溫度傳感器課件

第6章溫度傳感器1第6章溫度傳感器1目錄簡介熱電偶熱電阻晶體管和集成溫度傳感器本章小結(jié)2目錄簡介2簡介什么是溫度傳感器？分類3簡介什么是溫度傳感器？3什么是溫度傳感器？溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。4什么是溫度傳感器？溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的分類三類：（1）熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化（2）熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。（3）晶體管和集成溫度傳感器是將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓＿@三種傳感器目前在工業(yè)產(chǎn)生中已得到廣泛應(yīng)用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。5分類三類：5熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器。自19世紀發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來，熱電偶被越來越廣泛地用來測量100～1300℃范圍內(nèi)的溫度，根據(jù)需要還可以用來測量更高或更低的溫度。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高．熱慣性小，可測局部溫度和便于遠距離傳送與集中檢測、自動記錄等優(yōu)點。6熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器。6熱電偶熱電偶的基本原理熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)熱電勢的測量及熱電偶的標定熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差7熱電偶熱電偶的基本原理7熱電偶的基本原理一、熱電效應(yīng)二、熱電偶的基本定律三、熱電偶冷端溫度及其補償8熱電偶的基本原理一、熱電效應(yīng)8熱電效應(yīng)

1823年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)．在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不同時，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，稱為塞貝克電勢。這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。9熱電效應(yīng)1823年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)．在兩種不同原理式中，αab為熱電勢率或塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極材料和兩接點的溫度而定；后來研究指出，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢EAB(T,T0)是由珀爾帖(Peltier)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)引起的。10原理式中，αab為熱電勢率或塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極1．珀爾帖效應(yīng)接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-什么是珀爾帖效應(yīng)呢？通過上圖你又能想到什么呢？111．珀爾帖效應(yīng)接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-什么是珀爾珀爾帖效應(yīng)將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸。由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象，自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電．B得到電子帶負電．直至在接點處建立了強度充分的電楊，能夠阻止電子擴散達到平衡為止。兩種不同金屬的接點處產(chǎn)生的電動勢稱為電勢，又稱接觸電勢。此效應(yīng)稱為珀爾帖效應(yīng)。12珀爾帖效應(yīng)將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸。由于不同金屬內(nèi)自根據(jù)電子理論:溫度為T，T0產(chǎn)生的接觸電勢方向相反，故回路的接觸電勢為：13根據(jù)電子理論:溫度為T，T0產(chǎn)生的接觸電勢方向相反，故回路的2．湯姆遜效應(yīng)假設(shè)在一勻質(zhì)棒狀導(dǎo)體的一端加熱，則沿此棒狀導(dǎo)體有溫度梯度導(dǎo)體內(nèi)自由電子將從溫度高的一端向溫度低的一端擴散，并在溫度較低一端積累起來，使棒內(nèi)建立起一電場。當(dāng)這電場對電子的作用力與擴散力相平衡時，擴散作用即停止。電場產(chǎn)生的電勢稱為湯姆遜電勢或溫差電勢。此效應(yīng)稱為湯姆遜效應(yīng)。AeA(T,To)ToT溫差電勢原理圖142．湯姆遜效應(yīng)假設(shè)在一勻質(zhì)棒狀導(dǎo)體的一端加熱，則沿此棒狀導(dǎo)對于導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，回路的溫差電勢等于導(dǎo)體溫差電勢的代數(shù)和，即:綜上所述，熱電極A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，其總熱電勢為：當(dāng)勻質(zhì)導(dǎo)體兩端的溫度分別是T、T時，溫差電勢為:15對于導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，回路的重要結(jié)論：(1)如果熱電偶二個電極的材料相同，二個接點溫度雖不同不會產(chǎn)生電勢；(2)如果二個電極材料不同．但兩接點溫度相同，也不會產(chǎn)生電勢；(3)當(dāng)熱電偶二個電極的材料不同，且A、B固定后，EAB(T,T0)便為二接點溫度T和T0的函數(shù)，即:EAB(T,T0)=E(T)-E(T0)當(dāng)T0保持不變，即E(T0)被認為是常數(shù)，則熱電勢置EAB(T,T0)便為熱電偶熱端溫度T的函數(shù)：

EAB(T,T0)=E(T)-C

由此可知,EAB(T,T0)和T有單值對應(yīng)關(guān)系，這是熱電偶測溫的基本公式。16重要結(jié)論：(1)如果熱電偶二個電極的材料相同，二個接點溫度雖

熱電極的極性：測量端失去電子的熱電極為正極，得到電子的熱電極為負極。在熱電勢符號EAB(T,T0)，規(guī)定寫在前面的A、T分別為正極和高溫，寫在后面的B、T0分別為負極和低溫。如果它們的前后位置互換，則熱電勢極性相反，如:EAB(T,T0)＝一EBA(T,T0)EAB(T,T0)=一EAB(T0,T)判斷熱電勢極性最可靠的方法是將熱端稍加熱，在冷端用直流電表辨別。1717二、熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律

兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電極直徑、長度及沿?zé)犭姌O長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。如果材質(zhì)不均勻，則當(dāng)熱電極上各處溫度不同時．將產(chǎn)生附加熱電勢，造成無法估計的測量誤差，因此，熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標之一。2．中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中插入第三、四種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等，且插入導(dǎo)體是勻質(zhì)的，則無論插入導(dǎo)體的溫度分布如何，都不會影響原來熱電偶的熱電勢的大小。因此，我們可以將毫伏表(一般為銅線)接入熱電偶回路，并保證兩個結(jié)點溫度一致．就可對熱電勢進行測量，而不影響熱電偶的輸出。18二、熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律183．中間溫度定律熱電偶在接點溫度為T，T0時的熱電勢等于該熱電偶在接點溫度為T，Tn和Tn，

T0時相應(yīng)的熱電勢的代數(shù)和，即:EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)如T0=0,有：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)193．中間溫度定律19三、熱電偶冷端溫度及其補償熱電偶熱電勢的大小與熱電極材料及兩接點的溫度有關(guān)。只有在熱電極材料一定，其冷端溫度T0保持不變的情況下，其熱電勢么EAB(T,T0)才是其工作端溫度T的單值函數(shù)。熱電偶的分度表是在熱電偶冷端溫度等于0℃的條件下測得的，所以使用時，只有滿足T0=0℃的條件，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。在工程測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度的變化而變化，將引入誤差，所以要采取以下的修正或補償措施。20三、熱電偶冷端溫度及其補償熱電偶熱電勢的大小與熱電極材料及補償措施：冷端溫度修正法冷端溫度自動補償法延引熱電極法21補償措施：冷端溫度修正法211．冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變的情況，可采用修正法。1)熱電勢修正法2)溫度修正法221．冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持1)熱電勢修正法原理：根據(jù)中間溫度定律，將電勢換算到冷端為0℃時應(yīng)為：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)231)熱電勢修正法23例用鎳鉻一鎳硅熱電偶測爐溫。當(dāng)冷端溫度T0＝30℃時，測得熱電勢為E(T,T0)＝39.17mV，則實際爐溫是多少度?由T0＝30℃查分度表得E(30，0)＝1.2mV則E(T,0)＝E(T，30)十E(30，0)＝39.17十1.2＝40.37(mV)再用40.37mv查分度表得977℃，即實際爐溫為977℃．若直接用測得的熱電勢39.17mv查分度表則其值為946℃，產(chǎn)生31℃的測量誤差。24例用鎳鉻一鎳硅熱電偶測爐溫。當(dāng)冷端溫度T0＝30℃時，測2)溫度修正法令T’為儀表的指示溫度，T0為冷端溫度，則被測的真實溫度T，為：T＝T’十kT0式中k為熱電偶的修正系數(shù)，決定于熱電偶種類和被測溫度范圍。例上例中測得爐溫為946℃(39．17mV)，冷端溫度為30℃，查表k＝1.00則T＝946＋1×30＝976(℃)與用熱電勢修正法所得結(jié)果相比，只差1℃．因而這種方法在工程上應(yīng)用較為廣泛。252)溫度修正法令T’為儀表的指示溫度，T0為冷端溫度，則被測溫度T′/℃補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—熱電偶補正系數(shù)26溫度T′/℃補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）102．冷端溫度自動補償法熱電偶在實際測溫中，冷端一般暴露在空氣中，受到周圍介質(zhì)溫度波動的影響．它的溫度不可能恒定或保持0℃不變，不宜采用修正法，可用電勢補償法。產(chǎn)生補償電勢的方法很多,主要介紹電橋補償法和pn結(jié)補償法。272．冷端溫度自動補償法熱電偶在實際測溫中，冷端一般暴露在空電橋補償法說明補償原理28電橋補償法說明28說明電橋補償法是用電橋的不平衡電壓(補償電勢)去消除冷端溫度變化的影響，這種裝置稱為冷端溫度補償器。橋臂電阻R1，R2，R3和限流電阻Rs的電阻值幾乎不隨溫度變化。RCu為銅電阻，其阻值隨溫度升高而增大。電橋由直流穩(wěn)壓電源供電。在某一溫度下．設(shè)計電橋處于平衡狀態(tài)，則電橋輸出為0．該溫度稱為電橋平衡點溫度或補償溫度。此時補償電橋?qū)犭娕蓟芈返臒犭妱輿]有影響。29說明電橋補償法是用電橋的不平衡電壓(補償電勢)去消除補償原理

當(dāng)環(huán)境溫度變化時，冷端溫度隨之變化，熱電偶的電勢值隨之變化△E1；與此同時，RCu電阻值也隨環(huán)境溫度變化，使電橋失去平衡，有不平衡電壓△E2輸出。如果設(shè)計的△E1與△E2數(shù)值相等極性相反．則選加后互相抵消，因而起到冷端溫度變化自動補償?shù)淖饔谩＿@就相當(dāng)于將冷端恒定在電橋平衡點溫度。30補償原理當(dāng)環(huán)境溫度變化時，冷端溫度隨之變化，熱電偶的電勢值pn結(jié)補償法31pn結(jié)補償法313．延引熱電極法一般恒溫裝置或補償器距被測對象較遠，需要很長的熱電極把冷端引到這些裝置中，這對于貴金屬熱電偶是很不經(jīng)濟的。可以用比較便宜的、在0一100℃溫度范圍內(nèi)熱電性質(zhì)與工作熱電偶相近的導(dǎo)線代替負金屬熱電極。這種導(dǎo)線常稱為延引電極、冷端延長線或冷端補償導(dǎo)線。323．延引熱電極法一般恒溫裝置或補償器距被測對象較遠說明①不同的熱電偶必須選用相應(yīng)的補償導(dǎo)線；②延伸導(dǎo)線和熱電極聯(lián)接處兩接點的溫度必須相同，而且不可超過規(guī)定的溫度范圍(一般為0一100℃)；③采用延伸導(dǎo)線只是移動了冷端點的位置，當(dāng)該處溫度不為0℃時，仍須進行冷端溫度補償。33說明①不同的熱電偶必須選用相應(yīng)的補償導(dǎo)線；33mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液T034mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)1．對熱電極材料的基本要求2．熱電偶類型3.熱電偶結(jié)構(gòu)35熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)1．對熱電極材料的基本要求351．對熱電極材料的基本要求熱電特性穩(wěn)定，即熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系不會變動；熱電勢要足夠大，這樣易于測量熱電勢，且可得到較高的準確度；熱電勢與溫度為單值關(guān)系，最好成線性關(guān)系，或簡單的函數(shù)關(guān)系；電阻溫度系數(shù)和電阻率要小，否則熱電偶的電阻將隨工作端溫度而有較大的變化影響測量結(jié)果的準確性物理性能穩(wěn)定，化學(xué)成分均勻,不易氧化和腐蝕材料的復(fù)制性好；材料的機械強度要高。361．對熱電極材料的基本要求熱電特性穩(wěn)定，即熱電勢與溫度的對2．熱電偶類型標準化熱電偶非標準化熱電偶372．熱電偶類型標準化熱電偶37標準化熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶(WRLB)(分度號：LB一3)鉑銠30-鉑銠6熱電偶[WRLL)(分度號：LL一2)

鎳鉻一考銅熱電偶(WREA)(分度號：EA一2)

銅一康銅熱電偶(分度號：CK)38標準化熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶(WRLB)(分度號：LB一3測量范圍和準確度熱電偶類別代號分度號測量范圍（℃）允許偏差℃△t℃鉑銠30-鉑銠6WRRB600～1700℃±1.5℃或±0.25℃t鉑銠10-鉑WRPS0～1600℃±1.5℃或±0.25℃t鎳鉻-鎳硅WRNK0～1200℃±2.5℃或±0.75℃t鎳鉻-銅鎳WREE0～900℃±2.5℃或±0.75℃t39測量范圍和準確度熱電偶類別代號分度號測量范圍（℃）允許非標準化熱電偶鐵一康銅熱電偶(測溫上限為600℃)鎢一鉬熱電偶（測溫上限2100℃）鎢錸系熱電偶（測溫上限2400℃）其他：銥銘系熱電偶、鎳鉻一金鐵熱電偶、鎳鈷一鎳鋁熱電偶、雙鉑鉬熱電偶，以及一些非金屬熱電偶，如熱解石墨熱電偶等40非標準化熱電偶鐵一康銅熱電偶(測溫上限為600℃)403.熱電偶結(jié)構(gòu)1.普通型熱電偶2.鎧裝熱電偶3.小慣性熱電偶413.熱電偶結(jié)構(gòu)1.普通型熱電偶41熱電勢的測量及熱電偶的標定一、熱電勢的測量二、熱電偶的標定42熱電勢的測量及熱電偶的標定一、熱電勢的測量42一、熱電勢的測量伺服式溫度表數(shù)字式溫度表43一、熱電勢的測量伺服式溫度表431.伺服式溫度表Ex-IRab=i∑R可以用可變電阻觸點b的位置標明被測電勢值令i=0,得到：Ex=IRab441.伺服式溫度表Ex-IRab=i∑R可以用可變電阻觸點b的工作原理Ex-IRab=i∑REx—被測電勢；I,i—分別為工作電流回路和測量回路的電流；∑R-a,b間的可變電阻Rab，檢流計內(nèi)阻和電勢源Ex的內(nèi)阻之和。令i=0,得到：Ex=IRab可以用可變電阻觸點b的位置標明被測電勢值45工作原理Ex-IRab=i∑R452.數(shù)字式溫度表使用時必須注意兩點：熱電偶輸出的熱電勢一般都很小，在進行A／D轉(zhuǎn)換前，必須經(jīng)過高增益的直流放大，常用數(shù)據(jù)放大器。熱電偶的熱電特性，一般來講都是非線性的。欲使顯示數(shù)或輸出脈沖數(shù)與被測溫度直接相對應(yīng)，必須采取線性化措施。在帶有計算機或微處理機的測量系統(tǒng)中，非線性校正(和冷端補償)工作，都直接由計算機完成，即所謂“軟件校正法”。但目的用得更多的是所謂“硬件校正法”，即采用非線性校正裝置，也稱“線性化器”。462.數(shù)字式溫度表使用時必須注意兩點：46二、熱電偶的標定標定的目的是核對標準熱電偶熱電勢一溫度關(guān)系是否符合標準，或確定非標準熱電偶的熱電勢一溫度標定曲線，也可以通過標定消除測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。標定方法有定點法和比較法。47二、熱電偶的標定標定的目的是核對標準熱電偶熱電勢一溫度關(guān)系定點法是以純元素的沸點或凝固點作為溫度標準。如基準鉑銠10-鉑熱電偶在630.755-1064.43℃的溫度間隔內(nèi)，以金的凝固點1064.43℃、銀的凝固點961.93℃、銻凝固點630.7752作為標準溫度進行標定。比較法是將標準熱電偶與被標定熱電偶之間直接進行比較，比較法又可分為雙極法，同名極法(單極法)和微差法．這里主要介紹雙極法。48定點法是以純元素的沸點或凝固點作為溫度標準。如基準鉑銠10-78564321穩(wěn)壓電源220V1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標準熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管雙極法標定系統(tǒng)4978564321穩(wěn)壓電源220V1-調(diào)壓變壓器；2-管式電雙極法標定系統(tǒng)原理標定鉑銠一鉑熱電偶時，將標準熱電偶與被標定熱電偶的工作端用鉑絲捆扎在一起，插到管式護內(nèi)的均勻溫度場中，冷端分別插在0℃的恒溫器中。用自耦變壓器1調(diào)節(jié)爐溫，當(dāng)爐溫到達所需的標定溫度點的10℃內(nèi)，且爐溫變化每分鐘不超過0.2℃時，就可讀數(shù)。每一個標定點溫度的讀數(shù)不得少于四次。50雙極法標定系統(tǒng)原理標定鉑銠一鉑熱電偶時，將標準熱電圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定51圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定51圖（b)不同型號的熱電偶自動標定電阻爐被校溫度計標準溫度計函數(shù)發(fā)生器減法器記錄儀溫度調(diào)節(jié)器程序控制器tt52圖（b)不同型號的熱電偶自動標定電阻爐被校溫度計標準溫度計函圖(a)工作原理圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定。它同時測量電爐溫度t，分別輸出熱電勢EB和Et，在減法器內(nèi)被比較得電勢差值△E＝Et-EB，△E輸入記錄儀進行記錄。53圖(a)工作原理圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定。它同時測圖(b)工作原理圖(b)用于不同型號的熱電偶自動標定，如用標準鉑鎊熱電偶標定賤金屬熱電偶，兩者的熱電勢不能直接比較．因此，由函數(shù)發(fā)生器將標準熱電偶輸出的熱電勢EB轉(zhuǎn)換為EB，然后輸入減法器與ET相比較。54圖(b)工作原理圖(b)用于不同型號的熱電偶自動標定，如熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差傳熱誤差動態(tài)誤差55熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差傳熱誤差55一、傳熱誤差采用熱電偶測溫與其它感溫元件一樣，是通過熱電偶與被測介質(zhì)之間的熱量交換。熱電偶吸收了被測介質(zhì)傳送來的熱量，一方面用以加熱，提高自身的溫度；同時又向周圍散失熱量。當(dāng)熱交換達到平衡狀態(tài)時，熱電偶的測量端也就達到一個穩(wěn)定的溫度。但由于熱量的散失，熱電偶測量端的溫度低于被測介質(zhì)的溫度，這時熱電偶的顯示誤差稱為傳熱誤差．它是由傳導(dǎo)、對流、輻射三種基本熱交換形式造成的。56一、傳熱誤差采用熱電偶測溫與其它感溫元件一樣，是通過熱電偶與二、動態(tài)誤差用熱電偶測量溫度時，由于熱接點具有一定的熱容量，則熱接點從介質(zhì)今吸收熱量后，加熱自身提高溫度到穩(wěn)定值就需要一定的時間，即熱接點的溫度變化，在時間上總是滯后于被測介質(zhì)的溫度變化。這種由于熱慣性引起的溫度偏差值，稱為動態(tài)響應(yīng)誤差。57二、動態(tài)誤差用熱電偶測量溫度時，由于熱接點具有一定的熱容量熱電阻利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)，常用于測量200～500℃范圍內(nèi)的溫度。它是利用熱電阻和熱敏電阻的電阻率溫度系數(shù)而制成溫度傳感器的。大多數(shù)金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率都隨溫度發(fā)生變化，都稱為熱電阻，純金屬有正的溫度系數(shù)，半導(dǎo)體有負的電阻溫度系數(shù)。用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的傳感器，分別稱為金屬電阻溫度計和半導(dǎo)體電阻溫度計。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱電阻的應(yīng)用范圍已擴展到1～5K的超低溫領(lǐng)域。同時在1000～1200℃溫度范圍內(nèi)也有足夠好的特性。58熱電阻利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)金屬熱電阻一、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料大多數(shù)金屆導(dǎo)體的電阻，都具有隨溫度變化的特性。其特性方程式如下:Ri＝R0[1+a(T-T0)]式中：Ri,R0——分別為熱電阻在T和0℃時的電阻值；a——熱電阻的電阻溫度系數(shù)(1／℃)。對于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，a并不是一個常數(shù)，而是溫度的函數(shù)。但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看作為一個常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)所對應(yīng)的濕度范圍不同。59金屬熱電阻一、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料59選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：材料的電阻溫度系數(shù)a要越大越好，純金屬的a比合金的高，所以一般均采用純金屬作熟電阻元件；在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定；在測溫范圍內(nèi)，a保持常數(shù)，便于實現(xiàn)溫度表的線性刻度特性；具有比較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，減小熱慣性.特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。比較適合以上要求的材料有：鉑、銅、鐵和鎳。60選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：601．鉑熱電阻鉑的純度通常用W(100)表示，即:0～630.755℃:-190～0℃:對W(100)＝1.391有A＝3.96847×10-3／℃．B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-12/℃4．對W(100)＝1.389有A＝3.94851×10-3／℃.B＝-5.851×10-7/℃2，C＝-4.04×10-12/℃4．611．鉑熱電阻鉑的純度通常用W(100)表示，即:0～630.鉑電阻一般由直徑為0.05一0.07mm鉑絲繞在片形云母骨架上，鈾絲的引線采用銀線，引線用雙孔瓷絕緣套管絕緣。62鉑電阻一般由直徑為0.05一0.07mm鉑絲繞在片形云母骨鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)63鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)632．銅熱電阻

銅絲可用來制造-50~150℃范圍內(nèi)的工業(yè)用電阻溫度汁。在此溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高(a＝(4.25~4.28)×10-3／℃)．容易得到高純度材料，復(fù)制性能好。但銅易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介中的溫度測量。通常利用二項式計算測量的銅電阻值為:RT＝R0[1十a(chǎn)(T—T0)]642．銅熱電阻

銅絲可用來制造-50~150℃范圍內(nèi)的工業(yè)用分度號GCu50Cu100Re()5350100R100/R01.425±0.0011.425±0.002精度等級ⅡⅢR0允許誤差（%）±0.1±0.1最大允許誤差（%）±（0.3×3.5）±（0.3×6.0）銅熱電阻技術(shù)特性表65分度號GCu50Cu1鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳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、靈敏度高的的電阻溫度計。其特點是容易氧化、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。目前應(yīng)用不多；66鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高，電阻率較熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般將電阻絲繞在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護套管。但骨架性能的好壞，影響其測量精度、體積大小和使用壽命。對骨架的要求是：電絕緣性能好；在高、低溫下有足夠的機械強度，在高溫下有足夠的剛度；體膨脹系數(shù)要小，在溫度變化后不結(jié)熱電阻絲造成壓力；不對電阻絲產(chǎn)生化學(xué)作用。67熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般將電阻絲繞在云母、石英、陶瓷、塑料二、測量電路電阻溫度計的測量電路員常用的是電橋電路，精度較高的是自動電橋。為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測量誤差，常采用三線和四線連接法。68二、測量電路電阻溫度計的測量電路員常用的是電橋電路，熱電阻測量電橋的三線連接法69熱電阻測量電橋的三線連接法69調(diào)零的Ra電位器的接觸電阻和檢流計串聯(lián)，這樣，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)。熱電阻測溫電橋的四線連接法70調(diào)零的Ra電位器的接觸電阻和檢流計串聯(lián)，這樣，接觸電阻的不穩(wěn)熱電阻式溫度計優(yōu)點：性能最穩(wěn)定，測量范圍廣、精度也高。特別是在低溫測量中得到廣泛的應(yīng)用。其缺點是需要輔助電源。熱容量大限制了它在動態(tài)測量中的應(yīng)用。

為避免熱電阻中流過電流的加熱效應(yīng)，在設(shè)計電橋時,要使流過熱電阻的電流盡量小，一般小于10mA．(????)71熱電阻式溫度計優(yōu)點：性能最穩(wěn)定，測量范圍廣、精度也高。特別是半導(dǎo)體熱敏電阻一般說來，半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻包括正溫度系數(shù)(PTC)、負溫度系數(shù)(NTC)、臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻等幾類。PTC熱敏電阻主要采用BaTiO3系列的材料，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消滋，各種電器設(shè)備的過熱保護，發(fā)熱源的定溫控制，也可以作為限流元件使用。72半導(dǎo)體熱敏電阻一般說來，半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)CTR熱敏電阻采用VO2系列等材料，在某個溫度值上電阻值急劇變化。其用途主要用作溫度開關(guān)。NTC熱敏電阻具有很高的負電阻溫度系數(shù)，特別適用于-100～300℃之間測溫。在點溫、表面溫度、溫差、溫場等測量中得到日益廣泛的應(yīng)用，同時也廣泛地應(yīng)用在自動控制及電子線路的熱補償線路中。73CTR熱敏電阻采用VO2系列等材料，在某個溫度值上電阻值急劇一、熱敏電阻的主要特性1．溫度特性熱敏電阻的基本特性是電阻與溫度之間的關(guān)系,其曲線是一條指數(shù)曲線，可用下式表示：

RT=AeB/TRT——溫度為T時的電阻值；A——與熱敏電阻尺寸、形式、以及它的半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；B——與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；T——熱敏電阻的絕對溫度。74一、熱敏電阻的主要特性1．溫度特性74已知T1、T2對應(yīng)的電阻為R1、R2一般?。篢1=20℃T2=100℃稱B為熱敏電阻常數(shù)。75已知T1、T2一般?。悍QB為熱敏電阻常數(shù)。75熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時，電阻值的相對變化量，稱為熱敏電阻的溫度系數(shù)。即:代入R的導(dǎo)數(shù)及R值得熱敏電阻的電阻溫度級系數(shù)比金屬絲的高很多．所以它的靈敏度相當(dāng)高76熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時，電阻值的相對變化量2．伏—安特性在穩(wěn)態(tài)情況下．通過熱電阻的電流I與其兩端之間的電壓U的關(guān)系。稱為熱敏電阻的伏安持性。兩種情況：1.小電流（遵從歐姆定律）2.大電流772．伏—安特性在穩(wěn)態(tài)情況下．通過熱電阻的電流I與其兩端之大電流當(dāng)電流增大到一定值時，流過熱敏電阻的電流使之加熱，本身溫度升高，出現(xiàn)負阻特性。因電阻減小、即使電流增大，端電壓反而下降。其所能升高的溫度與環(huán)境條件有關(guān)。78大電流當(dāng)電流增大到一定值時，流過熱敏電3．安—時特性793．安—時特性79二、熱敏電阻的主要參數(shù)(1)標稱電阻值RH，即環(huán)境溫度(25±0.2℃)時測得的電阻值，又稱冷電阻；(2)電阻溫度系數(shù)α,即熱敏電阻的溫度變化1℃時電阻值的變化率，通常指溫度為20℃時的溫度系數(shù)，單位為％℃；(3)耗散系數(shù)H，指熱敏電阻的溫度與周圍介質(zhì)的溫度相差1℃時所耗散的功率單位為W℃-1

80二、熱敏電阻的主要參數(shù)(1)標稱電阻值RH，即環(huán)境溫(4)熱容量C，熱敏電阻的溫度變化1℃所需吸收或釋放的熱量單位為J℃-1；(5)能量靈敏度G，使熱敏電阻的阻值變化1％所需耗散的功率，單位為w，能量靈敏度G與耗散系數(shù)H、電阻溫度系數(shù)α之間的關(guān)系為:G＝(H/α)100(6)時間常數(shù)τ，亦即為熱容量C與耗散系數(shù)H之比81(4)熱容量C，熱敏電阻的溫度變化1℃所需吸熱敏電阻的優(yōu)缺點及改進措施熱敏電阻的優(yōu)點是電阻溫度系數(shù)大.靈敏度高．熱容量小、響應(yīng)速度快．而且分辨率很高可達10-4℃；主要缺點是互換性差，熱電特性非線性大?？捎脺囟认禂?shù)很小的電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)，使等效電阻與溫度的關(guān)系在一定的溫度范圍內(nèi)是線性。82熱敏電阻的優(yōu)缺點及改進措施熱敏電阻的優(yōu)點是電阻溫度系數(shù)大.熱敏電阻的應(yīng)用ptc熱敏電阻的應(yīng)用ntc熱敏電阻的應(yīng)用83熱敏電阻的應(yīng)用ptc熱敏電阻的應(yīng)用83ptc熱敏電阻的應(yīng)用(1)(加熱控制電路）84ptc熱敏電阻的應(yīng)用(1)(加熱控制電路）84ptc熱敏電阻的應(yīng)用(2)(穩(wěn)流電路）85ptc熱敏電阻的應(yīng)用(2)(穩(wěn)流電路）85ptc熱敏電阻的應(yīng)用(3)(電機過荷保護電路）86ptc熱敏電阻的應(yīng)用(3)(電機過荷保護電路）86ntc熱敏電阻的應(yīng)用(控溫電路）87ntc熱敏電阻的應(yīng)用(控溫電路）879．3晶體管和集成溫度傳感器這種傳感器是利用pn結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制成的一種固態(tài)傳感器。工作原理Pn結(jié)伏安特性可用下式表示這就是pn結(jié)溫度傳感器的基本原理Exp(qU/kT)>>1889．3晶體管和集成溫度傳感器這種傳感器是利用pn結(jié)的伏三極管形式更接近理想pn結(jié)（更穩(wěn)定）：若a1=a2,Js1=Js2,Je1/Je2=y,則有這就是集成溫度傳感器的基本原理89三極管形式更接近理想pn結(jié)（更穩(wěn)定）：若a1=a2,Js1=

集成溫度傳感器按輸出信號可分為電壓型和電流型兩種。電壓型的溫度系數(shù)約為10mv／℃；電流型的溫度系數(shù)約為1μA／℃．這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕對溫度、而且其輸出電壓或電流與絕對溫度成線性關(guān)系。90集成溫度傳感器按輸出信號可分為電壓型和電流型兩種。90AD590的結(jié)構(gòu)及特性91AD590的結(jié)構(gòu)及特性91伏安特性在4～30v時，該器件為一個溫控電流源，且其電流值與Tk成正比，即I=kT·Tk其中，kT為標度因子，在器件制造時已作標定，是每度1μA，，其標定精度因器件的檔次而異(常分為I，J，K，L，M五檔)。92伏安特性在4～30v時，該器件為一個溫控電流源，且其電流溫度特性I=kT·Tc+273.2μAkT＝1μA／℃93溫度特性I=kT·Tc+273.2μAkT＝1μA／℃非線性曲線在-55~+100℃范圍內(nèi)，△T遞增，容易補償；在-100~+150℃為遞減，可進行分段補償94非線性曲線在-55~+100℃范圍內(nèi)，△T遞增，容易補償；9集成溫度傳感器的優(yōu)點及典型應(yīng)用優(yōu)點：具有體積小、熱情性小、反應(yīng)快、測量精度高、穩(wěn)定性好、校準方便、價格低等優(yōu)點，因而獲得廣泛的應(yīng)用。典型應(yīng)用：測量溫度測量溫差95集成溫度傳感器的優(yōu)點及典型應(yīng)用優(yōu)點：具有體積小、熱情性小、反注意兩點：1.10KΩ電阻的作用2.W1的作用測量溫度96注意兩點：測量溫度96原理AD590上接入一個大于+4Ｖ的電壓后，其輸出電流將正比于絕對溫度。0℃溫度時，輸出電流為273.2μA，溫度每變化1℃，輸出電流變化lμA

AD590的輸出電流通過10kΩ電阻變?yōu)殡妷盒盘?，其單位?0mV／℃因0℃時10kΩ電阻上已有2.732V的電壓輸出，所以必須設(shè)置一偏置電壓(由W1上取出)使0℃時輸出電壓為零。97原理AD590上接入一個大于+4Ｖ的電壓后，其輸出電流這樣當(dāng)AD590的環(huán)境溫度大于0℃時，顯示正的溫度數(shù)值；環(huán)境溫度小于0℃時，顯示負的溫度數(shù)值。測量系統(tǒng)的精度取決于AD590的精度，采用AD590I，經(jīng)零點和滿量程點校推后，精度優(yōu)于0.5級。調(diào)校方法是使顯示對應(yīng)滿度值。整個儀表結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、體積小、重量輕、功耗低、測量精度高，維護使用方便。98這樣當(dāng)AD590的環(huán)境溫度大于0℃時，顯示正的溫度數(shù)值；環(huán)AD590實際應(yīng)用電路99AD590實際應(yīng)用電路99電路分析

AD590的輸出電流I=（273+T）μA（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。100電路分析

AD590的輸出電流I=（273+T）μA（T為攝測量溫差Note:1.測量原理2.Rw的作用101測量溫差Note:1011.測量原理1021.測量原理102Rw的作用電路中引入電位器通過隔離電阻Rw注入一個校正電流△I，以獲得平穩(wěn)的零位誤差103Rw的作用電路中引入電位器通過隔離電阻Rw注入一個校溫度最小值、平均值測量104溫度最小值、平均值測量104本章小結(jié)概念:溫度傳感器、熱電效應(yīng)、珀爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)問題1:請問溫度傳感器有哪些分類?分別基于什么原理？問題2:熱敏電阻有哪些作用?105本章小結(jié)概念:溫度傳感器、熱電效應(yīng)、珀爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)1第6章溫度傳感器106第6章溫度傳感器1目錄簡介熱電偶熱電阻晶體管和集成溫度傳感器本章小結(jié)107目錄簡介2簡介什么是溫度傳感器？分類108簡介什么是溫度傳感器？3什么是溫度傳感器？溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。109什么是溫度傳感器？溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的分類三類：（1）熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化（2）熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。（3）晶體管和集成溫度傳感器是將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓＿@三種傳感器目前在工業(yè)產(chǎn)生中已得到廣泛應(yīng)用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。110分類三類：5熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器。自19世紀發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來，熱電偶被越來越廣泛地用來測量100～1300℃范圍內(nèi)的溫度，根據(jù)需要還可以用來測量更高或更低的溫度。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高．熱慣性小，可測局部溫度和便于遠距離傳送與集中檢測、自動記錄等優(yōu)點。111熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器。6熱電偶熱電偶的基本原理熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)熱電勢的測量及熱電偶的標定熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差112熱電偶熱電偶的基本原理7熱電偶的基本原理一、熱電效應(yīng)二、熱電偶的基本定律三、熱電偶冷端溫度及其補償113熱電偶的基本原理一、熱電效應(yīng)8熱電效應(yīng)

1823年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)．在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不同時，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，稱為塞貝克電勢。這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。114熱電效應(yīng)1823年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)．在兩種不同原理式中，αab為熱電勢率或塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極材料和兩接點的溫度而定；后來研究指出，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢EAB(T,T0)是由珀爾帖(Peltier)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)引起的。115原理式中，αab為熱電勢率或塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極1．珀爾帖效應(yīng)接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-什么是珀爾帖效應(yīng)呢？通過上圖你又能想到什么呢？1161．珀爾帖效應(yīng)接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-什么是珀爾珀爾帖效應(yīng)將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸。由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象，自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電．B得到電子帶負電．直至在接點處建立了強度充分的電楊，能夠阻止電子擴散達到平衡為止。兩種不同金屬的接點處產(chǎn)生的電動勢稱為電勢，又稱接觸電勢。此效應(yīng)稱為珀爾帖效應(yīng)。117珀爾帖效應(yīng)將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸。由于不同金屬內(nèi)自根據(jù)電子理論:溫度為T，T0產(chǎn)生的接觸電勢方向相反，故回路的接觸電勢為：118根據(jù)電子理論:溫度為T，T0產(chǎn)生的接觸電勢方向相反，故回路的2．湯姆遜效應(yīng)假設(shè)在一勻質(zhì)棒狀導(dǎo)體的一端加熱，則沿此棒狀導(dǎo)體有溫度梯度導(dǎo)體內(nèi)自由電子將從溫度高的一端向溫度低的一端擴散，并在溫度較低一端積累起來，使棒內(nèi)建立起一電場。當(dāng)這電場對電子的作用力與擴散力相平衡時，擴散作用即停止。電場產(chǎn)生的電勢稱為湯姆遜電勢或溫差電勢。此效應(yīng)稱為湯姆遜效應(yīng)。AeA(T,To)ToT溫差電勢原理圖1192．湯姆遜效應(yīng)假設(shè)在一勻質(zhì)棒狀導(dǎo)體的一端加熱，則沿此棒狀導(dǎo)對于導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，回路的溫差電勢等于導(dǎo)體溫差電勢的代數(shù)和，即:綜上所述，熱電極A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，其總熱電勢為：當(dāng)勻質(zhì)導(dǎo)體兩端的溫度分別是T、T時，溫差電勢為:120對于導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路，當(dāng)接點溫度T＞T0時，回路的重要結(jié)論：(1)如果熱電偶二個電極的材料相同，二個接點溫度雖不同不會產(chǎn)生電勢；(2)如果二個電極材料不同．但兩接點溫度相同，也不會產(chǎn)生電勢；(3)當(dāng)熱電偶二個電極的材料不同，且A、B固定后，EAB(T,T0)便為二接點溫度T和T0的函數(shù)，即:EAB(T,T0)=E(T)-E(T0)當(dāng)T0保持不變，即E(T0)被認為是常數(shù)，則熱電勢置EAB(T,T0)便為熱電偶熱端溫度T的函數(shù)：

EAB(T,T0)=E(T)-C

由此可知,EAB(T,T0)和T有單值對應(yīng)關(guān)系，這是熱電偶測溫的基本公式。121重要結(jié)論：(1)如果熱電偶二個電極的材料相同，二個接點溫度雖

熱電極的極性：測量端失去電子的熱電極為正極，得到電子的熱電極為負極。在熱電勢符號EAB(T,T0)，規(guī)定寫在前面的A、T分別為正極和高溫，寫在后面的B、T0分別為負極和低溫。如果它們的前后位置互換，則熱電勢極性相反，如:EAB(T,T0)＝一EBA(T,T0)EAB(T,T0)=一EAB(T0,T)判斷熱電勢極性最可靠的方法是將熱端稍加熱，在冷端用直流電表辨別。12217二、熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律

兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電極直徑、長度及沿?zé)犭姌O長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。如果材質(zhì)不均勻，則當(dāng)熱電極上各處溫度不同時．將產(chǎn)生附加熱電勢，造成無法估計的測量誤差，因此，熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標之一。2．中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中插入第三、四種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等，且插入導(dǎo)體是勻質(zhì)的，則無論插入導(dǎo)體的溫度分布如何，都不會影響原來熱電偶的熱電勢的大小。因此，我們可以將毫伏表(一般為銅線)接入熱電偶回路，并保證兩個結(jié)點溫度一致．就可對熱電勢進行測量，而不影響熱電偶的輸出。123二、熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律183．中間溫度定律熱電偶在接點溫度為T，T0時的熱電勢等于該熱電偶在接點溫度為T，Tn和Tn，

T0時相應(yīng)的熱電勢的代數(shù)和，即:EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)如T0=0,有：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)1243．中間溫度定律19三、熱電偶冷端溫度及其補償熱電偶熱電勢的大小與熱電極材料及兩接點的溫度有關(guān)。只有在熱電極材料一定，其冷端溫度T0保持不變的情況下，其熱電勢么EAB(T,T0)才是其工作端溫度T的單值函數(shù)。熱電偶的分度表是在熱電偶冷端溫度等于0℃的條件下測得的，所以使用時，只有滿足T0=0℃的條件，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。在工程測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度的變化而變化，將引入誤差，所以要采取以下的修正或補償措施。125三、熱電偶冷端溫度及其補償熱電偶熱電勢的大小與熱電極材料及補償措施：冷端溫度修正法冷端溫度自動補償法延引熱電極法126補償措施：冷端溫度修正法211．冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變的情況，可采用修正法。1)熱電勢修正法2)溫度修正法1271．冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持1)熱電勢修正法原理：根據(jù)中間溫度定律，將電勢換算到冷端為0℃時應(yīng)為：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)1281)熱電勢修正法23例用鎳鉻一鎳硅熱電偶測爐溫。當(dāng)冷端溫度T0＝30℃時，測得熱電勢為E(T,T0)＝39.17mV，則實際爐溫是多少度?由T0＝30℃查分度表得E(30，0)＝1.2mV則E(T,0)＝E(T，30)十E(30，0)＝39.17十1.2＝40.37(mV)再用40.37mv查分度表得977℃，即實際爐溫為977℃．若直接用測得的熱電勢39.17mv查分度表則其值為946℃，產(chǎn)生31℃的測量誤差。129例用鎳鉻一鎳硅熱電偶測爐溫。當(dāng)冷端溫度T0＝30℃時，測2)溫度修正法令T’為儀表的指示溫度，T0為冷端溫度，則被測的真實溫度T，為：T＝T’十kT0式中k為熱電偶的修正系數(shù)，決定于熱電偶種類和被測溫度范圍。例上例中測得爐溫為946℃(39．17mV)，冷端溫度為30℃，查表k＝1.00則T＝946＋1×30＝976(℃)與用熱電勢修正法所得結(jié)果相比，只差1℃．因而這種方法在工程上應(yīng)用較為廣泛。1302)溫度修正法令T’為儀表的指示溫度，T0為冷端溫度，則被測溫度T′/℃補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—熱電偶補正系數(shù)131溫度T′/℃補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）102．冷端溫度自動補償法熱電偶在實際測溫中，冷端一般暴露在空氣中，受到周圍介質(zhì)溫度波動的影響．它的溫度不可能恒定或保持0℃不變，不宜采用修正法，可用電勢補償法。產(chǎn)生補償電勢的方法很多,主要介紹電橋補償法和pn結(jié)補償法。1322．冷端溫度自動補償法熱電偶在實際測溫中，冷端一般暴露在空電橋補償法說明補償原理133電橋補償法說明28說明電橋補償法是用電橋的不平衡電壓(補償電勢)去消除冷端溫度變化的影響，這種裝置稱為冷端溫度補償器。橋臂電阻R1，R2，R3和限流電阻Rs的電阻值幾乎不隨溫度變化。RCu為銅電阻，其阻值隨溫度升高而增大。電橋由直流穩(wěn)壓電源供電。在某一溫度下．設(shè)計電橋處于平衡狀態(tài)，則電橋輸出為0．該溫度稱為電橋平衡點溫度或補償溫度。此時補償電橋?qū)犭娕蓟芈返臒犭妱輿]有影響。134說明電橋補償法是用電橋的不平衡電壓(補償電勢)去消除補償原理

當(dāng)環(huán)境溫度變化時，冷端溫度隨之變化，熱電偶的電勢值隨之變化△E1；與此同時，RCu電阻值也隨環(huán)境溫度變化，使電橋失去平衡，有不平衡電壓△E2輸出。如果設(shè)計的△E1與△E2數(shù)值相等極性相反．則選加后互相抵消，因而起到冷端溫度變化自動補償?shù)淖饔?。這就相當(dāng)于將冷端恒定在電橋平衡點溫度。135補償原理當(dāng)環(huán)境溫度變化時，冷端溫度隨之變化，熱電偶的電勢值pn結(jié)補償法136pn結(jié)補償法313．延引熱電極法一般恒溫裝置或補償器距被測對象較遠，需要很長的熱電極把冷端引到這些裝置中，這對于貴金屬熱電偶是很不經(jīng)濟的?？梢杂帽容^便宜的、在0一100℃溫度范圍內(nèi)熱電性質(zhì)與工作熱電偶相近的導(dǎo)線代替負金屬熱電極。這種導(dǎo)線常稱為延引電極、冷端延長線或冷端補償導(dǎo)線。1373．延引熱電極法一般恒溫裝置或補償器距被測對象較遠說明①不同的熱電偶必須選用相應(yīng)的補償導(dǎo)線；②延伸導(dǎo)線和熱電極聯(lián)接處兩接點的溫度必須相同，而且不可超過規(guī)定的溫度范圍(一般為0一100℃)；③采用延伸導(dǎo)線只是移動了冷端點的位置，當(dāng)該處溫度不為0℃時，仍須進行冷端溫度補償。138說明①不同的熱電偶必須選用相應(yīng)的補償導(dǎo)線；33mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液T0139mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)1．對熱電極材料的基本要求2．熱電偶類型3.熱電偶結(jié)構(gòu)140熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)1．對熱電極材料的基本要求351．對熱電極材料的基本要求熱電特性穩(wěn)定，即熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系不會變動；熱電勢要足夠大，這樣易于測量熱電勢，且可得到較高的準確度；熱電勢與溫度為單值關(guān)系，最好成線性關(guān)系，或簡單的函數(shù)關(guān)系；電阻溫度系數(shù)和電阻率要小，否則熱電偶的電阻將隨工作端溫度而有較大的變化影響測量結(jié)果的準確性物理性能穩(wěn)定，化學(xué)成分均勻,不易氧化和腐蝕材料的復(fù)制性好；材料的機械強度要高。1411．對熱電極材料的基本要求熱電特性穩(wěn)定，即熱電勢與溫度的對2．熱電偶類型標準化熱電偶非標準化熱電偶1422．熱電偶類型標準化熱電偶37標準化熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶(WRLB)(分度號：LB一3)鉑銠30-鉑銠6熱電偶[WRLL)(分度號：LL一2)

鎳鉻一考銅熱電偶(WREA)(分度號：EA一2)

銅一康銅熱電偶(分度號：CK)143標準化熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶(WRLB)(分度號：LB一3測量范圍和準確度熱電偶類別代號分度號測量范圍（℃）允許偏差℃△t℃鉑銠30-鉑銠6WRRB600～1700℃±1.5℃或±0.25℃t鉑銠10-鉑WRPS0～1600℃±1.5℃或±0.25℃t鎳鉻-鎳硅WRNK0～1200℃±2.5℃或±0.75℃t鎳鉻-銅鎳WREE0～900℃±2.5℃或±0.75℃t144測量范圍和準確度熱電偶類別代號分度號測量范圍（℃）允許非標準化熱電偶鐵一康銅熱電偶(測溫上限為600℃)鎢一鉬熱電偶（測溫上限2100℃）鎢錸系熱電偶（測溫上限2400℃）其他：銥銘系熱電偶、鎳鉻一金鐵熱電偶、鎳鈷一鎳鋁熱電偶、雙鉑鉬熱電偶，以及一些非金屬熱電偶，如熱解石墨熱電偶等145非標準化熱電偶鐵一康銅熱電偶(測溫上限為600℃)403.熱電偶結(jié)構(gòu)1.普通型熱電偶2.鎧裝熱電偶3.小慣性熱電偶1463.熱電偶結(jié)構(gòu)1.普通型熱電偶41熱電勢的測量及熱電偶的標定一、熱電勢的測量二、熱電偶的標定147熱電勢的測量及熱電偶的標定一、熱電勢的測量42一、熱電勢的測量伺服式溫度表數(shù)字式溫度表148一、熱電勢的測量伺服式溫度表431.伺服式溫度表Ex-IRab=i∑R可以用可變電阻觸點b的位置標明被測電勢值令i=0,得到：Ex=IRab1491.伺服式溫度表Ex-IRab=i∑R可以用可變電阻觸點b的工作原理Ex-IRab=i∑REx—被測電勢；I,i—分別為工作電流回路和測量回路的電流；∑R-a,b間的可變電阻Rab，檢流計內(nèi)阻和電勢源Ex的內(nèi)阻之和。令i=0,得到：Ex=IRab可以用可變電阻觸點b的位置標明被測電勢值150工作原理Ex-IRab=i∑R452.數(shù)字式溫度表使用時必須注意兩點：熱電偶輸出的熱電勢一般都很小，在進行A／D轉(zhuǎn)換前，必須經(jīng)過高增益的直流放大，常用數(shù)據(jù)放大器。熱電偶的熱電特性，一般來講都是非線性的。欲使顯示數(shù)或輸出脈沖數(shù)與被測溫度直接相對應(yīng)，必須采取線性化措施。在帶有計算機或微處理機的測量系統(tǒng)中，非線性校正(和冷端補償)工作，都直接由計算機完成，即所謂“軟件校正法”。但目的用得更多的是所謂“硬件校正法”，即采用非線性校正裝置，也稱“線性化器”。1512.數(shù)字式溫度表使用時必須注意兩點：46二、熱電偶的標定標定的目的是核對標準熱電偶熱電勢一溫度關(guān)系是否符合標準，或確定非標準熱電偶的熱電勢一溫度標定曲線，也可以通過標定消除測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。標定方法有定點法和比較法。152二、熱電偶的標定標定的目的是核對標準熱電偶熱電勢一溫度關(guān)系定點法是以純元素的沸點或凝固點作為溫度標準。如基準鉑銠10-鉑熱電偶在630.755-1064.43℃的溫度間隔內(nèi)，以金的凝固點1064.43℃、銀的凝固點961.93℃、銻凝固點630.7752作為標準溫度進行標定。比較法是將標準熱電偶與被標定熱電偶之間直接進行比較，比較法又可分為雙極法，同名極法(單極法)和微差法．這里主要介紹雙極法。153定點法是以純元素的沸點或凝固點作為溫度標準。如基準鉑銠10-78564321穩(wěn)壓電源220V1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標準熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管雙極法標定系壓電源220V1-調(diào)壓變壓器；2-管式電雙極法標定系統(tǒng)原理標定鉑銠一鉑熱電偶時，將標準熱電偶與被標定熱電偶的工作端用鉑絲捆扎在一起，插到管式護內(nèi)的均勻溫度場中，冷端分別插在0℃的恒溫器中。用自耦變壓器1調(diào)節(jié)爐溫，當(dāng)爐溫到達所需的標定溫度點的10℃內(nèi)，且爐溫變化每分鐘不超過0.2℃時，就可讀數(shù)。每一個標定點溫度的讀數(shù)不得少于四次。155雙極法標定系統(tǒng)原理標定鉑銠一鉑熱電偶時，將標準熱電圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定156圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定51圖（b)不同型號的熱電偶自動標定電阻爐被校溫度計標準溫度計函數(shù)發(fā)生器減法器記錄儀溫度調(diào)節(jié)器程序控制器tt157圖（b)不同型號的熱電偶自動標定電阻爐被校溫度計標準溫度計函圖(a)工作原理圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定。它同時測量電爐溫度t，分別輸出熱電勢EB和Et，在減法器內(nèi)被比較得電勢差值△E＝Et-EB，△E輸入記錄儀進行記錄。158圖(a)工作原理圖(a)用于同型號熱電偶的自動標定。它同時測圖(b)工作原理圖(b)用于不同型號的熱電偶自動標定，如用標準鉑鎊熱電偶標定賤金屬熱電偶，兩者的熱電勢不能直接比較．因此，由函數(shù)發(fā)生器將標準熱電偶輸出的熱電勢EB轉(zhuǎn)換為EB，然后輸入減法器與ET相比較。159圖(b)工作原理圖(b)用于不同型號的熱電偶自動標定，如熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差傳熱誤差動態(tài)誤差160熱電偶的傳熱誤差和動態(tài)誤差傳熱誤差55一、傳熱誤差采用熱電偶測溫與其它感溫元件一樣，是通過熱電偶與被測介質(zhì)之間的熱量交換。熱電偶吸收了被測介質(zhì)傳送來的熱量，一方面用以加熱，提高自身的溫度；同時又向周圍散失熱量。當(dāng)熱交換達到平衡狀態(tài)時，熱電偶的測量端也就達到一個穩(wěn)定的溫度。但由于熱量的散失，熱電偶測量端的溫度低于被測介質(zhì)的溫度，這時熱電偶的顯示誤差稱為傳熱誤差．它是由傳導(dǎo)、對流、輻射三種基本熱交換形式造成的。161一、傳熱誤差采用熱電偶測溫與其它感溫元件一樣，是通過熱電偶與二、動態(tài)誤差用熱電偶測量溫度時，由于熱接點具有一定的熱容量，則熱接點從介質(zhì)今吸收熱量后，加熱自身提高溫度到穩(wěn)定值就需要一定的時間，即熱接點的溫度變化，在時間上總是滯后于被測介質(zhì)的溫度變化。這種由于熱慣性引起的溫度偏差值，稱為動態(tài)響應(yīng)誤差。162二、動態(tài)誤差用熱電偶測量溫度時，由于熱接點具有一定的熱容量熱電阻利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)，常用于測量200～500℃范圍內(nèi)的溫度。它是利用熱電阻和熱敏電阻的電阻率溫度系數(shù)而制成溫度傳感器的。大多數(shù)金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率都隨溫度發(fā)生變化，都稱為熱電阻，純金屬有正的溫度系數(shù)，半導(dǎo)體有負的電阻溫度系數(shù)。用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的傳感器，分別稱為金屬電阻溫度計和半導(dǎo)體電阻溫度計。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱電阻的應(yīng)用范圍已擴展到1～5K的超低溫領(lǐng)域。同時在1000～1200℃溫度范圍內(nèi)也有足夠好的特性。163熱電阻利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)金屬熱電阻一、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料大多數(shù)金屆導(dǎo)體的電阻，都具有隨溫度變化的特性。其特性方程式如下:Ri＝R0[1+a(T-T0)]式中：Ri,R0——分別為熱電阻在T和0℃時的電阻值；a——熱電阻的電阻溫度系數(shù)(1／℃)。對于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，a并不是一個常數(shù)，而是溫度的函數(shù)。但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看作為一個常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)所對應(yīng)的濕度范圍不同。164金屬熱電阻一、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料59選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：材料的電阻溫度系數(shù)a要越大越好，純金屬的a比合金的高，所以一般均采用純金屬作熟電阻元件；在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定；在測溫范圍內(nèi)，a保持常數(shù)，便于實現(xiàn)溫度表的線性刻度特性；具有比較大的電阻率，以利于減少熱電阻的體積，減小熱慣性.特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。比較適合以上要求的材料有：鉑、銅、鐵和鎳。165選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：601．鉑熱電阻鉑的純度通常用W(100)表示，即:0～630.755℃:-190～0℃:對W(100)＝1.391有A＝3.96847×10-3／℃．B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-12/℃4．對W(100)＝1.389有A＝3.94851×10-3／℃.B＝-5.851×10-7/℃2，C＝-4.04×10-12/℃4．1661．鉑熱電阻鉑的純度通常用W(100)表示，即:0～630.鉑電阻一般由直徑為0.05一0.07mm鉑絲繞在片形云母骨架上，鈾絲的引線采用銀線，引線用雙孔瓷絕緣套管絕緣。167鉑電阻一般由直徑為0.05一0.07mm鉑絲繞在片形云母骨鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)168鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)632．銅熱電阻

銅絲可用來制造-50~150℃范圍內(nèi)的工業(yè)用電阻溫度汁。在此溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高(a＝(4.25~4.28)×10-3／℃)．容易得到高純度材料，復(fù)制性能好。但銅易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介中的溫度測量。通常利用二項式計算測量的銅電阻值為:RT＝R0[1十a(chǎn)(T—T0)]1692．銅熱電阻

銅絲可用來制造-50~150℃范圍內(nèi)的工業(yè)用分度號GCu50Cu100Re()5350100R100/R01.425±0.0011.425±0.002精度等級ⅡⅢR0允許誤差（%）±0.1±0.1最大允許誤差（%）±（0.3×3.5）±（0.3×6.0）銅熱電阻技術(shù)特性表170分度號GCu50Cu1鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳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、靈敏度高的的電阻溫度計。其特點是容易氧化、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。目前應(yīng)用不多；171鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高，電阻率較熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般將電阻絲繞在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護套管。但骨架性能的好壞，影響其測量精度、體積大小和使用壽命。對骨架的要求是：電絕緣性能好；在高、低溫下有足夠的機械強度，在高溫下有足夠的剛度；體膨脹系數(shù)要小，在溫度變化后不結(jié)熱電阻絲造成壓力；不對電阻絲產(chǎn)生化學(xué)作用。172熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般將電阻絲繞在云母、石英、陶瓷、塑料二、測量電路電阻溫度計的測量電路員常用的是電橋電路，精度較高的是自動電橋。為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測量誤差，常采用三線和四線連接法。173二、測量電路電阻溫度計的測量電路員常用的是電橋電路，熱電阻測量電橋的三線連接法174熱電阻測量電橋的三線連接法69調(diào)零的Ra電位器的接觸電阻和檢流計串聯(lián)，這樣，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)。熱電阻測溫電橋的四線連接法175調(diào)零的Ra電位器的接觸電阻和檢流計串聯(lián)，這樣，接觸電阻的不穩(wěn)熱電阻式溫度計優(yōu)點：性能最穩(wěn)定，測量范圍廣、精度也高。特別是在低溫測量中得到廣泛的應(yīng)用。其缺點是需要輔助電源。熱容量大限制了它在動態(tài)測量中的應(yīng)用。

為避免熱電阻中流過電流的加熱效應(yīng)，在設(shè)計電橋時,要使流過熱電阻的電流盡量小，一般小于10mA．(????)176熱電阻式溫度計優(yōu)點：性能最穩(wěn)定，測量范圍廣、精度也高。特別是半導(dǎo)體熱敏電阻一般說來，半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻包括正溫度系數(shù)(PTC)、負溫度系數(shù)(NTC)、臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻等幾類。PTC熱敏電阻主要采用BaTiO3系列的材料，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消滋，各種電器設(shè)備的過熱保護，發(fā)熱源的定溫控制，也可以作為限流元件使用。177半導(dǎo)體熱敏電阻一般說來，半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)CTR熱敏電阻采用VO2系列等材料，在某個溫度值上電阻值急劇變化。其用途主要用作溫度開關(guān)。NTC熱敏電阻具有很高的負電阻溫度系數(shù)，特別適用于-100～300℃之間測溫。在點溫、表面溫度、溫差、溫場等測量中得到日益廣泛的應(yīng)用，同時也廣泛地應(yīng)用在自動控制及電子線路的熱補償線路中。178CTR熱敏電阻采用VO2系列等材料，在某個溫度值上電阻值急劇一、熱敏電阻的主要特性1．溫度特性熱敏電阻的基本特性是電阻與溫度之間的關(guān)系,其曲線是一條指數(shù)曲線，可用下式表示：

RT=AeB/TRT——溫度為T時的電阻值；A——與熱敏電阻尺寸、形式、以及它的半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；B——與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；T——熱敏電阻的絕對溫度。179一、熱敏電阻的主要特性1．溫度特性74已知T1、T2對應(yīng)的電阻為R1、R2一般?。篢1=20℃T2=100℃稱B為熱敏電阻常數(shù)。180已知T1、T2一般取：稱B為熱敏電阻常數(shù)。75熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時，電阻值的相對變化量，稱為熱敏電阻的溫度系數(shù)。即:代入R的導(dǎo)數(shù)及R值得熱敏電阻的電阻溫度級系數(shù)比金屬絲的高很多．所以它的靈敏度相當(dāng)高181熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時，電阻值的相對變化量2．伏—安特性在穩(wěn)態(tài)情況下．通過熱電阻的電流I與其兩端之間的電壓U的關(guān)系。稱為熱敏電阻的伏安持性。兩種情況：1.小電流（遵從歐姆定律）2.大電流1822．伏—安特性在穩(wěn)態(tài)情況下．通過熱電阻的電流I與其兩端之大電流