山东建筑大学热工检测课第4章

1、第四章第四章 测量误差和不确定度测量误差和不确定度第一节第一节 热电现象及热电偶定律热电现象及热电偶定律第四节第四节 金属测温电阻金属测温电阻第五节第五节 半导体热敏电阻半导体热敏电阻第六节热电偶和热电阻的校验第六节热电偶和热电阻的校验第三节第三节 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿第二节第二节 标准化与非标准化热电偶标准化与非标准化热电偶第一节第一节 热电现象及热电偶定律热电现象及热电偶定律一一 热电现象及热电偶测温原理热电现象及热电偶测温原理二二 热电偶基本定律热电偶基本定律一一 热电现象及热电偶测温原理热电现象及热电偶测温原理u热电偶是目前世界上科研和生产中应用热电偶是目前世界上科研和

2、生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。最普遍、最广泛的温度测量元件。u它将温度信号转换成电势（它将温度信号转换成电势（mVmV）信号，）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。温度的测量或温度信号的转换。u具有结构简单、制作方便、测量范围宽、具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。小、响应时间短等各种优点。u它既可以用于流体温度测量，也可以用它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，于固体温度测量。既可以测量静态温

3、度，也能测量动态温度。也能测量动态温度。u并且直接输出直流电压信号，便于测量、并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。信号传输、自动记录和控制等。将两种不同的导体或半导体连成闭合回将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。路中将产生热电势。闭合回路中产生的热电势由闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：两种电势组成：温差电势和温差电势和接触电势接触电势两种不同的导体相接触时，因各自的电两种不同的导体相接触时，因各自的电子密度不同而产生电子扩散，当达到动子密度不同而产生电子扩散，当达到动平衡后所形成的

4、电势，平衡后所形成的电势，大小取决于两种大小取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。不同导体的性质和接触点的温度。指同一导体的两端因温度不指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以它具有不同的电子密度，所以它们的温差电势也不一样。们的温差电势也不一样。 是导体是导体A右端的温度为右端的温度为T时的电子密度时的电子密度 是导体是导体B左端的温度为左端的温度为T时的电子密度时的电子密度一 一一+-高温高温低温低温温差电动势NAt为导体为导体A在在温度温度t时的电时的电子密度子密度热电偶回路中总热电势热电偶回路中总热电势BEAB（T）E EA

5、BAB（T T0 0）E EA A（T T ，T T0 0 ）E EB B（T T ，T T0 0 ）A经过简化可得经过简化可得闭合回路闭合回路的总热电势为的总热电势为接触电势要远大于温差电势，闭接触电势要远大于温差电势，闭合回路总电势以接触电势为主合回路总电势以接触电势为主EAB(T,T0)=f(T)-C闭合回路的总热电势取决于两种闭合回路的总热电势取决于两种材料及两个端点的温度材料及两个端点的温度.当热电偶当热电偶材料一定时材料一定时,热电偶的总热电势成热电偶的总热电势成为温度为温度T和和T0的函数的函数当当T0维持一定时维持一定时,对于确定的热电对于确定的热电偶热电势只与温度偶热电势只与

6、温度T成单值函数关成单值函数关系系,即即:(1) 热电偶产生热电势的条件是两种热电偶产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成回路，两端接不同的导体材料构成回路，两端接点处的温度不同。点处的温度不同。小结小结(2) 热电势大小只与热电极材料及两热电势大小只与热电极材料及两端温度有关，与热偶丝的粗细和长端温度有关，与热偶丝的粗细和长短无关。短无关。小结小结(3) 热电极材料确定以后，热电势的热电极材料确定以后，热电势的大小只与温度有关。大小只与温度有关。 小结小结测温时，测量端置于被测温度处。测温时，测量端置于被测温度处。而参比端一般要保持恒定温度，并而参比端一般要保持恒定温度，并与测量仪表相接。

7、与测量仪表相接。在这个闭合回路中，在这个闭合回路中，T端称测量端端称测量端或热端，或热端，T0端称参比端或冷端。端称参比端或冷端。 二二 热电偶的基本定律热电偶的基本定律 1 均质导体定则均质导体定则2 中间导体定则中间导体定则3 标准电极定则标准电极定则4 中间温度定则中间温度定则 1 均质导体定则均质导体定则 由一种均质导体组成的闭合回路，由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度以及其温度分不论导体的截面和长度以及其温度分布如何，都不能产生热电势。布如何，都不能产生热电势。这一定则说明，一这一定则说明，一种均质材料不能构种均质材料不能构成热电偶成热电偶由两种不同材料组成的热电偶由

8、两种不同材料组成的热电偶则要求材质的均匀性要好，否则要求材质的均匀性要好，否则热电极的温度分布将会对热则热电极的温度分布将会对热电势值产生影响电势值产生影响 2 中间导体定则中间导体定则在热电偶回路中在热电偶回路中接入中间导体接入中间导体后，只要中间后，只要中间导体两端的温导体两端的温度相同，对热度相同，对热电偶回路的总电偶回路的总热电势值没有热电势值没有影响。影响。 2 中间导体定则中间导体定则假设金属的活性顺序为假设金属的活性顺序为ABC回路总电势回路总电势 2 中间导体定则中间导体定则回路总电势回路总电势EAB(t)-EAC(t0)+EBC(t0)=EAB(t)-EAC(t0)-EBC(

9、t0)=EAB(t)-EAB (t0) =EAB(t,t0)3 标准电极定则标准电极定则 已知热电偶的两个电极已知热电偶的两个电极A、B分别分别与另一电极与另一电极C组成的热电偶的热电组成的热电偶的热电势为势为 EAC(T,T0)和和EBC(T,T0) ， 则在相同接点温度则在相同接点温度(T,T0)下，由下，由A、B电极组成的热电偶的热电势电极组成的热电偶的热电势 EAB(T,T0)为为:例如，铂铑例如，铂铑30铂热电偶的铂热电偶的EAC（1084.5 , 0）=13.976mv,铂铑铂铑6铂热电偶的铂热电偶的EBC（1084.5,0）=8.354mv，根据标准电极定律，根据标准电极定律，铂

10、铑铂铑30铂铑铂铑6热电偶的热电偶的EAB(1084.5, 0）=13.976-8.354=5.622mv。 4 中间温度定则中间温度定则 热电偶热电偶AB在接点温度为在接点温度为t1、t3时的热时的热电势电势EAB(t1, t3)等于热电偶等于热电偶AB在接点温在接点温度为度为t1、t2和和t2 、 t3时的热电势时的热电势EAB(t1, t2)、EAB(t2, t3)的代数和。的代数和。EAB(t1, t3)= EAB(t1, t2)+EAB(t2, t3)根据这一定则，只需列出热电偶在根据这一定则，只需列出热电偶在参比端温度为参比端温度为0的分度表，就可的分度表，就可以求出参比端在其它温

11、度时的热电以求出参比端在其它温度时的热电势值。势值。热电偶参考端热电偶参考端补偿导线法补偿导线法处理处理原理原理：在一定温度范围内，与配用热电在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉价金属导线为补偿导线。廉价金属导线为补偿导线。回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)补偿导线补偿导线EAB(T0,T0) =EAB(T0,T0)u常用补偿导线的结构分为常用补偿导线的结构分为普通型普通型和和带屏带屏蔽层型蔽层型两种两种u按照补偿原理分为按照补偿原理分为补偿型补偿型及及延伸型延伸型两种两种

12、补偿导线补偿导线u按使用温度可分为按使用温度可分为一般用一般用（0100）和和耐热用耐热用（0200） 注意注意 两个接点温度不能超过规定温度两个接点温度不能超过规定温度两个接点温度应当相同。否则，两个接点温度应当相同。否则，由于热电偶与补偿导线的热电特由于热电偶与补偿导线的热电特性并不完全相同，可能会引起较性并不完全相同，可能会引起较大的测量误差。大的测量误差。正负极不能接反正负极不能接反在在T0=0条件下，用实验的方法测出各种条件下，用实验的方法测出各种不同热电极组合的热电偶在不同热端温不同热电极组合的热电偶在不同热端温度下所产生的热电势值，可以列出对应度下所产生的热电势值，可以列出对应的

13、分度表，常用热电偶的热电特性有分的分度表，常用热电偶的热电特性有分度表可查。度表可查。 通常表示热电偶所用热电极材料时，电通常表示热电偶所用热电极材料时，电子相对活跃的为正极，电子相对不活跃子相对活跃的为正极，电子相对不活跃的为负极。的为负极。分度表分度表第二节第二节 标准化与非标准化热电偶标准化与非标准化热电偶一一 热电极材料及其热电性质热电极材料及其热电性质二二 标准化热电偶标准化热电偶三三 非标准化热电偶非标准化热电偶四四 热电偶的构造热电偶的构造一一 热电极材料及其热电性质热电极材料及其热电性质 在测温范围内热电性能稳定，不随在测温范围内热电性能稳定，不随时间和被测对象而变化；时间和被

14、测对象而变化； 在测温范围内物理化学性能稳定，在测温范围内物理化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，耐辐射；不易氧化和腐蚀，耐辐射； 所组成的热电偶要有足够的灵敏度，所组成的热电偶要有足够的灵敏度，热电势随温度的变化牢要足够大；热电势随温度的变化牢要足够大；一一 热电极材料及其热电性质热电极材料及其热电性质 热电特性接近单值线性或近似线性；热电特性接近单值线性或近似线性； 电导率高，电阻温度系数小；电导率高，电阻温度系数小； 机械性能好，机械强度高，材质均匀；机械性能好，机械强度高，材质均匀；工艺性好，易加工，复制性好价格便工艺性好，易加工，复制性好价格便宜。宜。 二二 标准化热电偶标准化热电偶热电偶

15、热电偶分度号分度号测量端温度测量端温度()参考端温度参考端温度()热电势热电势(mV)S1300013.155B1400158.914K8503034.111T-14520-5.324E8053559.304J5651530.306 1廉金属热电偶廉金属热电偶 1）T型（铜康铜）热电偶型（铜康铜）热电偶 2）K型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶 3）E型（镍铬康铜）热电偶型（镍铬康铜）热电偶 4）J型（铁康铜）热电偶型（铁康铜）热电偶K型（镍铬镍铬镍硅）热电偶镍硅）热电偶 这是一种贱金属热电偶，它的特点是价格低廉，灵敏度高，复现性较好，高温下抗氧化能力强，是工业和实验室中大量

16、采用的一种热电偶。但在还原性介质或含硫化物气氛中易被侵蚀。 T型（铜铜康铜）热电偶康铜）热电偶 这是一种贱金属热电偶，测量精度高，稳定性好，低温时灵敏度高，价格低廉。 E型（镍铬镍铬康铜）热电偶康铜）热电偶 这是一种贱金属热电偶，在以上几种热电偶中它的灵敏度最高，但抗氧化及抗硫化物介质的能力较差，适于在中性或还原性气氛中使用。 2 贵金属热电偶贵金属热电偶 1）S型（铂铑型（铂铑10铂）热电偶铂）热电偶 2）R型（铂铑型（铂铑13铂）热电偶铂）热电偶 3）B型（铂铑型（铂铑30铂铑铂铑6）热电偶）热电偶 S型（铂铑型（铂铑10铂）热电偶铂）热电偶 这是一种贵金属热电偶，它的特点这是一种贵金属热

17、电偶，它的特点是精度高，物理化学性能稳定，测温上是精度高，物理化学性能稳定，测温上限高，适于在氧化或中性气氛介质中使限高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。另外，它的热电势较小，灵敏度较用。另外，它的热电势较小，灵敏度较低，价格昂贵。它不仅可用于工业和实低，价格昂贵。它不仅可用于工业和实验室测温，更为重要的是它可以保存为验室测温，更为重要的是它可以保存为基准热电偶和传递为各级标准热电偶。基准热电偶和传递为各级标准热电偶。 B型（铂铑铂铑30铂铑铂铑6）热电偶）热电偶 这是一种贵金属热电偶，它的特点是测温上限短时可达1800，测量精度高，适于在氧化或中性气氛介质中使用。但不宜在还原气氛中使用，灵敏

18、度较低，价格昂贵。 三三 非标准化热电偶非标准化热电偶 （1）钨铼系热电偶）钨铼系热电偶 （2）钨铱系热电偶）钨铱系热电偶 （3）其他非标准化热电偶）其他非标准化热电偶四四 热电偶的构造热电偶的构造 1 普通热电偶普通热电偶 2 铠装热电偶铠装热电偶 3 薄膜热电偶薄膜热电偶1 普通热电偶普通热电偶（1）热电极）热电极（2）绝缘材料）绝缘材料（3）保护套管）保护套管两个两个热电极热电极热电热电偶接偶接点点2 铠装热电偶铠装热电偶 WRTK2-434/8*1000mm 铠装固定卡套法兰热电偶铠装固定卡套法兰热电偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 铠装防爆热电偶铠装防爆热电偶 W

19、RNK-332/4*1000mm Gh2520 铠装可动卡套螺纹热电偶铠装可动卡套螺纹热电偶 由金属套管、绝缘材料（一般为氧化镁粉）由金属套管、绝缘材料（一般为氧化镁粉）和热电偶线三者组合而成的坚实体。和热电偶线三者组合而成的坚实体。 按测量端：绝缘型、接壳型、露端型和分离按测量端：绝缘型、接壳型、露端型和分离式绝缘型；按固定装置：无、卡套式、螺纹、式绝缘型；按固定装置：无、卡套式、螺纹、法兰等法兰等 测量范围大和反应速度快测量范围大和反应速度快 安装使用方便安装使用方便 使用寿命长，机械强度和耐压性能好使用寿命长，机械强度和耐压性能好 从从0.25mm12mm直径范围，最大长度可到直径范围，

20、最大长度可到500m铠装型热电偶可长达上百米铠装型热电偶可长达上百米第三节第三节 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 一一 计算法计算法 二二 冰点槽法冰点槽法 三三 补偿电桥法补偿电桥法3 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿热电偶的总热电势为温度热电偶的总热电势为温度T和和T0的函数的函数 当当T0维持一定时维持一定时,对于确定的热电偶对于确定的热电偶热电势只与温度热电势只与温度T成单值函数关系成单值函数关系,即即:EAB(T,T0)=f(T)-C存在问题存在问题冷端温度冷端温度T0难以保持稳定难以保持稳定,所所以要对冷端进行温度补偿以要对冷端进行温度补偿一一 计算法计算法 热电偶冷端温

21、度热电偶冷端温度T0通常为环境温度而不是通常为环境温度而不是0，此时需要进行计算修正。，此时需要进行计算修正。可查分度表求得可查分度表求得 然后可得然后可得 二二 冰点槽法冰点槽法工业应用时，工业应用时，一般把参比一般把参比端放在电加端放在电加热的恒温器热的恒温器中，使其维中，使其维持在某一恒持在某一恒定的温度。定的温度。在实验室情况及精在实验室情况及精密测量中，是把参密测量中，是把参比端置于能保持恒比端置于能保持恒温的冰点槽中，参温的冰点槽中，参比端温度为比端温度为0。测得热电势后，直测得热电势后，直接查分度表得知被接查分度表得知被测温度。测温度。三三 补偿电桥法补偿电桥法 补偿电桥法是在热

22、电偶测温系统中补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。误差。补偿电桥法利用不平衡电桥产生相应的电势，补偿电桥法利用不平衡电桥产生相应的电势，以补偿热电偶由于参比端温度变化而引起以补偿热电偶由于参比端温度变化而引起的热电势变化。的热电势变化。 前述中间导体定则的推前述中间导体定则的推广广回路总电势回路总电势E=EAB(t,t0) 回路总电势回路总电势E=EAB(t,t0)+U 回路总电势回路总电势E=EAB(t

23、,t0)+U 回路总电势回路总电势E=EAB(t,t0)+Uab E=E(t,t0)+Uab RS为限流电阻为限流电阻,桥路供电电压桥路供电电压为直流为直流4VR1=R2=R3=1,采用锰铜丝无感绕制采用锰铜丝无感绕制,其电阻温度系数为其电阻温度系数为0RCU用铜丝无感绕制用铜丝无感绕制,其电阻其电阻温度系数为温度系数为4.310-3-1,当当温度为温度为20 时为时为 1当热电偶冷当热电偶冷端和补偿端端和补偿端的温度的温度t0=20 时时,补偿器的补偿器的4个桥个桥臂电阻均为臂电阻均为1,电桥处于平衡状电桥处于平衡状态态,桥路输出电压桥路输出电压为为Uab=0,当当t0随环随环境温度升境温度

24、升高时高时Rcu增大增大则则a点电位不点电位不变变,b点电位降低，点电位降低，使使Uab增加增加当当t0随环随环境温度升境温度升高时高时由于由于t0升升高高,E(t,t0)将将减小减小选择选择Rs,使使Uab的增加值等于的增加值等于E(t,t0)减小量减小量那么总电动势那么总电动势E将不随将不随t0 变化变化,相当于相当于使冷端温度自动处于使冷端温度自动处于20 ,达到了达到了补偿的目的补偿的目的.3.用两支分度号为用两支分度号为K的热电的热电偶测量偶测量A区和区和B区的温差，区的温差，连接回路如右图所示。连接回路如右图所示。当热电偶参考端温度当热电偶参考端温度t0为为0时，仪表指示时，仪表指

25、示200。问在参考端温度。问在参考端温度上升上升25时，仪表的指时，仪表的指示值为多少？为什么？示值为多少？为什么？第四节第四节 金属测温电阻金属测温电阻 一一 对金属测温电阻的要求对金属测温电阻的要求 二二 标准化热电阻标准化热电阻 三三 工业用热电阻的结构工业用热电阻的结构 WZC-111/12*1000mm Cu50铜热电阻铜热电阻WZP2-240/A级级3线线300/150mmE(0-300)隔爆热电阻隔爆热电阻 WZPK2-103/B级级6*515mm(0-300)铂热电阻铂热电阻热电阻温度计被广泛地用于低温及热电阻温度计被广泛地用于低温及中温（中温（-200500）范围内的温度）范

26、围内的温度测量，目前应用范围已扩展到测量，目前应用范围已扩展到15K的超低温领域。在的超低温领域。在10001200的高温范围内，也具有较好特性。的高温范围内，也具有较好特性。优点：测温准确度高，信号便于传送。优点：测温准确度高，信号便于传送。 缺点：不能测太高的温度，需外部电缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。响而产生测量误差。大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升高高1时，其阻值约增加时，其阻值约增加0.4%0.6%，称具有正的，称具有正的电阻温度系数。电

27、阻值电阻温度系数。电阻值Rt与温度与温度t（）的关系可）的关系可表示为表示为Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中式中 Rt 温度为温度为t时金属导体的电阻；时金属导体的电阻； R0 温度为温度为0时金属导体的电阻；时金属导体的电阻； A、B、C 与金属材料有关的常数。对与金属材料有关的常数。对不同区间，系数不同不同区间，系数不同一一 对金属测温电阻的要求对金属测温电阻的要求 虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定的关系，但并不是所有的间都存在着一定的关系，但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计。用于金属或半导体都能做

28、成电阻温度计。用于测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：要求： （1 1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；）电阻温度系数要大，以得到高敏感度； 电阻温度系数：在某一温度间隔内，电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化温度变化1 1 时的电阻相对变化量，单时的电阻相对变化量，单位为位为1/1/。0000()ttttRRRRttRt （2 2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；）在测温范围内化学与物理性能要稳定； （3 3）复现性要好；）复现性要好；（4 4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容量和热惯性小，使得

29、对温度变而保证热容量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；化的响应比较快； （5 5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；于分度和读数； （6 6）价格相对低廉。）价格相对低廉。 目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：目前已被采用的电阻温度计具有如下特点： （3）热电阻感温部分体积比热电偶的热接）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态温点大得多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。稳定性和复现性却较差。 目前已被采用的电阻温度计具有如下特

30、点：目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：（1）在中低温范围内其精确度高于热电偶温）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；度计；（2）灵敏度高，当温度升高）灵敏度高，当温度升高1时，大多数时，大多数热电阻的阻值增加热电阻的阻值增加0.4%0.6%，半导体材，半导体材料的阻值降低料的阻值降低3%6%； 二二 标准化热电阻标准化热电阻 1铂热电阻铂热电阻 特点：特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成

31、极细的铂好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。有较高的电阻率。缺点：缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。格较贵。 u在在200 0范围内，铂的电阻温度范围内，铂的电阻温度关系为关系为Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 u在在0 850范围内，其关系为范围内，其关系为Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中，式中，A、B、C 分度常数。分度常数。u铂的纯度

32、用百度电阻比铂的纯度用百度电阻比W（100）表示，）表示，即即W（100）= R100 / R0式中，式中，R100 100时铂电阻值；时铂电阻值； R0 0时铂电阻值。时铂电阻值。uW（100）越高，则其纯度越高。）越高，则其纯度越高。 2铜热电阻铜热电阻 特点：特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。易于氧化。u在在50 150范围内，铜的电阻温度范围内，铜的电阻温度关系为关系为Rt = R0 ( 1 + t )式中

33、，式中， 铜的电阻温度系数。铜的电阻温度系数。 某铜电阻在某铜电阻在20时的阻值时的阻值R2016.28，4.2510-3-1，求该热电阻，求该热电阻在在100时的阻值。时的阻值。3. 镍热电阻镍热电阻特点：特点：电阻温度系数较铂大，约为铂的电阻温度系数较铂大，约为铂的1.5倍。倍。u在在50150内，其电阻与温度关系为内，其电阻与温度关系为 Rt=100+0.5485t+ 0.66510-3t2+2.80510-9t4 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。三三 工业用热电阻的结构工业用热电阻的

34、结构电阻体（无感双绕法）电阻体（无感双绕法）1-外壳或绝缘体 2-铂丝 3-骨架 4-引出线铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图 感温元件结构感温元件结构 普通（装配式）铂电阻普通（装配式）铂电阻 热电阻的引出线热电阻的引出线 两线制。方式简单，两线制。方式简单，费用低引线电阻以及费用低引线电阻以及引线电阻的变化会带引线电阻的变化会带来附加误差。来附加误差。 三线制。可以较好地三线制。可以较好地消除引线电阻的影响，消除引线电阻的影响，测量准确度高于两线测量准确度高于两线制，应用较广。制，应用较广。 四线制。精度高，但四线制。精度高，但是麻烦。是麻烦。1、热电阻2、引出线3、

35、接线盒4、连接线5、显示仪表 铠装式铂电阻比装配式铂电阻铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。安装的场合。 铠装式铂电阻外保护套管采用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不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此，它具有很强的绝缘体，因此，它具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，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。适合安装在环境恶劣的场合。铠装式铂电阻铠装式铂电阻 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

36、、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。 铠装式铂电阻铠装式铂电阻 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。薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件 6机电一体化温度变送器机电一体化温度变送器 温度变送器为温度变送器为24V供电、二线制的一体化供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶的信号放大，变送器。将热电阻或热电偶的信号放大，并转换成并转换成4-20mA或或0-10mA的输出

37、电流的输出电流,或或05V的输出电压。其中铠装变送器可的输出电压。其中铠装变送器可以直接测量气体或液体的温度特别适用以直接测量气体或液体的温度特别适用于低温范围测量于低温范围测量。 温度变送器温度变送器 直流毫伏、热电偶、热电阻这三种输入信号的量程单元各不相同，但其后所接的放大单元相同，可以互换。第五节第五节 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 一半导体热敏电阻的材料和温度特性半导体热敏电阻的材料和温度特性 二半导体热敏电阻的结构及应用二半导体热敏电阻的结构及应用 由金属氧化物和化合物按不同的配方比例由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结而成烧结而成，电阻值随电阻体的温度变化而，电阻值随电阻体的温

38、度变化而显著变化。热敏电阻以体积小、结构简单、显著变化。热敏电阻以体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、价格低廉等优点，灵敏度高、稳定性好、价格低廉等优点，在工业生产的温度控制和电子线路的温度在工业生产的温度控制和电子线路的温度补偿以及测量仪器、医疗设备、家电等领补偿以及测量仪器、医疗设备、家电等领域有广泛的应用域有广泛的应用 一半导体热敏电阻的材料和温度特性半导体热敏电阻的材料和温度特性 优优 点：点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。量

39、点温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。线性度较差，复现性和互换性较差。热敏电阻分类：热敏电阻分类：正温度系数正温度系数(PTC)负温度系数负温度系数(NTC) 临界温度系数临界温度系数(CTR)PTC热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成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。保护，发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻热敏电阻负温度系数负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在以

40、三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合烧结而成物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。用途：温度开关。NTC热敏电阻热敏电阻很高的负电阻温度系数很高的负电阻温度系数 主要由主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡等过渡金属氧化物混合烧结而成金属氧化物混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场应用：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等测量自动控制及电子线路的热补偿线路路 半导体电阻半导体电阻 函数关系函数关系 二二 热敏电阻的结构及应用热敏电阻的结构及应用 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

41、接的电路获得功率；四端器件：旁热式 热敏电阻的线性化串联在热敏电阻中的R的最佳值 MHLHLHLMRRRRRRRRR22)( 热电阻式传感器的应用为消除由于连接导线电阻随环境温度变化为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。线制连接法。三线制三线制 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 工业用热电阻一般采用三线制工业用热电阻一般采用三线制 G检流计，检流计，R1 ，R2 ，R3固定电阻，固定电阻，R a零位调节电阻，零位调节电阻， R t 热电阻热电阻四线制接法四线制接法 热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 精密测量中，采用四线制接法精密测量中，采用四线制接法 金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管 2流通玻璃管流通玻璃管 3铂丝铂丝 （a）真空度测量