，T THH) )= =1.999mV1.999mV，又用室溫計(jì)測出，又用室溫計(jì)測出T TH H=21,=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，E EABAB(21,0)=0.832mV(21,0)=0.832mV，故得，故得E EABAB( (T T，0)0)=E=EABAB( (T T，21)21)+E+EABAB(21(21，T T0 0) )= =1.999+0.8321.999+0.832= =2.831(mV)2.831(mV)再次查分度表，與再

37、次查分度表，與2.831mV2.831mV對應(yīng)的熱端溫度對應(yīng)的熱端溫度T T=68=68。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償計(jì)算修正法計(jì)算修正法注意注意: :既不能只按既不能只按1.999mV1.999mV查表，認(rèn)為查表，認(rèn)為T T=49=49，也不能把，也不能把4949加上加上2121，認(rèn)為，認(rèn)為T T=70=70。第六章第六章 溫度傳感器溫度傳感器第一節(jié)第一節(jié) 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法圖圖6-8 6-8 電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法在熱電偶回路中接入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償在熱電偶回路中接入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)勢，如右圖。的電動(dòng)勢，如右圖。工作端溫度為工作端溫度為T T，參考端在補(bǔ)償，參考端在補(bǔ)償器器C C中，溫度為中，溫度為TcTc，補(bǔ)償器中還，補(bǔ)償器中還接有接有R R3 3和具有正溫度系數(shù)的電和具有正溫度系數(shù)的電阻阻RtRt，外加電源，外加電源U U提供一定的電提供一定的電壓，為了獲得可調(diào)的電壓，電路壓，為了獲得可調(diào)的電壓，電路中串聯(lián)了中串聯(lián)了R R1 1和和R