第2章温度传感器

1、第第2章章 温度传感器温度传感器 2.1 温度测量概述温度测量概述 2.2 热电偶传感器热电偶传感器 2.3 热电阻式传感器热电阻式传感器 2.4 集成温度传感器集成温度传感器 2.5 其他温度传感器其他温度传感器 2.6 综合应用技能实训综合应用技能实训 通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、分类和 发展趋势；掌握热电偶三定律及相关计算；掌握热敏电 阻不同类型的特点及应用场合；掌握集成温度传感器使 用方法；了解其他温度传感器工作原理。 温度传感器是实现温度检测和控制的重温度传感器是实现温度检测和控制的重 要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感 器是应

2、用器是应用最广泛最广泛、发展、发展最快最快的传感器之一。的传感器之一。 工业生产自动化流程，温度测量点要占全部工业生产自动化流程，温度测量点要占全部 测量点的一半左右。测量点的一半左右。 温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。 温度标志着温度标志着 物质内部大量分物质内部大量分 子无规则运动的子无规则运动的 剧烈程度。温度剧烈程度。温度 越高，表示物体越高，表示物体 内部分子热运动内部分子热运动 越剧烈。越剧烈。 模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！子在高温时的运动速度比低温时快！ 低温低温 高温高

3、温 2.1.1 温度测量温度测量 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，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。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，非

4、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。的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。 2.1 温度测量概述温度测量概述 u 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； u 蒸气压的温度变化；蒸气压的温度变化； u 电极的温度变化电极的温度变化 u 热电偶产生的电动势；热电偶产生

5、的电动势； u 光电效应光电效应 u 热电效应热电效应 u 介电常数、导磁率的温度变化；介电常数、导磁率的温度变化； u 物质的变色、融解；物质的变色、融解； u 强性振动温度变化；强性振动温度变化； u 热放射；热放射； u 热噪声。热噪声。 温度传感器的物理原理 物物 理理 现现 象象 体积热膨胀体积热膨胀 电阻变化电阻变化 温差电现象温差电现象 导磁率变化导磁率变化 电容变化电容变化 压电效应压电效应 超声波传播速度变化超声波传播速度变化 物质物质 颜色颜色 PN结电动势结电动势 晶体管特性变化晶体管特性变化 可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化 热、光辐射热、光辐射 种种 类类 铂测温

6、电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻 热电偶热电偶 BaSrTiO3陶瓷陶瓷 石英晶体振动器石英晶体振动器 超声波温度计超声波温度计 示温涂料示温涂料 液晶液晶 半导体二极管半导体二极管 晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器 可控硅可控硅 辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温计光学高温计 1.气体温度计气体温度计 2. 玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计 3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计双金属温度计 5.液体压力温度计液体压力温度计 6. 气体压力温度计气体压力温度计 1热铁氧体热铁氧体 2Fe-Ni-Cu合金合金 此外，还有微波测温温度传感

7、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。 公元公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年年，伽里略研制出气体温度计。一百年 后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业 技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动 式元件、双金属式温度传感器。式元件、双金属式温度传感器。1950年以后，相继研年以后，相继研 制成半导体热

8、敏电阻器。最近，随着原材料、加工技制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技 术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。 温度传感器的发展概况 示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案装满热水后图案 变得清晰可辨变得清晰可辨 变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用 CPU散散 热风扇热风扇 低温时显示低温时显示 蓝色蓝色 温度升高后变为红色温度升高后变为红色 体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，耐用；不需要电源，耐用； 但感温部件体积较大。但感温部件体积较大。 气体的体积与气体的体积与 热

9、力学温度成正比热力学温度成正比 红外温度计红外温度计 2.1.2 温标温标 热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。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。的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况 的物理量。的物理量。 温标：温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。表示温度大小的尺度是温度的标尺。 1848年威廉年威廉汤姆首先提出以热力学第二定律为基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

10、的热力学础，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，温标。因是开尔文总结出来的，故又称开尔文温标， 用符号用符号K表示。它是国际基本单位制之一。表示。它是国际基本单位制之一。 1 1热力学温标热力学温标 2 2国际实用温标国际实用温标 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，年国际实用温标规定热力学温度是基本温度， 用用t表示，其单位是开尔文，符号为表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水定义为水 三相点热力学温度的三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水，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

11、温标在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标 规定三相点温度为规定三相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基，这是建立温标的惟一基 准点。准点。 3 3摄氏温标摄氏温标 是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大 气压气压(即即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个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等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，摄氏度，)，一般用小，一般用小 写字母写字母 t 表示。与热力学温标单位开尔文并用。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：摄氏

12、温标与国际实用温标温度之间的关系如下： 4 4华氏温标华氏温标 目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融 点为点为32华氏度，水的沸点为华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为华氏度，中间等分为 180份，每一等份称为华氏一度，符号用份，每一等份称为华氏一度，符号用 ，它和摄，它和摄 氏温度的关系如下：氏温度的关系如下： T= t+273.15 Kt =T-273.15 m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) 几种温标的对比几种温标的对比 正常体温正常体温 为为37 C C ， 相当于华相当于华 氏温度多氏温度多 少度？少度？ 2.2 热电

13、偶传感器热电偶传感器 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。热电偶在温度的测量中应用十分广泛。 它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且 有较高的精确度和稳定性。有较高的精确度和稳定性。 2.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理 1. 1.热电效应热电效应 两种不同材料的导体组成一个闭合回路两种不同材料的导体组成一个闭合回路 时，若两接点温度不同，则在该回路中会产时，若两接点温度不同，则在该回路中会产 生电动势。这种现象称为热电效应，该电动生电动势。这种现象称为热电效应，该电动 势称为热电势。势称为热电势。 看一个实验看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演

14、示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A 自由端自由端 （参考端、（参考端、 冷端冷端） 测量端测量端 （工作端、（工作端、 热端热端） 热电极热电极B B 热电势热电势 A B 从实验到理论：从实验到理论：热电效应热电效应 1821年，德国物理学家年，德国物理学家赛贝克赛贝克用两种不用两种不 同金属组成同金属组成闭合回路闭合回路，并用酒精灯加热其中，并用酒精灯加热其中 一个接触点（称为结点），发现放在回路中一个接触点（称为结点），发现放在回路中 的的指南针发生偏转指南针发生偏转（说明什么？）（说明什么？），如

15、果用，如果用 两盏酒精灯对两个结点两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的同时加热，指南针的 偏转角反而减小偏转角反而减小（又说明什么？）（又说明什么？） 。 显然，指南针的偏转说明回路中有电显然，指南针的偏转说明回路中有电 动势产生并有电流在回路中流动，电流的强动势产生并有电流在回路中流动，电流的强 弱与两个结点的温差有关。弱与两个结点的温差有关。 结点产生热电势的结点产生热电势的微观微观解释及解释及图形符号图形符号 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内 自由电子的密度不同，在两金属自由电子的密度不同，在两金属A和和B的接触点处会的接触点处会 发生自

16、由电子的发生自由电子的扩散现象扩散现象。自由电子将从密度大的金。自由电子将从密度大的金 属属A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B，使，使A失去电子带正电失去电子带正电，B 得到电子带负电得到电子带负电，从而产生，从而产生热电势热电势。 自由自由 电子电子 A B eAB（ T T ） T T （1）接触电动势）接触电动势 假设两种金属假设两种金属A、B的自由电子密度分别为的自由电子密度分别为nA和和 nB, 且且nAnB。当两种金属相接时，将产生自由电。当两种金属相接时，将产生自由电 子的扩散现象。子的扩散现象。 达到动态平衡时，在达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位之间形成稳定的电

17、位 差，即接触电势差，即接触电势eAB。 热电偶的接触电势热电偶的接触电势 （2）温差电动势）温差电动势 导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电 势称为单一导体的温差电势。势称为单一导体的温差电势。 对于单一导体，如果两端温度分别为对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且，且 TT0。 单一导体温差电势单一导体温差电势 势电偶回路中产生的总热电势：势电偶回路中产生的总热电势： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0

18、) - EA(T,T0) 或或 EAB(t,t0) = EAB(t) + EB(t,t0) - EAB(t0) - EA(t,t0) 接触电势示意图接触电势示意图 在总电势中，在总电势中，温差电势比接触电势小很多，温差电势比接触电势小很多， 可忽略不计，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：则热电偶的热电势可表示为： EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0) 对于已选定的热电偶，当参考端温度对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，恒定时， EAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度为常数，则总的热电动势就只与温度T成成 单值函数关系，即：单值函数关系，即： EAB(T,T0

19、)=EAB(T)- c =f(T) 实际应用中，实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过热电势与温度之间的关系是通过 热电偶分度表来确定。热电偶分度表来确定。 分度表分度表是在参考端温度为是在参考端温度为00C时，通过实验建立时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。 热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规 定的定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新）的新 标准。

20、按此标准，制定了相应的分度表，并且标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且 有相应的线性化集成电路与之对应。有相应的线性化集成电路与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电直接从热电偶的分度表查温度与热电 势的关系时的约束条件是：势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）自由端（冷端） 温度必须为温度必须为0 0 C C。 K热电偶的热电偶的 分度表分度表 比较比较 查出的查出的3 3个个 热电势，热电势， 可以看出可以看出 热电势是热电势是 否否线性？线性？ 2. 2.热电偶的基本定律热电偶的基本定律 (1)匀质导体定律匀质导体定律 由一种匀质导体所组成的闭合回路，不由一种匀质导体所组成的闭合

21、回路，不 论导体的截面积如何及导体的各处温度分布论导体的截面积如何及导体的各处温度分布 如何，都不能产生热电势。如何，都不能产生热电势。 (2)中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体 两端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。两端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。 图示回路总的热电势图示回路总的热电势 EABC(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T,T0) 具有中间导体的热电偶回路具有中间导体的热电偶回路 (3)中间温度定律中间温度定律 在热电偶测量回路中，测量端温度为在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自

22、由端，自由端 温度为温度为T0，中间温度为，中间温度为0，如图所示。则，如图所示。则T，T0热热 电势等于电势等于T，T0与与T0，T0热电势的代数和。即热电势的代数和。即 EAB(T,T0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0) 存在中间温度的热电偶回路存在中间温度的热电偶回路 (4)参考电极定律（也称组成定律）参考电极定律（也称组成定律） 已知热电极已知热电极A、B与参考电极与参考电极C组成的热电偶在组成的热电偶在 结点温度为结点温度为(T，T0)时的热电动势分别为时的热电动势分别为EAC(T，T0)、 EBC(T，T0)，则相同温度下，由，则相同温度下，由A、B两种热电极配两种热电极

23、配 对后的热电动势对后的热电动势EAB(T，T0)可按下面公式计算：可按下面公式计算： EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0) 参考电极定律示意图参考电极定律示意图 【例例2.1】 用镍铬用镍铬镍硅热电偶测炉温时，其冷镍硅热电偶测炉温时，其冷 端温度端温度30，在直流电位计上测得的热电，在直流电位计上测得的热电 势势30.839mV，求炉温。，求炉温。 解：解： 查镍铬查镍铬镍硅热电偶分度表镍硅热电偶分度表 （30，0）=1.203 mV EAB(T,0)=E(T,30)+ EAB(30 ,0) =30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得再查分度表得 T

24、=770。 【例例2.2】已知铬合金已知铬合金铂热电偶的铂热电偶的E(100，0) = +3.13 mV，铝合金，铝合金铂热电偶的铂热电偶的E(100，0) = -1.02 mV，求铬合金，求铬合金铝合金组成热电偶材料铝合金组成热电偶材料 的热电动势的热电动势E(100，0)。 解：设铬合金为解：设铬合金为A，铝合金为，铝合金为B，铂为，铂为C，即，即 EAC(100，0) = +3.13 mV EBC(100，0) = -1.02 mV 则：则： EAB(100,0) = EAC(100,0) EBC(100,0) = 4.15 mV 2.2.2 热电偶的结构形式与热电偶材料热电偶的结构形式

25、与热电偶材料 1热电偶的种类热电偶的种类 （1）普通型热电偶）普通型热电偶 普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形 安装安装 螺纹螺纹 安装安装 法兰法兰 普通普通装配型装配型热电热电 偶的偶的 结构结构放大图放大图 接线盒接线盒 引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 （2）铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶（缆式热电偶） 铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝 缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。

26、这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固 耐用。耐用。 铠装型热电偶铠装型热电偶 铠装热电偶的制造工艺：铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝把热电极材料与高温绝 缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工 艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装 偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接 线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。 铠装热电偶特点：铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界

27、空气隔内部的热电偶丝与外界空气隔 绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗 机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细， 能解决能解决微小、狭窄场合微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、的测温问题，且具有抗震、 可弯曲、超长等优点。可弯曲、超长等优点。 铠装型热电偶铠装型热电偶 1-热电极；热电极；2-绝缘材料；绝缘材料； 3-金属套管；金属套管；4-接线盒；接线盒； 5-固定装置固定装置 铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形 法兰法兰 铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米 薄壁金属薄

28、壁金属 保护套管保护套管 （铠体）（铠体） BA 绝缘绝缘 材料材料 铠装型热电偶铠装型热电偶 横截面横截面 （3）薄膜热电偶）薄膜热电偶 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶 材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热 电偶。电偶。 测温范围为测温范围为-200500。测量端既小又薄，。测量端既小又薄， 热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的 瞬变温度。瞬变温度。 薄膜热电偶薄膜热电偶 （4）表面热电偶）表面热电偶 主要用于现场流动的测量，广泛用于纺织、

29、印染、造纸、主要用于现场流动的测量，广泛用于纺织、印染、造纸、 塑料及橡胶工业；探头有各种形状塑料及橡胶工业；探头有各种形状(弓形、薄片形等弓形、薄片形等)，以适，以适 应于不同物体表面测温用。在其把手上装有动圈式仪表，应于不同物体表面测温用。在其把手上装有动圈式仪表， 读数方便。测量温度范围有读数方便。测量温度范围有0250和和0600两种。两种。 （5）防爆热电偶）防爆热电偶 在石油、化工、制药工业中，生产现场有各种易然、易在石油、化工、制药工业中，生产现场有各种易然、易 爆等化学气体，这时需要采用防爆热电偶。它采用防爆型爆等化学气体，这时需要采用防爆热电偶。它采用防爆型 接线盒，有足够的

30、内部空间、壁厚及机械强度，其橡胶密接线盒，有足够的内部空间、壁厚及机械强度，其橡胶密 封圈的热稳定性符合国家的防爆标准。因此，即使接线盒封圈的热稳定性符合国家的防爆标准。因此，即使接线盒 内部爆炸性混合气体发生爆炸时，其压力也不会破坏接线内部爆炸性混合气体发生爆炸时，其压力也不会破坏接线 盒，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆盒，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆 效果。效果。 隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形 厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒 电缆线电缆线 其他其他热电偶外形热电偶外形 小形小形K K型热电偶型热电偶 2.热电偶组成材料及分度表热电偶组成材

31、料及分度表 为了准确可靠地进行温度测量，必须对热电偶为了准确可靠地进行温度测量，必须对热电偶 组成材料严格选择。组成材料严格选择。 目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为: 铂铑铂铑30铂铑铂铑6、 铂铑铂铑10铂、铂、 镍铬镍硅镍铬镍硅 镍铬铜镍（我国通常称为镍铬康铜）。镍铬铜镍（我国通常称为镍铬康铜）。 组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后 面的为负极。面的为负极。 热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分 度表。度表。 八种八种国际通用热电偶：国际通用热电偶： B:B

32、:铂铑铂铑30 30 铂铑铂铑6 6 、R:R:铂铑铂铑13 13 铂铂 、 S:S:铂铑铂铑10 10 铂铂 、 K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 、 N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 、 E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍、 J:J:铁铁铜镍铜镍 、 T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶 的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝 几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C 热电势热电势/ mV B铂铑铂铑30 30铂铑 铂铑6 6501820 C C4.8344.834 R铂铑铂铑13 13 铂铂-501768 C

33、C10.50610.506 S铂铑铂铑10 10 铂铂-501768 C C9.5879.587 K镍铬镍铬镍铬镍铬 (铝铝) -2701370 C C41.27641.276 E镍铬铜镍镍铬铜镍 (康康 铜铜)270800 C C 5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？ 几种常用热电偶的热电势与温度的关系几种常用热电偶的热电势与温度的关系 曲线分析曲线分析 哪几种热哪几种热 电偶的测温上电偶的测温上 限较高？限较高？ 结论：结论： 哪几种热电哪几种热电 偶的线性较差？偶的线性较差？ 哪一种热电哪一种热电 偶的灵敏度较高？偶的灵敏度较高？ 哪一种热电

34、哪一种热电 偶的灵敏度较低？偶的灵敏度较低？ 为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？ （1）补偿导线）补偿导线 补偿导线是指在一定的温度范围内补偿导线是指在一定的温度范围内(0150)，其，其 热电性能与相应热电偶的热电性能相同的廉价导线。热电性能与相应热电偶的热电性能相同的廉价导线。 采用补偿导线，可将热电偶的自由端延伸到远离高温采用补偿导线，可将热电偶的自由端延伸到远离高温 区的地方，从而使自由端的温度相对稳定。区的地方，从而使自由端的温度相对稳定。 由此可见，使用补偿导线可以节约大量的贵重金由此可见，使用补偿导线可以节约大量的贵重金 属，减小热电偶回路的

35、电阻，而且柔软易弯便于敷设属，减小热电偶回路的电阻，而且柔软易弯便于敷设 安装，但必须指出，使用补偿导线仅能延长热电偶的安装，但必须指出，使用补偿导线仅能延长热电偶的 自由端，对测量电路不起任何温度补偿作用。自由端，对测量电路不起任何温度补偿作用。 2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿热电偶测温及参考端温度补偿 补偿导线外形补偿导线外形 A B 屏蔽层屏蔽层 保护层保护层 1) 计算修正法 用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算 例例 用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境，参比端在室温环境 TH中，测得热

36、电动势中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温，又用室温 计测出计测出T H =21,查此种热电偶的分度表可知，查此种热电偶的分度表可知， EAB(21,0)=0.832mV，故得，故得 EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.999+0.832 =2.831(mV) 再次查分度表，与再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度对应的热端温度T=68。 EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0) （2）冷端温度补偿）冷端温度补偿 用螺丝刀用螺丝刀 调节仪表调节仪表 面板上的面板上的 “机械零机械零 点点”，使，使 指针指到指针指到

37、 气温气温t0（图图 中为中为40 40 C） 的的刻度上。刻度上。 机械零点机械零点 指针被预调到室温（指针被预调到室温（40 C ） 可补偿冷端损失可补偿冷端损失 2） 机械零位调整机械零位调整 法法 3）冰浴法冰浴法 冰浴法接线图冰浴法接线图 1被测流体管道被测流体管道 2热电偶热电偶 3接线盒接线盒 4补偿导线补偿导线 5铜质导线铜质导线 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9试管试管 10新的冷端新的冷端 4）冷端补偿器法冷端补偿器法( (补偿电桥法补偿电桥法) ) 国产国产WBC型冷端温度补偿器的工作原理图型冷端温度补偿器的工作原理图 电桥补偿法电桥补偿法 XT-W

38、BC热电偶热电偶 冷端补偿器冷端补偿器 2.2.4 热电偶测温基本电路热电偶测温基本电路 如下页图所示如下页图所示 图（图（a）表示了测量某点温度连接示意图。）表示了测量某点温度连接示意图。 图（图（b）表示两个热电偶并联测量两点平均温度。）表示两个热电偶并联测量两点平均温度。 图（图（c）为两热电偶正向串联测两点温度之和。）为两热电偶正向串联测两点温度之和。 图（图（d）为两热电偶反向串联测量两点温差。）为两热电偶反向串联测量两点温差。 常用的热电偶测温电路示意图常用的热电偶测温电路示意图 作业： P494、6、14 金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是金属热电阻传感器一般称作热电阻传感

39、器，是 利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理 进行测温的。进行测温的。 金属热电阻的主要材料是铂和铜。金属热电阻的主要材料是铂和铜。 热电阻广泛用来测量热电阻广泛用来测量-220+850范围内的温度，范围内的温度， 少数情况下，低温可测量至少数情况下，低温可测量至1K（-272），高温可），高温可 测量至测量至1000。 2.3 热电阻式传感器热电阻式传感器 2.3.1 常用热电阻常用热电阻 取一只取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻灯泡，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，而计算得到值，可以发现其冷态阻值

40、只有几十欧姆，而计算得到 的额定热态电阻值应为的额定热态电阻值应为484 。 1.铂热电阻的电阻铂热电阻的电阻温度特性温度特性 铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以 在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的应用范在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的应用范 围为围为-200+850。 铂电阻的电阻铂电阻的电阻温度特性方程，在温度特性方程，在 -2000的的 温度范围内为：温度范围内为： Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在在0+850的温度范围内为：的温度范围内为： Rt=R0(1+At+Bt2) 易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作

41、热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 热敏电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号 a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠型热敏电阻）珠型热敏电阻 d d）铠装型）铠装型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号 11热敏电阻热敏电阻 22玻璃外壳玻璃外壳 33引出线引出线 44紫铜外壳紫铜外壳 55传热安装孔传热安装孔 薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻 薄膜铂电阻是使用最新的薄膜薄膜铂电阻是使用最新的薄膜 技术而制造的温度传感器。与技术而制造的温度传感器。与

42、其他类型的热电阻比较，此产其他类型的热电阻比较，此产 品具有适于大批量生产，一致品具有适于大批量生产，一致 性好，成本低及尺寸小等特点。性好，成本低及尺寸小等特点。 小型铂热电阻小型铂热电阻 防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内 部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生 的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。 汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻 学习查学习查“铂热电阻分度表铂热电阻分度表” 附

43、录附录 铂热电阻分度表铂热电阻分度表 130.90 铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器 可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱 旋转式机械旋转式机械 设定开关设定开关 拨码式拨码式 设定开关设定开关 2.3.2 热电阻传感器的测量电路热电阻传感器的测量电路 热电阻测温电桥原理热电阻测温电桥原理热电阻三线制电桥电路热电阻三线制电桥电路 热电阻传感器的测量电路一般使用电桥电路，如左图所热电阻传感器的测量电路一般使用电桥电路，如左图所 示。由于工业用热电阻安装在生产现场，离控制室较远，因示。由于工业用热电阻安装在生产现场，离控制室较远，因 此热电阻的引线对测量结果有较大影响。为此，工

44、业上常采此热电阻的引线对测量结果有较大影响。为此，工业上常采 用三线制接法，如右图所示。用三线制接法，如右图所示。 2.3.3 热敏电阻热敏电阻 半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体 测温元件。测温元件。 热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料， 按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为三种类型，按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为三种类型， 即：即： 正温度系数（正温度系数（PTC）热敏电阻）热敏电阻 负温度系数（负温度系数（NTC）热敏电阻）热敏电阻 在某一特定温度下电阻值会

45、发生突变的临界温度电阻器在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器 （CTR）。）。 热敏电阻的（热敏电阻的（Rtt）特性）特性 1-负指数型负指数型NTC； 2-突变型突变型NTC；3-突变型突变型PTC ；4-线性型线性型PTC 各种热敏电阻的特性曲线各种热敏电阻的特性曲线 热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻 聚脂塑料封装聚脂塑料封装 热敏电阻热敏电阻 其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻 MF58 型热敏电阻型热敏电阻 其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻 大

46、功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻 其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） 贴片式贴片式NTC 热敏电阻热敏电阻 其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） MF58型（珠形）高精度型（珠形）高精度 负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻 （参考深圳科蓬达电子有限公司资料）（参考深圳科蓬达电子有限公司资料） 非标热敏电阻非标热敏电阻 非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 热敏电阻温度面板表热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD 热敏电阻体温表热敏电阻体温表 热敏电阻体温表的调试、标定方法热敏电阻体温表的调

47、试、标定方法 调试时，调试时， 应该先调哪一应该先调哪一 只电位器，再只电位器，再 调哪一只电位调哪一只电位 器？器？ 如何检验如何检验 表面刻度中其表面刻度中其 他各点是否准他各点是否准 确？具体步骤确？具体步骤 如何进行？如何进行？ NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿。热敏电阻主要用于温度测量和补偿。 PTC突变型热敏电阻主要用作温度开关，突变型热敏电阻主要用作温度开关，PTC缓变型缓变型 热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内进行温度补热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内进行温度补 偿或温度测量。偿或温度测量。 CTR热敏电阻主要用作温度开关。热敏电阻主要用作温度开关。 2.3.4 热敏电阻

48、的应用热敏电阻的应用 1温度测量温度测量 用于测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低用于测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低 廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密 封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以用在较恶劣的环境下。封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以用在较恶劣的环境下。 由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻 可以忽略，使用时采用二线制即可。可以忽略，使用时采用二线制即可。 2温度补偿温度补偿 热敏电阻可在一定的温度范围内对某些元件进行温度补热敏电阻可在

49、一定的温度范围内对某些元件进行温度补 偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕成，温度升高，偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕成，温度升高， 其电阻值增大，引起测量误差，为此可在动圈回路中串入由其电阻值增大，引起测量误差，为此可在动圈回路中串入由 负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度引负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度引 起的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝起的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝 电阻并联后再与被补偿元件串联，如图电阻并联后再与被补偿元件串联，如图2-19所示。所示。 热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温

50、度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料） 热敏电阻对晶体管电路的补偿热敏电阻对晶体管电路的补偿 热敏电阻对正温度系数电阻的补偿热敏电阻对正温度系数电阻的补偿 3温度控制温度控制 广泛用于空调、冰箱、热水器、节能灯等家广泛用于空调、冰箱、热水器、节能灯等家 用电器的用电器的测温、控温及国防、科技等领域。测温、控温及国防、科技等领域。 1）继电保护）继电保护 热继电器原理图热继电器原理图 热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 2）温度上下限报警温度上下限报警 温度上下限报警电路温度上下限报警电路 图中图中Rt为为NTC热敏电阻，采用运算放大器构成迟滞电压比较

51、热敏电阻，采用运算放大器构成迟滞电压比较 器，当温度器，当温度T等于设定值时，等于设定值时，Uab=0，VT1 ，VT2都截止。都截止。 当当T升高时，升高时，Rt减小。减小。Uab0，VTl导通，导通，LED1发光报警；发光报警； 当当T下降时，下降时，Rt增加。增加。Uab0，VT2导通，导通，LED2发光报警。发光报警。 3）电子节能灯及电子镇流器预热启动）电子节能灯及电子镇流器预热启动 如果节能灯灯丝未经预热突加高压启动，则将导致灯丝材如果节能灯灯丝未经预热突加高压启动，则将导致灯丝材 料严重溅射，使灯管提前发黑报废，使用料严重溅射，使灯管提前发黑报废，使用PTC热敏电阻，在启热敏电阻

52、，在启 动时先预热灯丝动时先预热灯丝l s左右，然后再加高压点亮灯管，能有效地防左右，然后再加高压点亮灯管，能有效地防 止灯管两端发黑，同时能防止三极管等灯具线路元件受启动瞬止灯管两端发黑，同时能防止三极管等灯具线路元件受启动瞬 间大电流及高反压冲击，使灯具寿命延长间大电流及高反压冲击，使灯具寿命延长10倍以上。倍以上。 2.4 集成温度传感器集成温度传感器 2.4.1 集成温度传感器工作原理及特点集成温度传感器工作原理及特点 集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放 大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传

53、感 器。目前大量生产的集成温度传感器有器。目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型电流输出型、 电压输出型电压输出型和和数字信号输出型数字信号输出型。其工作温度范围约。其工作温度范围约 在在-50+150。 电流型电流型IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工 艺元件集成在一块芯片上艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技术再通过激光修版微加工技术,制造制造 出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热 力学温度，即力学温度，即1A/K；其次，因电流型输出恒流，所以传感；其次，

54、因电流型输出恒流，所以传感 器具有高输出阻抗。其值可达器具有高输出阻抗。其值可达10M。这为远距离传输深井。这为远距离传输深井 测温提供了一种新型器件。测温提供了一种新型器件。 电压型电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器 集成在同一芯片上集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故制成一四端器件。因器件有放大器；故 输出电压高、线性输出为输出电压高、线性输出为10mV；另外；另外,由于其具有输出由于其具有输出 阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类IC 温度传感器

55、特别适合于工业现场测量。温度传感器特别适合于工业现场测量。 VT1、VT2为差分对管，由恒流为差分对管，由恒流 源提供的源提供的I1、I2分别为分别为VT1、 VT2的集电极电流，则的集电极电流，则 ： 集成温度传感器的测温原理 )ln( 2 1 I I q kT U be )ln( 2 1 I I q kT U be 电流输出型集成温度传感器原理电流输出型集成温度传感器原理: 对管对管VT1、VT2作为恒流源作为恒流源 负载，负载，VT3、VT4作为感温元件，作为感温元件，VT3、VT4发射极面积之比为发射极面积之比为 ， 此时电流源总电流为：此时电流源总电流为： 2.4.2 常用集成温度传

56、感器及其应用常用集成温度传感器及其应用 1电流输出型集成温度传感器电流输出型集成温度传感器 ln 22 2 1 qR kT R U II be T ln 22 2 1 qR kT R U I I be T 8 KA/1 由上式可知，当R、为恒定量时，IT与T成线性关系。若 R=358欧，则电路输出温度系数为。 AD590是电流输出型集成温度传感器的代表产品，工作直是电流输出型集成温度传感器的代表产品，工作直 流为流为+4+30v，输出阻抗约为，输出阻抗约为l0M，具有良好的互换性。，具有良好的互换性。 在在-55+150范围内精度为范围内精度为1。此外，。此外，AD590抗干扰能力抗干扰能力

57、强，不受长距离传输线压降的影响，信号的传输距离可达强，不受长距离传输线压降的影响，信号的传输距离可达100m以以 上。上。AD590的灵敏度为的灵敏度为1A/K，0时输出时输出273A电流。电流。 AD590集成温度传感器集成温度传感器 （a）外形；（）外形；（b）电路符号；（）电路符号；（c）输出特性）输出特性 图示电路为电压输出型集成温度传感器。图示电路为电压输出型集成温度传感器。VT1、VT2为差分对管，为差分对管， 调节电阻调节电阻R1，可使，可使R1=R2，当对管，当对管VT1、VT2的的 值大于等于值大于等于1时，时， 电路输出电压为：电路输出电压为： 2.电压输出型集成温度传感器

58、电压输出型集成温度传感器 KA/1 2 1 220 R R U RIU be 由此可得由此可得 ln 2 10 q kT R RU U be 可知可知R1、R2不变，则不变，则 U0与与T成线性关系成线性关系 LM35/45系列温度传感器系列温度传感器 （a）内部原理图（）内部原理图（b）引脚功能（）引脚功能（c）外形封装（）外形封装（d）摄氏温度计电路）摄氏温度计电路 在在-40100范围内，半导体二极管正向电压与温度的关系范围内，半导体二极管正向电压与温度的关系 为线性关系。为线性关系。 2.4.3 PN结温度传感器及其应用结温度传感器及其应用 1热敏二极管温度传感器应用电路热敏二极管温度

59、传感器应用电路 采用硅二极管温度传感器的测温电路采用硅二极管温度传感器的测温电路 NPN型热敏晶体管在型热敏晶体管在Ic恒定时，利用基极恒定时，利用基极-发射极间电压发射极间电压 Ube的温度特性，可把温度变化转换成电压变化。的温度特性，可把温度变化转换成电压变化。 2.热敏晶体三极管温度传感器及其应用电路热敏晶体三极管温度传感器及其应用电路 晶体管温度传感器测温电路晶体管温度传感器测温电路 当晶闸管在正向转折电压之前不导通，若超过转折电压就当晶闸管在正向转折电压之前不导通，若超过转折电压就 进入导通状态，特别是在低温度下发生转折时，电流放大系数进入导通状态，特别是在低温度下发生转折时，电流放

60、大系数 很大，具有良好的开关特性。很大，具有良好的开关特性。利用晶闸管的转折电压随温度而利用晶闸管的转折电压随温度而 改变的特性制成热敏晶闸管。改变的特性制成热敏晶闸管。 3.热敏晶闸管温度传感器及其应用电路热敏晶闸管温度传感器及其应用电路 采用热敏晶闸管温度传感器的温度控制电路采用热敏晶闸管温度传感器的温度控制电路 PN结温度传感器与热敏电阻一样具有结温度传感器与热敏电阻一样具有体积小、体积小、 反应快反应快的优点。此外，线性较好而且价格低廉，在的优点。此外，线性较好而且价格低廉，在 许多仪表里用来进行温度补偿。特别适合对电子仪许多仪表里用来进行温度补偿。特别适合对电子仪 器或家用电器的过热