第2章 温度传感器

CHAPTER2温度传感器第2章温度传感器3课时CHAPTER2温度传感器学习目标和内容21温度传感器的基本知识基本概念分类22金属热电阻23热敏电阻24热电式温度传感器热电偶25温度熔断器26测量温度时的注意事项27温度传感器的实际应用28温度传感器在发动机排气上的应用通过学习,要求了解温度的基本概念和测量基本方法，掌握几种温度测量器件的结构、工作原理、特性,学会选用方法和技巧，熟悉在汽车上的应用。CHAPTER2温度传感器几款温度传感器温度传感器热电偶热电阻热敏电阻CHAPTER2温度传感器21温度传感器的基本知识一、温度的基本概念热平衡温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。分子物理学温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。能量温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。温标表示温度大小的尺度是温度的标尺。温度最本质的性质当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。测量方法接触式测温和非接触式测温热力学温标国际实用温标摄氏温标华氏温标国际上规定的温标CHAPTER2温度传感器1热力学温标如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点为27316，并以它的1/27316定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即T27316Q1/Q2。1848年威廉汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来的，故又称开尔文温标，用符号K表示。它是国际基本单位制之一。根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式Q1热源给予热机的传热量Q2热机传给冷源的传热量2121QQTTCHAPTER2温度传感器2国际实用温标为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标INTERNATIONALPRACTICALTEMPERATURESCALEOF1968简称IPTS68，又称国际温标。注意摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1K1。T0是在标准大气压下冰的融化温度，T027315K。水的三相点温度比冰点高出001K。1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用T表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度的1/27316，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为27316K，这是建立温标的惟一基准点。CHAPTER2温度传感器氢氧三相点沸点5436190188218798182962水三相点沸点27316373150011000锌凝固点6927341958银凝固点12350896193金凝固点133758106443物质三相点平衡状态温度T68/KT68/13817042208271022593125610825287246048沸点25/76ATM沸点沸点国际实用温标（IPTS68）的固定点CHAPTER2温度传感器3摄氏温标是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压即101325PA下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度摄氏度，一般用小写字母T表示。与热力学温标单位开尔文并用。摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下4华氏温标目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号用，它和摄氏温度的关系如下TT27315KTT27315M18N32N5/9M32CHAPTER2温度传感器二温度传感器的种类接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器的特点传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。CHAPTER2温度传感器1常用热电阻范围260850；精度0001。改进后可连续工作2000H，失效率小于1，使用期为10年。2管缆热电阻测温范围为20500，最高上限为1000，精度为05级。接触式温度传感器3陶瓷热电阻测量范围为200500，精度为03、015级。4超低温热电阻两种碳电阻，可分别测量2688253272927299的温度。5热敏电阻器适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。CHAPTER2温度传感器L辐射高温计用来测量1000以上高温。分四种光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。2光谱高温计前苏联研制的YCII型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为4006000,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。非接触式温度传感器3超声波温度传感器特点是响应快约为10MS左右，方向性强。目前国外有可测到5000的产品。4激光温度传感器适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000，专门用于核聚变研究。瑞士BROWABORER研究中心用激光温度传感器可测几千开K的高温。CHAPTER2温度传感器物理现象体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色PN结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BASRTIO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1气体温度计2玻璃制水银温度计3玻璃制有机液体温度计4双金属温度计5液体压力温度计6气体压力温度计1热铁氧体2FENICU合金CHAPTER2温度传感器热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分类特征传感器名称超高温用传感器1500以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器10001500光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器5001000光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0500低温用传感器2500极低温用传感器270250BASRTIO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容测温范围温度传感器分类1CHAPTER2温度传感器温度传感器分类2测定精度分类特征传感器名称测温范围宽、输出小测温电阻器、晶体管、热电偶、半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计线性型测温范围窄、输出大热敏电阻指数型函数开关型特性特定温度、输出大感温铁氧体、双金属温度计测温特性测定精度0105铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计温度标准用测定精度055热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值15CHAPTER2温度传感器此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。CHAPTER2温度传感器1超高温与超低温传感器，如3000以上和250以下的温度传感器。2提高温度传感器的精度和可靠性。3研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。5发展适应特殊测温要求的温度传感器。6发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。温度传感器的主要发展方向CHAPTER2温度传感器22金属热电阻温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。一、热电阻的特性CHAPTER2温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。由于纯金属本身的电阻值低，需要制成非常细的金属丝或薄膜。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。1铂电阻铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出输入特性接近线性。铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。铂电阻的电阻值与温度之间的关系100TCTBTAT1RRC0200BTAT1RRC6500320T20TA、B、C常数CHAPTER2温度传感器式中A、B、C常量2铜电阻铜在50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作铜电阻阻值与温度变化之间的关系3其他热电阻镍使用温度范围是50100和50150。但目前应用较少镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）铟电阻适宜在269258温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。锰电阻适宜在271210温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。碳电阻适宜在2732685温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。CHAPTER2温度传感器热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。你好二、热电阻的结构和类型CHAPTER2温度传感器感温元件结构普通（装配式）铂电阻CHAPTER2温度传感器铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。铠装式铂电阻CHAPTER2温度传感器薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。薄膜铂热电阻CHAPTER2温度传感器铂热电阻分度表CHAPTER2温度传感器三、热电阻的应用1、热电阻温度计R1R2R3R4RTR1R2通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。CHAPTER2温度传感器热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参数，主要特性和应用等。23半导体热敏电阻CHAPTER2温度传感器（一）热敏电阻的特点1电阻温度系数的范围甚宽有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大10100倍左右。2材料加工容易、性能好可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为02MM。3阻值在110M之间可供自由选择使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。一、热敏电阻的特点与分类4稳定性好商品化产品已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。据报道，在001的小温度范围内，其稳定性可达00002的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。5原料资源丰富，价格低廉烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。CHAPTER2温度传感器热敏电阻的种类很多，分类方法也不相同。按热敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为1PTC热敏电阻正温度系数,钛酸钡掺合稀土元素烧结而成用途彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。2CTR热敏电阻负温度系数,以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成用途温度开关。3NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数,主要由MN、CO、NI、FE、CU等过渡金属氧化物混合烧结而成应用点温、表面温度、温差、温场等测量自动控制及电子线路的热补偿线路（二）热敏电阻的分类CHAPTER2温度传感器二、热敏电阻的基本参数标称电阻值RH在环境温度为2502时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗散系数H指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为MW/；热容量C热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。时间常数温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T的介质中，热敏电阻的温度增量T063TT0时所需的时间。额定功率PE在标准压力（750MMHG）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率100/HGHC/CHAPTER2温度传感器（一）NTC型热敏电阻温度特性（RTT）1234铂丝40601201600100101102103104105106RT/温度T/C电阻温度特性曲线1NTC；2CTR；34PTC三、热敏电阻器主要特性在较小的温度范围内，电阻温度特性00273127310110TTBTTBTERERR式中RT,R0热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值；T0,T介质的起始温度和变化温度（K）；T0,T介质的起始温度和变化温度（）；B热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。0011LNTTRRBT21TBDTDRRTTB和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量CHAPTER2温度传感器伏安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系，当流过热敏电阻的电流很小时不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件周围介质温度及散热条件有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。CHAPTER2温度传感器四热敏电阻的结构构成热敏探头、引线、壳体二端和三端器件为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件旁热式CHAPTER2温度传感器测表面电阻用的热敏电阻器安装方法ABCDEFGH油测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式CHAPTER2温度传感器123412345IR/MAU/VURIT0RURIT1RURIT2RURIT0R0URIT1R1URIT2R2IT0IT1IT2自热电桥测量温线路热敏电阻测温电桥MAIRRURERRUTCHAPTER2温度传感器温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿热电偶的选择、安装使用和校验24热电偶传感器CHAPTER2温度传感器热电效应将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（SEEBACK）发现,所以又称西拜克效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。BAABNNEKTTELNABTT0K玻耳兹曼常数，E电子电荷量，T接触处的温度，NA，NB分别为导体A和B的自由电子密度。BAABNNEKTTELN00一、热电偶工作原理CHAPTER2温度传感器1接触电势ABTEABTBAABNNEKTTELNEABT导体A、B结点在温度T时形成的接触电动势；E单位电荷，E161019C；K波尔兹曼常数，K1381023J/K；NA、NB导体A、B在温度为T时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。CHAPTER2温度传感器AEAT,TOTOTEAT，T0导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的2V/。2温差电势DTTTETTAA0,0温差电势原理图CHAPTER2温度传感器由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势BTATNNEKTLN00LN0BTATNNEKTDTTTBA03回路总电势,0000TTETTETETETTEBAABABABNAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A、B导体A和B的汤姆逊系数。CHAPTER2温度传感器根据电磁场理论得EABT,T0EABTEABT0FTCGT由于NA、NB是温度的单值函数DTNNEKTTETTBAAB0LN,0在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得EABT,T0EABTEABT0EABTEAB0EABTEABT0EABT，0EABT0，0热电偶的热电势，等于两端温度分别为T和零度以及T0和零度的热电势之差。CHAPTER2温度传感器导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EABT0常数，则回路热电势EABT，T0就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体或半导体才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，LNNA/NB0，也即EABT，T00。结论4点CHAPTER2温度传感器2中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V3参考电极定律两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得,000TTETTETTECBACABABTT0ACTT0CBTT0CHAPTER2温度传感器由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。E总EAB（T）EBC（T）ECA（T）0三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2）中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则TT0二、热电偶回路的性质1均质导体定律CHAPTER2温度传感器两点结论L）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图A中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图B中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为T2T1AABC23EABAAT023ABEABT1T2CT0EAB（T1,T2）EAB（T1）EAB（T2）ABT0T0EABT1,T2EABT1EAB（T2）第三种材料接入热电偶回路图CHAPTER2温度传感器ET0T0TET0T1T1T根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。CHAPTER2温度传感器EAB（T,T0）EAC（T,T0）ECB（T,T0）2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为CHAPTER2温度传感器3中间温度定律如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2如图所示时,则其热电势为EABT1,T2；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EABT2,T3；当接点温度为T1、T3时，其热电势为EABT1,T3，则BBAT2T1T3AABEAB（T1,T3）EAB（T1,T2）EAB（T2,T3）CHAPTER2温度传感器EAB（T1,T3）EAB（T1,0）EAB（0,T3）EAB（T1,0）EAB（T3,0）EAB（T1）EAB（T3）ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿导线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T20时，则只要T1、T0不变，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EABEABT1EABT0说明当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B如图即引入所谓补偿导线时，当EAAT2EBBT2，则回路总电动势为CHAPTER2温度传感器热电偶材料应满足物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产。三、热电偶的常用材料与结构CHAPTER2温度传感器1铂铂铑热电偶S型分度号LB3工业用热电偶丝05MM，实验室用可更细些。正极铂铑合金丝,用90铂和10铑重量比冶炼而成。负极铂丝。测量温度长期1300、短期1600。特点材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶或基准热电偶。用途实验室或校验其它热电偶。测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。在高温还原性气体中（如气体中含CO、H2等）易被侵蚀，需要用保护套管。材料属贵金属，成本较高。热电势较弱。1热电偶常用材料CHAPTER2温度传感器2镍铬镍硅镍铝热电偶K型分度号EU2工业用热电偶丝1225MM，实验室用可细些。正极镍铬合金用884897镍、910铬，06硅，03锰，0407钴冶炼而成。负极镍硅合金用95797镍,23硅,0407钴冶炼而成。测量温度长期1000，短期1300。特点价格比较便宜，在工业上广泛应用。高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。CHAPTER2温度传感器3镍铬考铜热电偶E型分度号为EA2工业用热电偶丝122MM，实验室用可更细些。正极镍铬合金负极考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度长期600，短期800。特点价格比较便宜，工业上广泛应用。在常用热电偶中它产生的热电势最大。气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。CHAPTER2温度传感器4铂铑30铂铑6热电偶B型分度号为LL2正极铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度长期可到1600，短期可达1800。特点材料性能稳定，测量精度高。还原性气体中易被侵蚀。低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。成本高。CHAPTER2温度传感器几种持殊用途的热电偶（1）铱和铱合金热电偶如铱50铑铱10钌热电偶它能在氧化气氛中测量高达2100的高温。（2）钨铼热电偶是60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。国产钨铼钨铼20热电偶使用温度范围3002000分度精度为1。（3）金铁镍铬热电偶主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。（4）钯铂铱15热电偶是一种高输出性能的热电偶，在1398时的热电势为47255MV，比铂铂铑10热电偶在同样温度下的热电势高出3倍，因而可配用灵敏度较低的指示仪表，常应用于航空工业。（6）铜康铜热电偶，分度号MK热电偶的热电势略高于镍铬镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精度高，价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。（5）铁康铜热电偶，分度号TK灵敏度高，约为53V/，线性度好，价格便宜，可在800以下的还原介质中使用。主要缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗锈蚀能力。CHAPTER2温度传感器1）工业用热电偶下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝12342常用热电偶的结构类型CHAPTER2温度传感器ABCD1322）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型化（直径从12MM到025MM）、寿命、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。图3212铠装式热电偶断面结构示意图1金属套管2绝缘材料3热电极A碰底型B不碰底型C露头型D帽型CHAPTER2温度传感器3快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄0010LM4123快速反应薄膜热电偶1热电极2热接点3绝缘基板4引出线因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁镍、铁康铜和铜康铜三种,尺寸为60602MM绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300以下；反应时间仅为几MS。CHAPTER2温度传感器4快速消耗微型热电偶下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为0050LMM的铂铑10一铂铑30热电偶装在U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要注意它的动态标定，测量精度可达土57。1423567891110快速消耗微型1刚帽；2石英；3纸环；4绝热泥；5冷端；6棉花；7绝缘纸管；8补偿导线；9套管；10塑料插座；11簧片与引出线CHAPTER2温度传感器方法冰点槽法计算修正法补正系数法零点迁移法冷端补偿器法软件处理法原因热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。四、冷端处理及补偿CHAPTER2温度传感器把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T00。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。MVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T01冰点槽法CHAPTER2温度传感器2计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例用铜康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EABT，TH1999MV，又用室温计测出TH21,查此种热电偶的分度表可知，EAB21,00832MV，故得EABT，0EABT，21EAB21，T0199908322831MV再次查分度表，与2831MV对应的热端温度T68。注意既不能只按1999MV查表，认为T49，也不能把49加上21，认为T70。EABT,T0EABT,THEABTH,T0CHAPTER2温度传感器3补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数K，加到由EABT，TH查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即式中T为未知的被测温度；T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH室温；K为补正系数，其它参数见下表。例用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH35，这时热电动势为11348MV查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T1150。再从下表中查出，对应于1150的补正系数K053。于是，被测温度T11500533511683（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于014。TTKTHCHAPTER2温度传感器温度T/补正系数K铂铑10铂S镍铬镍硅（K）1000821002000721003000690984000660985000631006000620967000601008000591009000561001000055107110005311112000531300052140005215000531600053热电偶补正系数CHAPTER2温度传感器例用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度TTH时，才能使EABT,TH0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。4零点迁移法应用领域如果冷端不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。实质在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EABTH,0是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。CHAPTER2温度传感器5冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3锰铜丝绕制、RCU铜丝绕制四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡R1R2R3RCU，此时UAB0，电桥对仪表读数无影响。冷端补偿器的作用注意桥臂RCU必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。MVEABT,T0T0T0TABABUUABRCUR1R2R3RT0UAUABEABT,T0供电4V直流，在040或2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。CHAPTER2温度传感器6软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。对于T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。CHAPTER2温度传感器1热电偶的选择、安装使用热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，图3217是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可图3217热电偶安装图通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。五、热电偶的选择、安装使用和校验CHAPTER2温度传感器热电偶分度号校验温度/热电偶允许偏差/温度偏差温度偏差LB3600，800，1000，1200060024600占所测热