溫度檢測方法

關(guān)于溫度檢測方法1第1頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2本章課件是在吉林大學(xué)王君的課件基礎(chǔ)上修改而成。第2頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月3第一節(jié)概論

溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。在2000多年前，就開始為檢測溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測溫度。人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程,溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。第3頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月4

一、溫度的基本概念熱力學(xué)溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)第4頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月5如果在式中再規(guī)定一個(gè)條件,就可以通過卡諾循環(huán)中的傳熱量來完全地確定溫標(biāo)。1954年，國際計(jì)量會(huì)議選定水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的1/273.16定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即T=273.16(Q1/Q2)。1848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開爾文總結(jié)出來的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。它是國際基本單位制之一。根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度T1的熱源與溫度為T2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式1．熱力學(xué)溫標(biāo)Q1——熱源給予熱機(jī)的傳熱量

Q2——熱機(jī)傳給冷源的傳熱量第5頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月6為解決國際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問題，國際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國際實(shí)用溫標(biāo)InternationalPracticalTemperatureScaleof1968(簡稱IPTS-68)，又稱國際溫標(biāo)。2．國際實(shí)用溫標(biāo)注意：攝氏溫度的分度值與開氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1℃。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度，T0=273.15K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01K。1968年國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。第6頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月7氫氧三相點(diǎn)沸點(diǎn)54.36190.188-218.798-182.962水三相點(diǎn)沸點(diǎn)273.16373.150.01100.0鋅凝固點(diǎn)692.73419.58銀凝固點(diǎn)1235.08961.93金凝固點(diǎn)1337.581064.43物質(zhì)三相點(diǎn)平衡狀態(tài)溫度T68/KT68/℃13.817.04220.827.102-259.31-256.108-252.87-246.048沸點(diǎn)25/76atm沸點(diǎn)沸點(diǎn)國際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn)第7頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月8四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器①低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K—273.15K）；②鉑電阻溫度計(jì)（273.15K—903.89K）；③鉑銠-鉑熱電偶溫度計(jì)（903.89K—1337.58K）；④光測溫度計(jì)（1337.58K以上）。國際實(shí)用開爾文溫度與國際實(shí)用攝氏溫度分別用符號(hào)T68和t68來區(qū)別（一般簡寫為T與t）。第8頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月93．?dāng)z氏溫標(biāo)是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份，每一等份稱為攝氏一度(攝氏度，℃)，一般用小寫字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用。攝氏溫標(biāo)與國際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4．華氏溫標(biāo)目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號(hào)用℉，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃第9頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月10

二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類第10頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月11物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金第11頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月12熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容

測溫范圍溫度傳感器分類(1)第12頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月13分類特征傳感器名稱測溫范圍寬、輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型測溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì)

測溫特性溫度傳感器分類(2)第13頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月14分類特征傳感器名稱測定精度±0.1～±0.5℃鉑測溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)用測定精度±0.5～±5℃熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅絕對值測定用管理溫度測定用相對值±1～±5℃

測定精度溫度傳感器分類(3)第14頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月15公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度傳感器。三、溫度傳感器的發(fā)展概況第15頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月16

1．超高溫與超低溫傳感器，如+3000℃以上和–250℃以下的溫度傳感器。

2．提高溫度傳感器的精度和可靠性，特別是測量速度。

3．研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器。

5．發(fā)展適應(yīng)特殊測溫要求的溫度傳感器。

6．發(fā)展數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的溫度傳感器。

溫度傳感器的主要發(fā)展方向第16頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月17溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。第二節(jié)熱電偶溫度傳感器★熱電偶的工作原理★熱電偶回路的性質(zhì)★熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)★冷端處理及補(bǔ)償★熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)第17頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月18兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB

一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱端冷端第18頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月191.接觸電勢接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。第19頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月20AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；T，T0——高低端的絕對溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢溫差電勢原理圖第20頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月21由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢和兩個(gè)溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。第21頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月22根據(jù)電磁場理論得結(jié)論(4點(diǎn))：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=f(T)-C=g(T)由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成分度表，以供備查。由公式可得：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)]=EAB(T，0)-EAB(T0，0)

熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為T和零度以及T0和零度的熱電勢之差。第22頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月23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EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。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)才能有熱電勢產(chǎn)生。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)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)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)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。第23頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月24對于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T2、

…、Tn

，冷端溫度為零度的熱電勢。其熱電勢為

E=EAB（T1）+EBC（T2）+…+ENA（Tn）

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢)；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。

二、熱電偶回路的性質(zhì)1.均質(zhì)導(dǎo)體定律第24頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月25

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則第25頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月26兩點(diǎn)結(jié)論：

l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖第26頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月27思考中間導(dǎo)體定律非常重要，否則無法使用熱電偶！為了測量熱電勢，必須斷開熱電偶閉合回路，接入電表及其它電路。有影響嗎？ET0T0TET0T1T1T第27頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月28ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，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)影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。

第28頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月29

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）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：第29頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月303.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,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢為EAB(T1,T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T2,T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T1,T3)，則BBAT2T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）第30頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月31EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動(dòng)勢為第31頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月32練習(xí)某個(gè)鉑銠－鉑熱電偶（S型）輸出為10.000mv，而其冷端（參考端）溫度為25oC，則其工作端的被測溫度是多少？（分度表見教材P114）第32頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月33熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時(shí)不被腐蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)第33頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月34

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號(hào)LB—3工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。（一）熱電偶常用材料第34頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月35

2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)分度號(hào)EU—2工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。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。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。第35頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月363．鎳鉻—考銅熱電偶(E型)

分度號(hào)為EA—2工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。第36頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月374．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號(hào)為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在50℃以下可不加補(bǔ)償。成本高。第37頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月38幾種持殊用途的熱電偶（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠—銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達(dá)2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕迹墒褂迷谡婵斩栊詺怏w介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）金鐵—鎳鉻熱電偶主要用在低溫測量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀—鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時(shí)的熱電勢為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。第38頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月39（6）銅—康銅熱電偶，分度號(hào)MK

熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。（5）鐵—康銅熱電偶，分度號(hào)TK

靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價(jià)格便宜，可在800℃以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。第39頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月40

（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型

1．工業(yè)用熱電偶

下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。工業(yè)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40頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月41(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。

測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型第41頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月423．快速反應(yīng)薄膜熱電偶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裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種,尺寸為60×6×0.2mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。第42頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月43

4．快速消耗微型熱電偶下圖為一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測量精度可達(dá)土5～7℃。1423567891110快速消耗微型1—?jiǎng)偯保?—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線第43頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月44方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。第44頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月451.冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。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，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T0第45頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月462.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動(dòng)勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第46頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月473.補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達(dá)即

式中：T——為未知的被測溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個(gè)溫度；TH——室溫；k——為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例用鉑銠10－鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時(shí)熱電動(dòng)勢為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。T＝

T′＋

kTH第47頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月48溫度T′/℃補(bǔ)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(bǔ)正系數(shù)第48頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月49例用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動(dòng)勢為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。4.零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。實(shí)質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。第49頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月505.冷端補(bǔ)償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。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++-abUUabRCuR1R2R3RT0UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。第50頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月516.軟件處理法對于計(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0℃的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。對于T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把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，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。第51頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月521.熱電偶的選擇、安裝使用熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時(shí)間長短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17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。另外也可圖3.2-17熱電偶安裝圖通過與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)第52頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月53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LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%2.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)行對比，誤差超過規(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，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差第53頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月5478564321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-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管第54頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月55

熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。

第三節(jié)熱敏電阻溫度傳感器第55頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月56（一）熱敏電阻的特點(diǎn)

1．電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好

可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。

3．阻值在1～10M之間可供自由選擇

使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)距離測溫和控溫使用。

一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類第56頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月574．穩(wěn)定性好

商品化產(chǎn)品已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。據(jù)報(bào)道，在0.01℃的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002℃的精度。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。

5．原料資源豐富，價(jià)格低廉

燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。第57頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月58

熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為：

1．正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱PTC熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。

2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱NTC熱敏電阻器。它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。

3．突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。

（二）熱敏電阻的分類

第58頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月59熱敏電阻材料的分類（1）大分類小分類代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體

、無缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體

、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧化物燒結(jié)體、還原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物濺射SiC薄膜玻璃Ge、Fe、V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、（As2Se3）0.8、（Sb2SeI）0.2有機(jī)物芳香族化合物聚酰亞釉表面活性添加劑液體電解質(zhì)溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系第59頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月60熱敏電阻材料的分類（2）PTC無機(jī)物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3燒結(jié)體有機(jī)物石墨系有機(jī)物石墨、塑料石臘、聚乙烯、石墨液體三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR

V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3單晶V、P、（Ba·Sr）氧化物Ag2S–CuS大分類小分類代表例子第60頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月611.標(biāo)稱電阻R25（冷阻）標(biāo)稱電阻值是熱敏電阻在25±0.2℃時(shí)的阻值。

二、熱敏電阻的基本參數(shù)2.材料常數(shù)BN是表征負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器材料的物理特性常數(shù)。BN值決定于材料的激活能?E,具有BN=?E／2k的函數(shù)關(guān)系，式中k為波爾茲曼常數(shù)。一般BN值越大，則電阻值越大，絕對靈敏度越高。在工作溫度范圍內(nèi)，BN值并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。3.電阻溫度系數(shù)（%/℃）熱敏電阻的溫度變化1℃時(shí)電阻值的變化率。4.耗散系數(shù)H熱敏電阻器溫度變化1℃所耗散的功率變化量。在工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),H值隨之變化,其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。第61頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月626.最高工作溫度Tmax熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度：T0—環(huán)境溫度；PE—環(huán)境溫度為T0時(shí)的額定功率；H—耗散系數(shù)7.最低工作溫度Tmin熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。8.轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。5.時(shí)間常數(shù)τ熱敏電阻器在零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的63.2％所需的時(shí)間。它與熱容量C和耗散系數(shù)H之間的關(guān)系第62頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月639.額定功率PE熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下,它自身溫度不應(yīng)超過Tmax。10.測量功率P0熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測量電流加熱而引起的電阻值變化不超過0.1％時(shí)所消耗的功率11.工作點(diǎn)電阻RG在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。12.工作點(diǎn)耗散功率PG電阻值達(dá)到RG時(shí)所消耗的功率。UG——電阻器達(dá)到熱平衡時(shí)的端電壓。第63頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月6413.功率靈敏度KG熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率lmW時(shí)所引起電阻的變化，即：在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。14.穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱敏電阻器的主要參數(shù)變化率來表示。最常用的是以電阻值的年變化率或?qū)?yīng)的溫度變化率來表示。KG＝R/P15.熱電阻值RH指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過給定的工作電流時(shí),電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。16.加熱器電阻值Rr指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。第64頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月6518.標(biāo)稱工作電流I指在環(huán)境溫度25℃時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。19.標(biāo)稱電壓

它是穩(wěn)壓熱敏電阻器在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對應(yīng)的電壓值。20.元件尺寸指熱敏電阻器的截面積A、電極間距離L和直徑d。

17.最大加熱電流Imax指旁熱式熱敏電阻器上允許通過的最大電流。第65頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月66（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

1234鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；

3-4PTC三、熱敏電阻器主要特性ρT—T與RT—T特性曲線一致。第66頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月67RT、RT0——溫度為T、T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值；

BN——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450℃），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。1負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性NTC的電阻—溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則上式是一條斜率為BN

，通過點(diǎn)(1/T，lnRT)的一條直線,如圖。第67頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月68105104103102

0-101030507085100120T/oC電阻/ΩNTC熱敏電阻器的電阻--溫度曲線材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT–1/T表示負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻—溫度特性，在實(shí)際應(yīng)用中比較方便。第68頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月69為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25℃作為參考溫度（即T0=25℃），則NTC熱敏電阻器的電阻—溫度關(guān)系式：RT/R25——BN關(guān)系如下表。02550751001250.511.522.533.5(25oC,1)RT/RT0--T特性曲線RT/R25T第69頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月70某熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系第70頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月71RT／R25～BN系數(shù)表RT／R25BNR50／R2522002600280030003200340036003800400050000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.1940.1760.1600.1460.0920.2270.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.007R0／R25R75／R25R-20／R25R150／R25R100／R25第71頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月722.正電阻溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的電阻—溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，典型特性曲線如圖10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩPTC熱敏電阻器的電阻—溫度曲線T/oC電阻/ΩTp1Tp2Tc=175oC第72頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月73PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻—溫度曲線上有兩個(gè)拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的溫度系數(shù)αtp

。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻—溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中RT、RT0——溫度分別為T、T0時(shí)的電阻值；

BP——正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。若對上式取對數(shù)，則得：以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。第73頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月74

）可見：正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)αtp

，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。lnRr1lnRr2BPβmRBP=tgβ=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRT~T表示的PTC熱敏電阻器電阻—溫度曲線lnRrT若對上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)αtp第74頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月75αβabcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性（二）熱敏電阻器的伏安特性（U—I）熱敏電阻器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1.負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)U—I曲線。熱敏電阻的端電壓UT和通過它的電流I有如下關(guān)系：T0——環(huán)境溫度；△T——熱敏電阻的溫升。第75頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月76曲線見下圖，它與NTC熱敏電阻器一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^電阻器電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。當(dāng)熱敏電阻器溫度超過環(huán)境溫度時(shí)，引起電阻值增大，曲線開始彎曲。

104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2．正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的伏安特性

當(dāng)電壓增至Um時(shí)，存在一個(gè)電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。第76頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月77(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)65432112D0.2~0.5A型B型(j)溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭

1—熱敏電阻；2—鉑絲；3—銀焊；4—釷鎂絲；5—絕緣柱；6—玻璃四、熱敏電阻器的應(yīng)用1、各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)第77頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月782、

測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法

圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)油測量物體表面溫度時(shí)熱敏電阻器的安裝方式第78頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月79123412345Ir/mAU/VUR=IT0RUR=IT1RUR=IT2RUR=IT0R0UR=IT1R1UR=IT2R2IT0IT1IT2自熱電橋測量溫線路3、

熱敏電阻測溫電橋

mAIrRURERrUT第79頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月80自熱電橋及其等效電路RTR5R6R3(R1)En+

－+

－U2UTRITEURRr(a)(b)(c)R1EnAR1R2R4R3U’+

－第80頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月81設(shè)計(jì)原理：利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性。優(yōu)點(diǎn)：輸出線性好、測量精度高,傳感驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封裝后的組件體積非常小,使用方便,價(jià)格便宜,故在測溫技術(shù)中越來越得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)簡要介紹IC溫度傳感器的類型、基本原理、主要特性及其應(yīng)用等有關(guān)問題。第四節(jié)IC溫度傳感器

第81頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月82一、IC溫度傳感器的分類電壓型IC溫度傳感器；電流型IC溫度傳感器，數(shù)字輸出型IC溫度傳感器。電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上,再通過激光修版微加工技術(shù),制造出性能優(yōu)良的測溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學(xué)溫度，即1μA/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)10MΩ。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10mV／℃；另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長線傳輸。這類IC溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量。第82頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月83

電流型IC溫度傳感器的測溫原理，是基于晶體管的PN結(jié)隨溫度變化而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象研制的。眾所周知，晶體管PN結(jié)的這種溫漂，會(huì)給電路的調(diào)整帶來極大的麻煩。但是，利用PN結(jié)的溫漂特性來測量溫度，可研制成半導(dǎo)體溫度傳感元件。IC溫度傳感器就是依據(jù)半導(dǎo)體的溫漂特性，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)而制造出來的集成化線性較好的溫度傳感器件。利用電流I與Tk的正比關(guān)系，通過電流的變化來測量溫度的大小。二、IC溫度傳感器的測溫原理第83頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月84（一）電壓輸出型集成溫度傳感器AN6701S是日本松下公司生產(chǎn)的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個(gè)引腳，三種連線方式：(a)正電源供電，(b)負(fù)電源供電，(c)輸出極性反相。電阻RC用來調(diào)整25℃下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在3~30kΩ范圍內(nèi)。這時(shí)靈敏度可達(dá)109~110mV/℃，在-10~80℃范圍內(nèi)基本誤差不±1℃。輸出AN6701(a)1243RC5~15VAN6701輸出(c)10kΩRC31245~15V

-+∞+100kΩ10kΩ100kΩAN6701(b)213輸出4－5~－15VRC三、IC溫度傳感器的主要特性第84頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月85輸出電壓/V024681012－20020406080RC=100kΩRC=10kΩRC=1kΩ溫度/oCAN6701S的輸入特性在-10~80℃范圍內(nèi)，RC的值與輸出特性的關(guān)系如下圖。AN6701S有很好的線性，非線性誤差不超過0.5%。若在25℃時(shí)借助RC將輸出電壓調(diào)整到5V，則RC的值約在3~30kΩ間，相應(yīng)的靈敏度為109~110mV/℃。校準(zhǔn)后，在-10~80℃范圍內(nèi)，基本誤差不超過±1℃。這種集成傳感器在靜止空氣中的時(shí)間常數(shù)為24s，在流動(dòng)空氣中為11s。電源電壓在5~15V間變化，所引起的測溫誤差一般不超過±2℃。整個(gè)集成電路的電流值一般為0.4mA，最大不超過0.8mA（RL=∞時(shí)）。第85頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月86（二）電流型溫度傳感器1．伏安特性工作電壓：4V～30V，I為一恒流值輸出，I∝Tk，即KT——標(biāo)定因子，AD590的標(biāo)定因子為1μA/℃I=KT·TK

4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲線-55℃+25℃+150℃218298423第86頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月87第87頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月88

－550150273.2μAI/μATC/oCAD590溫度特性曲線2．溫度特性其溫度特性曲線函數(shù)是以Tk為變量的n階多項(xiàng)式之和，省略非線性項(xiàng)后則有:Tc——攝氏溫度；I的單位為μA。

可見，當(dāng)溫度為0℃時(shí)，輸出電流為273.2μA。在常溫25℃時(shí)，標(biāo)定輸出電流為298.2μA。I=KT·Tc＋273.2第88頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月893．AD590的非線性150－55△T/oC0.3－0.30在實(shí)際應(yīng)用中，ΔT通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償校正，使測溫精度達(dá)±0.1℃。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當(dāng)電源電壓由＋5V向＋10V變化時(shí)，其電流變化僅為0.2μA/V。長時(shí)間漂移最大為±0.1℃，反向基極漏電流小于10pA。–55℃～100℃，ΔT遞增，100℃～150℃則是遞降。ΔT最大可達(dá)±3℃，最小ΔT＜0.3℃，按檔級(jí)分等。T/oCAD590非線性誤差曲線第89頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月90美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820，可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列號(hào)，所以在一條總線上可掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。（三）數(shù)字輸出型IC溫度傳感器目前已被改進(jìn)型DS18B20所取代第90頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月91

１、DS1820的特性

單線接口：僅需一根口線與MCU連接；

無需外圍元件；

由總線提供電源；

測溫范圍為-55℃～125℃，精度為0.5℃；

九位溫度讀數(shù)；

A/D變換時(shí)間為200ms；

用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報(bào)警值，且能夠識(shí)別具體報(bào)警傳感器。

第91頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月92DS1820123GNDI/OVDD(a)PR—35封裝

DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封裝NCNCNCNCVDDNC2、DS1820引腳及功能

GND：地；

VDD：電源電壓

I/O：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)第92頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月93

3、DS1820的工作原理圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。存儲(chǔ)器控制邏輯64bitROM和單線接口電源檢測溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器8位CRC觸發(fā)器存儲(chǔ)器DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第93頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月94寄生電源由兩個(gè)二極管和寄生電容組成。電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電時(shí),電源端接地，器件從總線上獲取電源。在I/O線呈低電平時(shí)，改由寄生電容上的電壓繼續(xù)向器件供電。寄生電源兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：檢測遠(yuǎn)程溫度時(shí)無需本地電源；缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源,則通過二極管向器件供電。(1)寄生電源第94頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月95DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f.當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS1820對f0計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號(hào)點(diǎn)1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，表3.4-1給出了DS1820溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系。第95頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月96溫度/℃輸出的二進(jìn)制碼對應(yīng)的十六進(jìn)制碼+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H000000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820溫度與數(shù)字量對應(yīng)關(guān)系表

第96頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月97溫度測量電路斜率累加器計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振=0=0預(yù)置溫度寄存器預(yù)置比較停止置位/清零加1(2)溫度測量原理DS1820測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)，如圖。第97頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月98工作原理簡單表達(dá)一塊標(biāo)準(zhǔn)晶體通過反饋控制，始終以25oC時(shí)的固有頻率振蕩，另一塊測量晶體也以其固有頻率振蕩，但它的固有頻率受被測溫度影響；測出這兩者頻率差，即知被測溫度。第98頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月9964位ROM的結(jié)構(gòu)如下：

開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)（DS1820為10H），接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS1820可以采用一線進(jìn)行通信的原因。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表所列指

令說

明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號(hào)匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用于多個(gè)DS1820時(shí)定位跳過ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備報(bào)警搜索（ECH）僅溫度越限的器件對此命令作出響應(yīng)(3)64位激光ROM第99頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月100由便箋式RAM和非易失性電擦寫EERAM組成，后者用于存儲(chǔ)TH、TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給EERAM。便箋式RAM占9個(gè)字節(jié)，包括溫度信息（第1、2字節(jié)）、TH和TL值（3、4字節(jié)）、計(jì)數(shù)寄存器（7、8字節(jié)）、CRC（第9字節(jié)）等，第5、6字節(jié)不用。暫存器的命令共6條，見表3.4-3所列。在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算：

Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD(4)高速暫存器第100頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月101

DS1820存貯控制命令指

令說

明溫度轉(zhuǎn)換（44H）啟動(dòng)在線DS1820做溫度A/D轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)（BEH）從高速暫存器讀9bits溫度值和CRC值寫數(shù)據(jù)（4EH）將數(shù)據(jù)寫入高速暫存器的第0和第1字節(jié)中復(fù)制（48H）將高速暫存器中第2和第3字節(jié)復(fù)制到EERAM讀EERAM（B8H）將EERAM內(nèi)容寫入高速暫存器中第2和第3字節(jié)讀