温度传感噐(传感器教学课件)

1、常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院传感器应用技术传感器应用技术传知万物传知万物 感创未来感创未来常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院传知万物传知万物 感创未来感创未来学习内容学习内容 认识传感器认识传感器 温度传感器温度传感器 力传感器力传感器 位移传感器位移传感器 光电传感器光电传感器常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院传知万物传知万物 感创未来感创未来温度传感器温度传感器 热电偶热电偶 热电阻与热敏电阻热电阻与热敏电阻 集成温度传感器集成温度传感器v 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。v 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生产温度是

2、诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生产和生活中温度的检测应用非常普遍：和生活中温度的检测应用非常普遍： 家用电器、火灾报警、医疗卫生、天气预报家用电器、火灾报警、医疗卫生、天气预报 炼钢、气象、太空、军事炼钢、气象、太空、军事温度传感器温度传感器温度测量温度测量 温度标志着物温度标志着物质内部大量分子无质内部大量分子无规则运动的剧烈程规则运动的剧烈程度。温度越高，表度。温度越高，表示物体内部分子热示物体内部分子热运动越剧烈。运动越剧烈。 模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温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！时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温温度传

3、感器温度传感器温度测量温度测量温度传感器温度传感器温度测量温度测量v热平衡：热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。理量。v分子物理学：分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。运动的剧烈程度。v能量：能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。状况的物理量。温度传感器温度传感器温度测量温度测量v温标：温标：温度的数值表示方法称为温标。温度的数值表示方法称为温标。v它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度

4、均由温标确定。的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。v目前常用的温标有：目前常用的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。学温标等。 温度传感器温度传感器温度测量温度测量v摄氏温标（摄氏温标（） 摄氏温标是在标准大气压摄氏温标是在标准大气压(即即101325Pa)下将水的冰点定下将水的冰点定为零度，水的沸点定为为零度，水的沸点定为100度，在这两固定点之间划分一度，在这两固定点之间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度百个等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，摄氏度，)。摄氏温。摄氏温标是工程上最通用的温度标尺。一般用小写字母标是工程上最通用的温度标尺。一般用小写字母t表

5、示。表示。v华氏温标（华氏温标（ ） 规定在标准大气压下冰的熔点为规定在标准大气压下冰的熔点为32华氏度，水的沸点为华氏度，水的沸点为212华氏度，两固定点间等分为华氏度，两固定点间等分为180份，每一等份称为华份，每一等份称为华氏一度，单位用氏一度，单位用 ， 它和摄氏温度的关系：它和摄氏温度的关系：t= 5/9 (f-32) F= 1.8t+32 热力学温标热力学温标是建立是建立在热力学第二定律基础在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是上的最科学的温标，是由开尔文（由开尔文（Kelvin）根据）根据热力学定律提出来的，热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它因此又称开氏温标。它的符号是的

6、符号是T，单位是开尔，单位是开尔文（文（K） 。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵像开尔文勋爵像温度传感器温度传感器温度测量温度测量温度传感器温度传感器温度测量温度测量v热力学温标（热力学温标（K） 热力学温标规定分子运动停止（即没有热存在）时的温热力学温标规定分子运动停止（即没有热存在）时的温度为绝对零度，水的三相点（气、液、固三态并存，且度为绝对零度，水的三相点（气、液、固三态并存，且进入平衡状态）温度为进入平衡状态）温度为273.16K，把从绝对零度到水的，把从绝对零度到水的三相点之间的温度均匀分为三相点之间的温度均匀分为273.16格，每格为格，每格为1K。 由于以前曾规定冰点温度为由于以

7、前曾规定冰点温度为273.15K，故现在沿用，故现在沿用这个规定进行换算。这个规定进行换算。15.273 tT温度传感器温度传感器温度测量温度测量v国际实用温标（国际实用温标（K） IPTS-68(International Practical Temperature Scale of 1968) ITS-90(1990年年1月月1日起全世界范围采用日起全世界范围采用) 国际实用温标规定热力学温度是基本温度。国际实用温标规定热力学温度是基本温度。 1K定义为水三相点热力学温度的定义为水三相点热力学温度的1/273.16，即热力学温，即热力学温标规定水的三相点温度为标规定水的三相点温度为273.

8、16 K，这是建立温标的惟，这是建立温标的惟一基准点。一基准点。 摄氏温度分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔摄氏温度分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1=1K。温度传感器温度传感器温度测量温度测量v 国际实用温标国际实用温标（IPTS-68）的）的固定点固定点物质物质平衡状态平衡状态温度温度T/KT/Kt/t/氢氢三相点三相点13.8113.81-259.31-259.31沸点沸点25/725/76atm6atm7.0427.042-256.108-256.108沸点沸点20.820.8-252.87-252.87沸点沸点27.10227.102-246.048-246.048氧氧三相

9、点三相点54.36154.361-218.798-218.798沸点沸点90.18890.188-182.962-182.962水水三相点三相点273.16273.160.010.01沸点沸点373.15373.15100.0100.0锌锌凝固点凝固点692.73692.73419.58419.58银银凝固点凝固点1235.081235.08961.93961.93金金凝固点凝固点1337.581337.581064.431064.43几种温标的对比几种温标的对比 人体正常体温为人体正常体温为3737 C C ，相当于华氏温度多少度？相当于华氏温度多少度？温度传感器温度传感器温度测量温度测量v

10、温度传感器的分类温度传感器的分类 按用途分类按用途分类：基准温度计、工业温度计；：基准温度计、工业温度计； 按测量方法分类按测量方法分类：接触式温度计、非接触式温：接触式温度计、非接触式温度计；度计； 按输出方式分类按输出方式分类：自发电型温度计、非电测型：自发电型温度计、非电测型温度计；温度计； 按工作原理分类按工作原理分类：膨胀式温度计、电阻式温度：膨胀式温度计、电阻式温度计、热电式温度计、辐射式温度计等；计、热电式温度计、辐射式温度计等；温度传感器温度传感器温度测量温度测量名称名称工作原工作原理理典型示例典型示例膨胀式温膨胀式温度计度计体积热体积热膨胀膨胀玻璃制水银温玻璃制水银温度计度计

11、液体压力温度液体压力温度计计气体压力温度气体压力温度计计电阻式温电阻式温度计度计电阻变电阻变化化热电阻热电阻热敏电阻热敏电阻热电式温热电式温度计度计热电效热电效应应热电偶热电偶辐射式温辐射式温度计度计热辐射热辐射辐射源温度传辐射源温度传感器感器红外温度计红外温度计 按工作原理分类：按工作原理分类：温度传感器温度传感器温度测量温度测量v温度传感器的发展概况温度传感器的发展概况 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

12、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，相继年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工研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技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。器。温度传感器温度传感器温度测量温度测量v 温度传感器的发展方向温度传感器的发展方向 1超高温与超低温传感器，如超高温与超低温传感器，如+3000以上以上250以下。以下。 2提高温度传感器的精度和可靠性。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

13、的温度传感研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。器。 4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发发展新型产品，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；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及型热电偶以及各类非接触式温度传感器。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。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。发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。介绍几种温度测量方法介绍几

14、种温度测量方法 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；但感不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。温部件体积较大。 气体的体积与气体的体积与热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v 热电偶的热电偶的工作原理工作原理v 热电偶的热电偶的结构与种类结构与种类v 热电偶的热电偶的三大定律三大定律v 热电偶的热电偶的应用应用温度传感器温度传感

15、器热电偶热电偶热电偶测温热电偶测温 温差热电偶温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使（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。用最普遍的传感元件之一。 它具有结构简单，制造方便、它具有结构简单，制造方便、测量范围宽、测量范围宽、准确准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点。转换等优点。测量时不需外加电源测量时不需外加电源，使用十分方便，使用十分方便，常用来测量炉子、管道内的气体或液体温度，测量固常用来测量炉子、管道内的气体或液体温度，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体以及固体壁面的温度。微型

16、热电偶还可用于快速及动态温度的测量。动态温度的测量。热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点v 1、它属于它属于自发电型自发电型传感器：测量时可以不需外传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；加电源，可直接驱动动圈式仪表；v 2、测温范围广测温范围广：下限可达：下限可达-270 C C ，上限可达，上限可达18001800 C C以上；以上；v 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。标准。结论：结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。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

17、端冷端 一、一、 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 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AB温度传感器温度传感器热电偶热电偶 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）明什么？） 。 显然，指

18、南针的偏转说明回路中有电动势产显然，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，电流的强弱与两个结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。点的温差有关。 温度传感器温度传感器热电偶热电偶温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 将将两种不同成分的导体或半导体两种不同成分的导体或半导体A和和B组合成一个组合成一个闭闭合回路合回路，当闭合回路的，当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场两个接点分别置于不同的温度场中中时（设时（设TT0），回路中将产生一个电动势，该电动势的），回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象方向和大小与导体的

19、材料及两接点的温度有关，这种现象叫做叫做热电效应热电效应。v 回路中所产生的热电势由两部分组成，一部分是两种回路中所产生的热电势由两部分组成，一部分是两种导体的导体的接触电动势接触电动势，另一部分是单一导体的，另一部分是单一导体的温差电动势温差电动势。 温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 接触电动势接触电动势 当当A和和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同（电子密度不同），则电子在两体积的自由电子数目不同（电子密度不同），则电子在两个方向上扩散的速率就不同。个方向上扩散的速率就不同。 接触电势的大小与温度高低及导体中的电子

20、密度（导体材接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度（导体材料）有关。与导体的直径、长度、几何形状无关。料）有关。与导体的直径、长度、几何形状无关。自由自由电子电子ABeAB（ T T ）T T温度传感器温度传感器热电偶热电偶温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 温差电动势温差电动势 导体导体A、B将其两端分别置于不同温度场中（将其两端分别置于不同温度场中（TT0），在导体内部，热端自由电子具有较大动能，向冷端移动，在导体内部，热端自由电子具有较大动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电，冷端得到电子带负电。因，从而使热端失去电子带正电，冷端得到电子带负电。因此，导体两端便产生一个由热端指向

21、冷端的静电场，该电此，导体两端便产生一个由热端指向冷端的静电场，该电场阻止电子从热端继续到冷端并使电子反方向移动，最后场阻止电子从热端继续到冷端并使电子反方向移动，最后达到动态平衡。这样，导体两端产生电位差，即温差电动达到动态平衡。这样，导体两端产生电位差，即温差电动势。势。 温差电动势大小取决于导体材料及两端温度。温差电动势大小取决于导体材料及两端温度。温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 热电偶回路的总电动势热电偶回路的总电动势 由导体材料由导体材料A、B组成的闭合回路，如果导体组成的闭合回路，如果导体A的电子密度的电子密度大于导体大于导体B的电子密度，且两接点温度不相等，分别为的电子密度，

22、且两接点温度不相等，分别为T、 T0，如果，如果TT0 ，则必存在着两个接触电势和两个温差电，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：势，回路总电势：温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 实践证明，热电偶回路中起主要作用的是接实践证明，热电偶回路中起主要作用的是接触电势，温差电势只占极小部分，可忽略不计。触电势，温差电势只占极小部分，可忽略不计。 只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同,且热电偶的两导体材且热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。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

23、的长度、粗细无关。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只有用不同性质的导体(或半导体或半导体)才能组合成热电才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。偶；相同材料不会产生热电势。温度传感器温度传感器热电偶热电偶温度传感器温度传感器热电偶热电偶 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。如果使E EABAB(T(T0 0)=)=常数，则回路热电势常数，则回路热电势E EABAB(T(T，T T0 0) )就是就是T T的单值函的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。数，这就是利用热电偶测温的原理。 这一

24、关系式在实际测温中得到广泛应用。因为冷端温度恒这一关系式在实际测温中得到广泛应用。因为冷端温度恒定，热电偶产生的热电势只随热端温度的变化而变化，即一定定，热电偶产生的热电势只随热端温度的变化而变化，即一定的热电势对应一定的温度，故只需用测量热电势的方法就可达的热电势对应一定的温度，故只需用测量热电势的方法就可达到测温的目的。到测温的目的。 对于各种不同金属组成的热电偶，温度与热电势间有不同对于各种不同金属组成的热电偶，温度与热电势间有不同的函数关系，一般用实验方法求取这个函数关系。通常令的函数关系，一般用实验方法求取这个函数关系。通常令t0=0，然后在不同温差下精确测定出回路总热电势，并将所测

25、结果列然后在不同温差下精确测定出回路总热电势，并将所测结果列成表格成表格（热电偶分度表）（热电偶分度表）供使用查询。供使用查询。二、热电偶的结构与种类二、热电偶的结构与种类 1 1、种类、种类八种国际通用热电偶：八种国际通用热电偶： B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6、R:R:铂铑铂铑1313铂、铂、S:S:铂铑铂铑1010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 用于制造热电偶的用于制造热电偶的各种热电偶丝各种热电偶丝温度传感器温度传感器热电偶热电偶分度号分度号 名称名称 测量温度范围

26、测量温度范围 1000 C热电势热电势/ mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬 (铝铝) -2701370 C C41.27641.276温度传感器温度传感器热电偶热电偶 2、几种常用热电偶的测温范围与热电势、几种常用热电偶的测温范围与热电势几种常用热电偶的几种常用热电偶的热电势与温度的关热电势与温度的关系曲线分析系曲线分析 ： 哪几种热电偶哪几种热电偶的测温上限较高？的测温上限较高？哪一种热电偶的灵哪一种

27、热电偶的灵敏度较高？哪一种敏度较高？哪一种热电偶的灵敏度较热电偶的灵敏度较低？哪几种热电偶低？哪几种热电偶的线性较差？的线性较差？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）？温度传感器温度传感器热电偶热电偶查热电偶的分度表查热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度为假设热电偶的冷端温度为0 0 C C，请根据镍铬，请根据镍铬- -镍硅镍硅（K K）热电偶的分度表，查出：）热电偶的分度表，查出：-80-80 C C、0 0 C C、8080 C C时的时的热电势。热电势。 比较查出的比较查出的3 3个热电势，可以看出热电势是个热电势，可以看出热电势是否线性？否线性？温度传

28、感器温度传感器热电偶热电偶K热电偶热电偶分度表分度表 由于是非线性由于是非线性的，因而在实的，因而在实际应用中要通际应用中要通过分度表的查过分度表的查表而非公式计表而非公式计算来得到被测算来得到被测温度值。温度值。3 3、热电偶的结构、热电偶的结构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温度传感器温度传感器热电偶热电偶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）工作端（热端）工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管 工业热电偶结构示意图工业热电偶结构示意图1接线盒；接线盒；2保险套管；保险套管；3绝缘套管；绝缘

29、套管；4热电偶丝热电偶丝1234温度传感器温度传感器热电偶热电偶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 铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝铠装热电偶的制造工艺：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

30、、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：内部的热电偶丝与外界空气隔铠装热电偶特点：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。机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。弯曲、超长等优点。 温度传感器温度传感器热电偶热电偶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

31、盒电缆线电缆线 结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆螺纹隔爆接合面接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。到预期的防爆、隔爆效果。 使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学

32、工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。温度传感器温度传感器热电偶热电偶其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶温度传感器温度传感器热电偶热电偶三、热电偶三大定律三、热电偶三大定律v 1、中间导体定律、中间导体定律v 2、中间温度定律、中间温度定律v 3、参考电极定律、参考电极定律温度传感器温度传感器热电偶热电偶1、中间导体定律、中间导体定律TABC

33、T0T0 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电势种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电势不变。不变。温度传感器温度传感器热电偶热电偶中间导体定律的应用中间导体定律的应用电位计接入热电偶回路电位计接入热电偶回路 根据上述原理，在热电偶回路中接入电位根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温，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。度相等，就不会影响回路中原来的热电势。TET0T1T1ET0T0T温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 此定律在使用中

34、不仅可以在此定律在使用中不仅可以在热电偶回路热电偶回路中接入各种类型的中接入各种类型的显示仪表显示仪表，也可将热电偶的两端，也可将热电偶的两端不焊接不焊接而是直接插入液态而是直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行金属中或直接焊在金属表面进行温度测量温度测量。只要保证与热。只要保证与热电偶连接处的电偶连接处的接点温度相等接点温度相等，就不会影响回路中原来的热，就不会影响回路中原来的热电势。电势。v 如果接入的如果接入的第三导体两端温度不等第三导体两端温度不等，热电偶回路的热电势，热电偶回路的热电势将发生变化，变化大小取决于导体性质和接点温度。因此将发生变化，变化大小取决于导体性质和接点温度。因

35、此，在测量中必须接入的第三导体，在测量中必须接入的第三导体不不宜采用与热电偶热电宜采用与热电偶热电性性质相差大质相差大的材料，否则，一旦材料两端温度有所变化，热的材料，否则，一旦材料两端温度有所变化，热电势的变化将很大。电势的变化将很大。 温度传感器温度传感器热电偶热电偶2、中间温度定律、中间温度定律 热电偶在两接点温度热电偶在两接点温度T1、T3时的热电势等于该热电时的热电势等于该热电偶在接点温度为偶在接点温度为T1、T2和和T2、T3时的相应热电势的代数时的相应热电势的代数和。和。 EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）BBA T2 T1 T3 AAB温度传

36、感器温度传感器热电偶热电偶中间温度定律的应用中间温度定律的应用只要只要T1、T0不变，接入不变，接入AB后不管接点温度后不管接点温度T2如何变化，如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。 当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料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同样热电特性的材料A、B即引入所谓即引入所谓补偿导线补偿导线时，当两接点温度相同时，回路总的热电势不变。时，当两接点温度相同时，回路总的热电势不变。热电偶补偿热电偶补偿导线接线图导线接线图ABT1AT0EB温度传感器温度传感器热电偶热电偶3、标准电极定律、标

37、准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶热电如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶热电势已知，它们的冷端和热端的温度又分别相等，则它们势已知，它们的冷端和热端的温度又分别相等，则它们相互间组成热电偶的热电势可由下式计算得到：相互间组成热电偶的热电势可由下式计算得到： EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB温度传感器温度传感器热电偶热电偶 例例1：热端温度：热端温度100，冷端温度，冷端温度0，镍铬合金，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为与纯铂组成的热电偶的热电动势

38、为2.95mv，考铜，考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势是与纯铂组成的热电偶的热电动势是-4.0mv，则镍，则镍铬铬-考铜组成的热电偶考铜组成的热电偶100时的热电动势是多少时的热电动势是多少？温度传感器温度传感器热电偶热电偶v 1、热电偶冷端的补偿、热电偶冷端的补偿v 2、分度表的查表方法、分度表的查表方法v 3、补偿导线的使用、补偿导线的使用四、四、 热电偶的应用热电偶的应用温度传感器温度传感器热电偶热电偶l 热电偶热电势的大小是热端温度热电偶热电势的大小是热端温度t和冷端温度和冷端温度t0的的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使

39、必须使冷端温度保持恒定冷端温度保持恒定；l 热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度 0为为依据，因而查表时对于冷端温度要特别关注。依据，因而查表时对于冷端温度要特别关注。因此，需要对热电偶进行冷端补偿因此，需要对热电偶进行冷端补偿1 1、热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿温度传感器温度传感器热电偶热电偶 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使t t0 0=0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。这种办法仅限于科学实验中使用。( (称冰浴法称冰浴法) )1.1 1.1 冷端恒温法冷端恒温法mVABABTCC仪表仪表铜导线铜导

40、线试管试管补偿导线补偿导线热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液T0温度传感器温度传感器热电偶热电偶用实际冷端温度用实际冷端温度t0查表得到修正电势查表得到修正电势EAB(t0,0)；利用公式计算利用公式计算查表得到查表得到tEAB(t，0)=EAB(t, t0)+EAB(t0， 0)1.2 1.2 计算修正法计算修正法解：查此种热电偶的分度表可知解：查此种热电偶的分度表可知EAB(21,0)=0.832mV EAB(t，0)=EAB(t，21)+EAB(21，0 0)=1.999+0.832=2.831mV 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

41、。例例1： 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t0，测得热电动势测得热电动势为为1.999mV，又用室温计测出，又用室温计测出t0=21,求求t？温度传感器温度传感器热电偶热电偶 利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化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。而引起热电势的变化值。R1、R2、R3(锰铜丝锰铜丝)、RCu(铜丝铜丝) 设计时，在设计时，在0下使电桥平衡下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，供电，供电4V直流直流，在，在040或或- -2020的范围起补偿作用。的范围起补偿作用。1.3

42、 1.3 电桥补偿法热电偶传感器电桥补偿法热电偶传感器温度传感器温度传感器热电偶热电偶T0Uab EAB(T,T0)T0TAB+-abURCuR1R2R3Rmv1.4 1.4 显示仪表机械调零法显示仪表机械调零法 当热电偶直接连接测温仪表时，可在测温仪当热电偶直接连接测温仪表时，可在测温仪表上直接读取温度值，但是要注意应将仪表零位表上直接读取温度值，但是要注意应将仪表零位调至实际零端温度值调至实际零端温度值的刻度上，否则将产生较大的刻度上，否则将产生较大误差。误差。温度传感器温度传感器热电偶热电偶由于热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法。由于热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法。 我国从我

43、国从1991年开始采用国际计量委员会规定的年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新标准。按此）的新标准。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。成电路与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时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：的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为自由端（冷端）温度必须为0 0 C C。温度传感器温度传感器热电偶热电偶2、分度表的查法、分度表的查法 例例2：用镍铬：用镍铬-镍硅热电偶测炉温，当冷端温度是镍硅热电偶测炉温，当

44、冷端温度是30时（恒定），测出热端温度为时的热电势为时（恒定），测出热端温度为时的热电势为39.17mv，求炉子的真实温度。，求炉子的真实温度。 温度传感器温度传感器热电偶热电偶AB例例3 3：设接线盒温度：设接线盒温度t t1 1=0=0 C C，t t2 2=20=20 C C ，t t3 3=40=40 C C ，根据，根据以下电路中的毫伏表的示值以下电路中的毫伏表的示值U=30mvU=30mv及及K热电偶的分度表，热电偶的分度表，查出热端的温度查出热端的温度tx 。温度传感器温度传感器热电偶热电偶ABK热电偶的分度表热电偶的分度表 t t0 0=20;=20; E EABAB(t,0)

45、= E(t,0)= EABAB(t,20)+ E(t,20)+ EABAB(20,0)(20,0) = = 3030+0.798=30.798mv;0.798=30.798mv; t=740t=740 例例1 中中 t0=21得：得：EAB(21,0)=0.832mV EAB(t，0)=2.831mV 得：得：t=68121121ttttEEEE温度传感器温度传感器热电偶热电偶使用补偿导线的作用：使用补偿导线的作用：将热电偶的冷端延长，使得冷将热电偶的冷端延长，使得冷端远离测温现场，便于冷端恒温；同时可节约大量贵金端远离测温现场，便于冷端恒温；同时可节约大量贵金属，且便于敷设安装。属，且便于敷

46、设安装。使用注意事项：使用注意事项：1 1）补偿导线要与相应热电偶匹配，且极性不可接错；）补偿导线要与相应热电偶匹配，且极性不可接错；2 2）补偿导线与热电偶热电极的两个接点必须同温度；）补偿导线与热电偶热电极的两个接点必须同温度；3 3）补偿导线必须在规定温度范围使用。）补偿导线必须在规定温度范围使用。温度传感器温度传感器热电偶热电偶3 3、补偿导线的使用、补偿导线的使用 常用热电偶补偿导线常用热电偶补偿导线补偿导线补偿导线型号型号配用热电偶分度号配用热电偶分度号补偿导线材料补偿导线材料绝缘层颜色绝缘层颜色正极正极负极负极正极正极负极负极SCS（铂铑（铂铑10铂）铂）铜铜镍铜镍铜红红绿绿KC

47、K（镍铬（镍铬镍硅）镍硅）铜铜康铜康铜红红(黄黄)KXK（镍铬（镍铬镍硅）镍硅）镍铬镍铬镍硅镍硅红红黑黑EXE（镍铬（镍铬康铜）康铜）镍铬镍铬康铜康铜红红蓝蓝JXJ（铁（铁康铜）康铜）铁铁康铜康铜红红紫紫TXT（铜（铜康铜）康铜）铜铜康铜康铜红红白白常州信息职业技术学院常州信息职业技术学院传知万物传知万物 感创未来感创未来温度传感器温度传感器 热电偶热电偶 热电阻与热敏电阻热电阻与热敏电阻 集成温度传感器集成温度传感器v 一、热电阻的一、热电阻的工作原理工作原理v 二、热电阻的二、热电阻的种类种类v 三、热电阻的三、热电阻的特性特性v 四、热电阻的四、热电阻的应用应用温度传感器温度传感器热电阻

48、热电阻 金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于-200-200+850+850温度测量；温度测量； 材料多为纯材料多为纯铂铂金属丝金属丝( (也有也有铜铜、镍、镍) )，绕制在云母，绕制在云母板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。温度传感器温度传感器热电阻热电阻一、金属热电阻的工作原理一、金属热电阻的工作原理 温度升高，金属内部原子晶格的振动温度升高，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，我们称其为正温度率变大，电阻

49、值增加，我们称其为正温度系数，即系数，即温度越高电阻值也越大温度越高电阻值也越大。 温度传感器温度传感器热电阻热电阻 取一只取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量电阻值，发现其灯泡，用万用表测量电阻值，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多少？冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值多少？ 温度传感器温度传感器热电阻热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 温度传感器温度传感器热电阻热电阻热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 温度传感器温度传感器热电阻热电阻薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻

50、温度传感器温度传感器热电阻热电阻二、金属热电阻的种类二、金属热电阻的种类 小型铂热电阻小型铂热电阻 温度传感器温度传感器热电阻热电阻防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 温度传感器温度传感器热电阻热电阻汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻温度传感器温度传感器热电阻热电阻1、热电阻的分度号三、金属热电阻的特性三、金属热电阻的特性 热电阻的温度特性反映了其阻值与温度的关系热电阻的温度特性反映了其阻值与温度的关系2、热电阻温度特性分度号分度号=材料的材料的化学元素符号化学元素符号+0时的阻值时的阻值例如：例如：Pt100（铂电阻（铂电阻0 时阻值为时阻值为100） Cu50（铜

51、电阻（铜电阻0 时阻值为时阻值为50 ）温度传感器温度传感器热电阻热电阻在在0850范围内，铂电阻的电阻值与温度的关系为范围内，铂电阻的电阻值与温度的关系为 在在2000范围内为：范围内为： R0、Rt温度为温度为0及及t时的铂电阻的电阻值；时的铂电阻的电阻值； A、B、C常数值，其中：常数值，其中： A=3.9684710-3-1或或3.9485110-3-1 B=5.84710-7-2或或5.85110-7-2 C=4.2210-12-4或或4.0410-12-4Rt=R0（1+At+Bt2）Rt=R01+At+Bt2+C(t-100) t3 (1)(1)铂电阻的温度特性铂电阻的温度特性温

52、度传感器温度传感器热电阻热电阻(2)铜电阻的温度特性铜电阻的温度特性在在-50 150范围内，铜电阻电阻值与温度的关系为范围内，铜电阻电阻值与温度的关系为Rt=R0（1+At）式中式中 R0、Rt温度为温度为0及及t时的铜电阻的电阻值；时的铜电阻的电阻值； A常数值，常数值， A=4.2810-3-1温度传感器温度传感器热电阻热电阻学习查学习查“铂热电阻分度表铂热电阻分度表”121121ttttRRRR例：查例：查Pt100在阻值为在阻值为170时的温度？时的温度？180190180t168.48172.17168.48170温度传感器温度传感器热电阻热电阻 铂电阻的纯度以铂电阻的纯度以R10

53、0/R0表示，表示，R100表示在表示在标准大气压下水沸点时的铂电阻值。国际温标标准大气压下水沸点时的铂电阻值。国际温标规定，作为基准器的铂电阻，其规定，作为基准器的铂电阻，其R100/R0不得小不得小于于1.3925。我国工业用铂电阻。我国工业用铂电阻R100/R0=1.391。（3）百度电阻比）百度电阻比温度传感器温度传感器热电阻热电阻四、金属热电阻的应用四、金属热电阻的应用 热电阻是中低温区常用的一种测温元件。它的主要特点是热电阻是中低温区常用的一种测温元件。它的主要特点是测量精度高测量精度高，性能稳定性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。其中铂热电阻的测量精确度最高。 由于热电阻自身

54、阻值随温度变化很小，当由于热电阻自身阻值随温度变化很小，当热电阻作为电桥热电阻作为电桥的一个桥臂电阻时，其连接导线（从热电阻到显示仪表）也将的一个桥臂电阻时，其连接导线（从热电阻到显示仪表）也将成为桥臂电阻的一部分，这部分电阻是未知的且也随温度而变成为桥臂电阻的一部分，这部分电阻是未知的且也随温度而变化，故而会造成测量误差，因此通常采用化，故而会造成测量误差，因此通常采用三线制电桥三线制电桥。 采用三线制电桥，可将引线电阻接在相邻桥臂上，根据采用三线制电桥，可将引线电阻接在相邻桥臂上，根据相相邻桥臂相同变化量可相互抵消邻桥臂相同变化量可相互抵消的理论，则可消除引线电阻对电的理论，则可消除引线电

55、阻对电桥的影响。桥的影响。温度传感器温度传感器热电阻热电阻采用采用三线制三线制电桥可有效电桥可有效减小引线电阻对输出的影响减小引线电阻对输出的影响温度传感器温度传感器热电阻热电阻相邻桥臂产生相邻桥臂产生相同变化量可相同变化量可相互抵消相互抵消铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器温度传感器温度传感器热电阻热电阻旋转式机械旋转式机械设定开关设定开关 拨码式拨码式 设定开关设定开关可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱温度传感器温度传感器热电阻热电阻v 一、热敏电阻的一、热敏电阻的工作原理工作原理v 二、热敏电阻的二、热敏电阻的种类种类v 三、热敏电阻的三、热敏电阻的技术指标技术指标v

56、 四、热敏电阻的四、热敏电阻的应用应用温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻一、热敏电阻的工作原理一、热敏电阻的工作原理 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度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变化而变化的性质制成的。热敏电阻发展迅速，由于。热敏电阻发展迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（合下（-40-40350350）热敏电阻已逐渐取代传统的温）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。度传感器。温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻 热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成。热敏电阻用半导体材料氧化

57、复合烧结而成。热敏电阻符号热敏电阻符号 二、热敏电阻的二、热敏电阻的种类种类温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻热敏电阻按温度系数不同分类热敏电阻按温度系数不同分类 该类电阻的电阻值在某特定温度范围内随温度升高该类电阻的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低而降低34个数量级，即具有很大个数量级，即具有很大负温度系数负温度系数。1 1正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTCPTC） 电阻值随温度升高而增大的电阻，简称电阻值随温度升高而增大的电阻，简称PTC热敏电阻。热敏电阻。2 2负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTCNTC） 电阻值随温度升高而下降的电阻，简称电阻值随温度升高

58、而下降的电阻，简称NTC热敏电阻。热敏电阻。3 3突变型负温度系数热敏电阻（突变型负温度系数热敏电阻（CTRCTR）温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻热敏电阻的外形、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12345下图所示的五根曲线分下图所示的五根曲线分别为哪种热敏电阻？别为哪种热敏电阻？温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封

59、装热聚脂塑料封装热敏电阻敏电阻温度传感器温度传感器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温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻 贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻 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）温度传感器温度传感器热敏电阻热敏电阻非标热敏