傳感器與檢測(cè)技術(shù)第八章熱電式傳感器

1、（優(yōu)選）傳感器與檢測(cè)技術(shù)第八章熱電式傳感器第一頁(yè)，共六十八頁(yè)。溫標(biāo) 不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(Temperature Standard)，而是溫度標(biāo)尺(Temperature Scale)的簡(jiǎn)稱。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)(美國(guó))、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。下頁(yè)上頁(yè)返回第二頁(yè)，共六十八頁(yè)。溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)（ ）1714年， Fahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)恒定溫度作固定點(diǎn)(212 和32 )，這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計(jì)分成180等份，每等份定為1華氏度()。列氏溫標(biāo)(oR)1731年Raumur提出：水的冰點(diǎn)被定為列氏0度，而沸點(diǎn)則為列氏80度。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)濃

2、度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從1000單位膨脹到1080單位。 攝氏溫標(biāo) ()1742年Celsius提出：最初定義“水的冰點(diǎn)定為一百攝氏度，沸點(diǎn)定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過來使用，即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣，ITS-90有專門定義。開氏溫標(biāo) (K)1854年Kelvin提出：把絕對(duì)零度(0K)到水的三相點(diǎn)溫度(273.16K)等分為273.16份，每份就是1開氏度。其分度間隔和攝氏溫標(biāo)間隔一致，t(1)=T(1K)。蘭氏溫標(biāo)(oR)Rankine 溫標(biāo)是美國(guó)工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對(duì)零度，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為491.67和671.67蘭氏度

3、(oR) ，中間分成180等分，每一等分為1oR 。下頁(yè)上頁(yè)返回第三頁(yè)，共六十八頁(yè)。幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度=華氏度= 1.8攝氏度+32華氏度= 1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32=開氏度=攝氏度+273.15開氏度= 1.25列氏度+273.15開氏度= 5(華氏度-32)/9 +273.15開氏度= 5蘭氏度/9 下頁(yè)上頁(yè)返回第四頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回第五頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回8.1 熱電偶 把兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成

4、閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為T和T0（設(shè)TT0)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)。由這兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)的傳感器稱為熱電偶。圖8-1 熱電效應(yīng)示意圖第六頁(yè)，共六十八頁(yè)。熱電偶作為敏感元件優(yōu)點(diǎn)為： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的； 具有較高的準(zhǔn)確度 ； 測(cè)量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測(cè)到-50，高溫可以達(dá)到1600左右，配用特殊材料的熱電極，最低可測(cè)到-180，最高可達(dá)到+2800的溫度； 具有良好的敏感度； 使用方便。下頁(yè)上頁(yè)返回第七頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回8.1.1 熱電

5、效應(yīng) 熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電流，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。測(cè)溫時(shí)結(jié)點(diǎn)1置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中，稱為測(cè)量端(工作端、熱端)；結(jié)點(diǎn)2一般處在某一恒定溫度，稱為參考端(自由端、冷端)。熱電效應(yīng)（塞貝克效應(yīng) Seekbeck 1821） ：第八頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回 式中 k 波爾茲曼常數(shù)，為1.3810-23 J/K； t 接觸處的絕對(duì)溫度； e 電子電荷數(shù)； NA、NB 金屬A、 B在溫度為T時(shí)的自由電子密度。圖8-2 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)(兩種導(dǎo)體）第九頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回同理可以計(jì)算出A、B兩種金屬構(gòu)成回路在溫度t0端的 接觸電勢(shì)為：

6、 但 與 方向相反，所以回路的總接觸電勢(shì) 由上式可見，當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同，即t=t0 ，回路中總電勢(shì)將為零。第十頁(yè)，共六十八頁(yè)。 含義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。 溫差電勢(shì)（單一導(dǎo)體）機(jī)理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。下頁(yè)上頁(yè)返回第十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì) EAB(t, t0)=EAB(t)EB(t,t0)EAB(t0)EA(t,t0) 溫差電勢(shì)較小，忽略，故熱電偶的熱電勢(shì)可表示為： 下頁(yè)上頁(yè)返回第

7、十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無關(guān)兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度t0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T成單值函數(shù)關(guān)系，即 可見：只要測(cè)出EAB（t,t0）的大小，就能得到被測(cè)溫度t，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。 討論下頁(yè)上頁(yè)返回第十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。熱電偶的分度表不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定，并將不同溫度下測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢(shì)與溫度的對(duì)照表，即分度表。供查閱使用，每10分檔 。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。下頁(yè)上頁(yè)返回第

8、十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表 第十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。8.1.2 熱電偶基本規(guī)律 中間導(dǎo)體定律 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖8-3 具有中間導(dǎo)體的熱電偶電路 在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)無影響?？捎檬阶颖硎緸椋旱谑?yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回EABC(t0, t0)=EAB(t0)EBC(t0)+ECA(t0) =0對(duì)于(a)：（1）當(dāng)t=t0時(shí)，回路總電勢(shì)為0，即：（2）當(dāng)A和B兩點(diǎn)溫度分別為t,t0 且tt0時(shí)：EABC(t, t0)=EAB(t)EBC(t0)+ECA(t0) =0由 EBC(t0)+ECA(t0) =

9、 EAB(t0)EABC(t, t0)=EAB(t) EAB(t0) = EAB(t, t0)故第十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。EABC(t, t0)=EAB(t)eBC(t1)+eCB(t1) + EBA(t0)對(duì)于(b)：回路總電勢(shì)為：由于EBC(t1)=-ECB(t1)EABC(t, t0)=EAB(t) EAB(t0) = EAB(t, t0)故下頁(yè)上頁(yè)返回第十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。例：測(cè)量?jī)x表及引線作為第三種導(dǎo)體的熱電偶回路 利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)。應(yīng)用下頁(yè)上頁(yè)返回第十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。中間溫度定律EAB(t,t0)=EAB(t,

10、tc)+EAB(tc,t0) 在熱電偶測(cè)溫回路中，tc為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t, tc)和EAB(tc, t0)的代數(shù)和，即 下頁(yè)上頁(yè)返回第二十頁(yè)，共六十八頁(yè)。應(yīng)用 根據(jù)這個(gè)定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體A和B ，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對(duì)參考端溫度不為0的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。下頁(yè)上頁(yè)返回第二十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體

11、（電極）定律下頁(yè)上頁(yè)返回第二十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。通常選用高純鉑絲作標(biāo)準(zhǔn)電極。只要測(cè)得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來。 應(yīng)用【例】熱端為100，冷端為0時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為4.0mV，則鎳鉻和考銅組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為： =2.95(4.0)=6.95(mV)下頁(yè)上頁(yè)返回第二十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。均質(zhì)導(dǎo)體定律 由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與兩材料及兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即熱電偶必須由

12、兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。 應(yīng)用： 有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及材料的均勻性。 下頁(yè)上頁(yè)返回第二十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。普通型熱電偶結(jié)構(gòu) 8.1.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類下頁(yè)上頁(yè)返回第二十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上（1100以下）。 鎧裝型熱電偶下頁(yè)上頁(yè)返回第二十六頁(yè)，共六十八頁(yè)。薄膜熱電偶 特點(diǎn)：熱接點(diǎn)可以做得很小（m），具有熱容量小、反應(yīng)速度快（s）等特點(diǎn)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量（ 300以下）。 下頁(yè)上頁(yè)返回第二十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。 熱電極材料的選取性能穩(wěn)定 溫度測(cè)量范圍廣物理-化

13、學(xué)性能穩(wěn)定 導(dǎo)電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好、復(fù)制工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑銠10鉑（S型）熱電偶、鎳鉻鎳硅（K型）熱電偶、鎳鉻康銅（E型）熱電偶等。 下頁(yè)上頁(yè)返回第二十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。 常用熱電偶鉑銠10鉑熱電偶（S型） 這種熱電偶可在1300以下范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，短期可測(cè)1600高溫，復(fù)制精度和測(cè)量準(zhǔn)確性高，但熱電偶的材料為貴金屬，成本較高。鎳鉻鎳硅熱電偶（K型） 化學(xué)穩(wěn)定性較高，復(fù)制性好，產(chǎn)生熱電勢(shì)大，線性好，價(jià)格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。鎳鉻銅鎳（康銅）熱電偶（E型） 適用于還原性或中性介質(zhì)，熱電偶靈敏度高，價(jià)格便宜，但測(cè)溫范窄而低。

14、下頁(yè)上頁(yè)返回第二十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。熱電偶名稱正熱電極負(fù)熱電極分度號(hào)測(cè)溫范圍特點(diǎn)鉑銠30鉑銠6鉑銠30鉑銠6B01700（超高溫）適用于氧化性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫上限高，穩(wěn)定性好。在冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鉑銠10鉑鉑銠10純鉑S01600（超高溫）適用于氧化性、惰性氣氛中測(cè)溫，熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，精度高，但價(jià)格貴、熱電動(dòng)勢(shì)較小。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。鎳鉻鎳硅鎳鉻合金鎳硅K2001200（高溫）適用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫范圍很寬、熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性、熱電動(dòng)勢(shì)大、價(jià)格低。穩(wěn)定性不如B、S型熱電偶，但是非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。鎳鉻康銅鎳鉻合金銅鎳合金E

15、200900（中溫）適用于還原性或惰性氣氛中測(cè)溫，熱電動(dòng)勢(shì)較其他熱電偶大，穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低。鐵康銅鐵銅鎳合金J200750（中溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，價(jià)格低，熱電動(dòng)勢(shì)較大，僅次于E型熱電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化。銅康銅銅銅鎳合金T200350（低溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，精度高，價(jià)格低。在2000可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。缺點(diǎn)是銅極易氧化。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶特性下頁(yè)上頁(yè)返回第三十頁(yè)，共六十八頁(yè)。 當(dāng)熱端溫度為t時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)EAB(t, 0)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB(t,t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式： EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0，0) 由

16、此可見，EAB(t0，0)是冷端溫度t0的函數(shù)，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。 8.1.3 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償下頁(yè)上頁(yè)返回第三十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。 (1) 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 下頁(yè)上頁(yè)返回補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，從而可將熱電偶的參考端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場(chǎng)合，以免參比端溫度受到被測(cè)介質(zhì)的熱干擾。t0變化頻繁t0較為穩(wěn)定第三十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。補(bǔ)償導(dǎo)線類型(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用(0100)和

17、耐熱用(0150)；(4)按精度可分為普通級(jí)與精密級(jí)。補(bǔ)償導(dǎo)線作用(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參考端溫度的修正和測(cè)量誤差的減少；(3)用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。下頁(yè)上頁(yè)返回第三十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。常用補(bǔ)償導(dǎo)線 熱電偶類型補(bǔ)償導(dǎo)線類型補(bǔ)償導(dǎo)線正極負(fù)極鉑銠10鉑銅銅鎳合金銅銅鎳合金（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%）鎳鉻鎳硅I型：鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅II型：銅康銅銅康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鐵康銅鐵康銅鐵康銅銅康銅銅

18、康銅銅康銅補(bǔ)償導(dǎo)線的使用(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶用； (2)使用時(shí)必須注意極性，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0100及 0150兩種。下頁(yè)上頁(yè)返回第三十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。 在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把冷端放入0恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持0。 這是一種理想的補(bǔ)償方法，但工業(yè)中使用不便。 (2) 冷端0恒溫法 下頁(yè)上頁(yè)返回第三十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。 當(dāng)冷端溫度t0不等于0，需要對(duì)熱電偶回路的測(cè)量電勢(shì)值EAB（t，t0）加以修正。當(dāng)工作端溫度為t時(shí)，分度表可查EAB(t,0)與EAB(t0,0)。 根據(jù)中間

19、溫度定律得到： EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0，0) (3) 冷端溫度修正法 下頁(yè)上頁(yè)返回第三十六頁(yè)，共六十八頁(yè)?！纠坑面囥t-鎳硅熱電偶測(cè)量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30，測(cè)得熱電勢(shì)EAB(t,t0)為33.29mV, 求加熱爐溫度。 解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得EAB(30,0)=1.203 mV。 可得 EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV 由鎳鉻-鎳硅熱電偶（K）分度表得： （）下頁(yè)上頁(yè)返回第三十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。(4) 冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法（電橋補(bǔ)償法）下頁(yè)上頁(yè)返回第三十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。 8.

20、1.4 熱電偶測(cè)溫線路 測(cè)量單點(diǎn)的溫度下頁(yè)上頁(yè)返回第三十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反向串聯(lián)）下頁(yè)上頁(yè)返回第四十頁(yè)，共六十八頁(yè)。 測(cè)量平均溫度特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺察出來, 不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。1.并聯(lián)下頁(yè)上頁(yè)返回第四十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)將停止工作。2.正向串聯(lián)下頁(yè)上頁(yè)返回第四十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。8.1.5 熱電偶的應(yīng)用第四十三頁(yè)，共六十八頁(yè)。 毫伏定值器給出給定溫度的相應(yīng)毫伏值，熱電偶的熱電勢(shì)與定值器的偏差經(jīng)放大器送入調(diào)節(jié)器，再

21、經(jīng)過晶閘管觸發(fā)器推動(dòng)晶閘管執(zhí)行器來調(diào)整電爐絲的加熱功率，直到偏差被消除，從而實(shí)現(xiàn)控制溫度。爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)下頁(yè)上頁(yè)返回第四十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。 熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。大多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，即具有正溫度系數(shù)。 熱電阻廣泛用來測(cè)量-200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。 8.2 熱電阻傳感器下頁(yè)上頁(yè)返回第四十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。熱電阻的結(jié)構(gòu) 直徑1 mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架下頁(yè)上頁(yè)返回第四十六頁(yè)，共六

22、十八頁(yè)。 1. 常用熱電阻 對(duì)用于制造熱電阻材料的要求： 具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率 R-t關(guān)系最好成線性 物理化學(xué)性能穩(wěn)定 容易加工、價(jià)格盡量便宜等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。此外還有其它一些材料熱電阻。 下頁(yè)上頁(yè)返回第四十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。 (1) 鉑熱電阻（Pt） 鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200850。鉑熱電阻的特性方程為： 在-2000的溫度范圍內(nèi) Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在0850的溫度范圍內(nèi) Rt = R0(1+At+Bt2) A=

23、3.9710-13/ B=-5.8510-7/2 C=-4.2210-12/4 下頁(yè)上頁(yè)返回第四十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。 可見：熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與0時(shí)的電阻值R0有關(guān)。 目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100，其中以Pt100為常用。 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)得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。 鉑電阻的純度通常用W(100)表示（R100與R0的比值），目前鉑電阻的純度最高可達(dá)5個(gè)九。下頁(yè)上頁(yè)返回第四十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。下頁(yè)上頁(yè)返回第五十頁(yè)，共六十八頁(yè)。 在一些

24、測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫， 它的測(cè)量范圍為-50150。 銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為：Rt=R0（1+t） =4.2810-3/ 兩種分度號(hào)：Cu50(R0=50)和Cu100（R0=100）。 (2) 銅熱電阻（Cu）下頁(yè)上頁(yè)返回第五十一頁(yè)，共六十八頁(yè)。銅熱電阻的分度表下頁(yè)上頁(yè)返回第五十二頁(yè)，共六十八頁(yè)。銅熱電阻的特點(diǎn)：銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。下頁(yè)上頁(yè)返回第五十三頁(yè)，共六十八

25、頁(yè)。銦電阻：是一種高精度低溫?zé)犭娮?。?.2-15K測(cè)溫范圍內(nèi)靈敏度極高，缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。錳電阻：在63-2K低溫范圍內(nèi)，靈敏度高，缺點(diǎn)是脆性大，難以拉制成絲。碳電阻：低溫下靈敏度高，熱容量小，對(duì)磁場(chǎng)不敏感，價(jià)格便宜，使用方便。缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。鐵電阻和鎳電阻：這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差。(3) 其它熱電阻下頁(yè)上頁(yè)返回第五十四頁(yè)，共六十八頁(yè)。幾種純金屬的電阻相對(duì)變化率與溫度變化間關(guān)系下頁(yè)上頁(yè)返回第五十五頁(yè)，共六十八頁(yè)。用熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)量

26、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)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。8.2.3 熱電阻的測(cè)量電路下頁(yè)上頁(yè)返回第五十六頁(yè)，共六十八頁(yè)。內(nèi)部引線方式 下頁(yè)上頁(yè)返回第五十七頁(yè)，共六十八頁(yè)。 兩線制這種引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。平衡條件：誤差來源：下頁(yè)上頁(yè)返回第五十八頁(yè)，共六十八頁(yè)。 三線制用于工業(yè)測(cè)量，一般精度 下頁(yè)上頁(yè)返回第五十九頁(yè)，共六十八頁(yè)。 四線制實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)合，高精度測(cè)量 下頁(yè)上頁(yè)返回第六十頁(yè)，共六十八頁(yè)。8.2.4 熱電阻的應(yīng)用鉑電阻采用三線制接法。A1進(jìn)行信號(hào)放大，經(jīng)R、C