06热电式传感器-03版

1、热电式传感器概述概述热电偶热电偶热电阻热电阻热敏电阻热敏电阻集成温度传感器集成温度传感器双金属温度传感器双金属温度传感器 热热 电电 温度是与人类生活息息相关的物理量。温度是与人类生活息息相关的物理量。 光、声的强度即使增大光、声的强度即使增大10，也不会对人们的感觉有太大的影响，也不会对人们的感觉有太大的影响，但是但是空间温度的变化却对人类有较大影响空间温度的变化却对人类有较大影响。 温度检测始于温度检测始于2000多年前。多年前。 工业生产自动化工业生产自动化流程，温度测量点要流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右占全部测量点的一半左右。 温度传感器是温度传感器是应用最广泛应用最广泛、发

2、展最快的传感器之一发展最快的传感器之一。 工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。的关系。 标准大气压：标准大气压：101，325 Pa。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。概述温度：衡量物体冷热程度的物理量，反映了物体内部温度：衡量物体冷热程度的物理量，反映了物体内部分子运动平均动能的大小分子运动平均动能的大小。温标：是温度的标尺，表示温度大小的尺度。温标：是温度的标尺，表示温度大小的尺度。温度的基本概念 随物体的热膨胀相对变化而引起的随物体的热膨胀相对变化而引起的体积

3、体积变化变化 蒸气压蒸气压的温度变化的温度变化 电极电极的温度变化的温度变化 热电偶热电偶产生的电动势产生的电动势 热电热电效应效应 介电介电常数、常数、导磁导磁率的温度变化率的温度变化 物质的物质的变色变色 热放射热放射 热噪声热噪声温度传感器的物理原理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电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶

4、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 2 Fe-Ni-Cu合金合金物物理理现现象象随温度呈线性变化随温度呈线性变化除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低除温度以外，特性对其它物理

5、量的灵敏度要低特性随时间变化要小特性随时间变化要小重复性好，没有滞后和老化重复性好，没有滞后和老化灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好能大批量生产，价格便宜能大批量生产，价格便宜无危险性，无公害无危险性，无公害温度传感器的要求分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称超高温用传感超高温用传感器器15001500以上以上光学高温计、辐射传感器光学高温计、辐射传感器高温用高温用传感器传感器1000100015001500光学高温计、辐射传感器、热电偶光学高温计、辐射

6、传感器、热电偶中高温用传感中高温用传感器器50050010001000光学高温计、辐射传感器、热电偶光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用中温用传感器传感器0 0500500低温用低温用传感器传感器-250-25000极低温用传感极低温用传感器器-270-270-250-250BaSrTiOBaSrTiO3 3陶瓷陶瓷晶体管、热敏电阻、晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计压力式玻璃温度计这个范围的测温传感器种类最多这个范围的测温传感器种类最多 测测 温温 范范 围围温度传感器分类分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称测温范围宽测温范围宽输出小输出小测温电阻器、晶体管、热电偶测温电阻器、晶

7、体管、热电偶半导体集成电路传感器、半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计压力式温度计、玻璃制温度计线性型线性型测温范围窄测温范围窄输出大输出大热敏电阻热敏电阻指数型指数型函数函数开关型开关型特性特性特定温度特定温度输出大输出大感温铁氧体、双金属温度计感温铁氧体、双金属温度计测测 温温 特特 性性温度传感器分类分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称测定精度测定精度0.10.10.50.5铂测温电阻、石英晶体振动铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计度计、光学高温计温度温度标准用标

8、准用测定精度测定精度0.50.555热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双热电偶、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、可控硅管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值绝对值测定用测定用管理温度管理温度测定用测定用相对值相对值1 155 测测 定定 精精 度度温度传感器分类输出电压（电流）与温度是线性关系用集成温敏传感器。输出电压（电流）与温度是线性关系用集成温敏传感器。要求较高测量精度时选用晶体温敏传感器。要求较高测量精度时选用晶体温敏传感器。接触式测温，被测物的

9、热容量远大于传感器的热容量。接触式测温，被测物的热容量远大于传感器的热容量。测量移动物体的温度、高温物体的温度应用辐射式温度计。测量移动物体的温度、高温物体的温度应用辐射式温度计。非接触的测量精度难达到非接触的测量精度难达到1 1C C以下。以下。铂（铜）热电阻具有正温度系数。要消除引线内阻的影响。铂（铜）热电阻具有正温度系数。要消除引线内阻的影响。热敏电阻与温度是对数变化，要线性化。热敏电阻与温度是对数变化，要线性化。双金属片温度计温度变化直接引起机械变化。双金属片温度计温度变化直接引起机械变化。温度传感器选用热电偶热电偶热电效应热电效应 将两种不同性质的导体将两种不同性质的导体A A，B

10、B串接成一个闭合回路，如果两串接成一个闭合回路，如果两接合点接合点处的处的温度不同（温度不同（T T00T T），则在），则在两导体间两导体间产生产生热电势热电势，并在回路中有一定，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为大小的电流，这种现象称为热电效应热电效应。这种现象早在。这种现象早在18211821年首先由西年首先由西拜克（拜克（SeebackSeeback）发现）发现, ,所以又称所以又称西拜克效应西拜克效应。热电偶（Thermocouple） 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。 热热电极电极A A自由端自由端参考端参考端冷端冷端测

11、量端测量端工作端工作端热端热端热热电极电极B B热电势热电势AB回路中两种导体叫回路中两种导体叫热电极热电极工作端或工作端或热端热端（T T）参比端或参比端或冷端冷端（T0T0）这两种导体的组合并将温这两种导体的组合并将温度转换成热电动势的传感器度转换成热电动势的传感器叫做叫做热电偶热电偶。热电势热电势是由两种导体的是由两种导体的接接触电势触电势和单一导体的和单一导体的温差电温差电势势所组成。所组成。（1 1）接触电势接触电势不同金属不同金属导体接触，在接触表面形成一个稳定的电位差，导体接触，在接触表面形成一个稳定的电位差，叫做接触电势。叫做接触电势。（2 2）温差电势温差电势单一导体单一导体

12、，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，即单一导体的温差电势。即单一导体的温差电势。()lnAABBNkTeTeNdTTTeTTAA0),(0接触电势接触电势: :e eABAB(T(T) ) 导体导体A A、B B结点在温度结点在温度 T T 时形成的接触电动势；时形成的接触电动势；e e 单位电荷，单位电荷， e =1.6e =1.61010-19-19C C；k k 波尔兹曼常数，波尔兹曼常数， k =1.38k =1.381010-23-23 J/K J/K；N NA A、N NB B 导体导体A A、B B在温度为在温度为 T T 时的时的电

13、子密度电子密度。温差电势温差电势: :e eA A(T(T，T0)T0)导体导体A A两端温度为两端温度为T T、T0T0时形时形成的温差电动势；成的温差电动势；T T，T T0 0高低端的绝高低端的绝对温度；对温度； A A汤姆逊系数汤姆逊系数，表示导体表示导体A A两端的温度两端的温度差为差为11时所产生的温时所产生的温差电势差电势，例如在，例如在00时，时，铜铜的的=2V/=2V/电子从浓度高的往浓度低的跑；电子从浓度高的往浓度低的跑；电势从浓度高的指向浓度低的。电势从浓度高的指向浓度低的。电势与电压方向相反。电势与电压方向相反。电势是电源内部方向表示，电压是外界表现。电势是电源内部方向

14、表示，电压是外界表现。BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABAB由于在由于在金属中自由电子数目很多金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的，温度对自由电子密度的影响很小，故影响很小，故温差电动势可以忽略温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。主要作用的是接触电动势。 000ln,TfTfNNTTekTTEBAABBTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAA

15、BABAB在工程应用中，测出回路总电势后，用查在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表热电偶分度表的方法确定被测温度。的方法确定被测温度。八种国际通用热电偶八种国际通用热电偶（热电偶分度号热电偶分度号） ： 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 ； B B: :铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 ：偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义

16、化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600，短期最高使用温度为1800。R R: :铂铑铂铑1313铂铂：偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300，短期最高使用温度为1600。 如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确

17、定，并将不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出温度下测得的结果列成表格，编制出热电势热电势与与温度温度的的对照表对照表，即，即分度表分度表。直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约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：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 。供查阅使用，每供查阅使用，每1010分档分档 。中间值按内插法计算中间值按内插法计算。()MLMLHLHLEEttttEE热电偶的基本定律热电偶的基本定律1.1.匀质导体匀质导体定律定律2.2.中间温度中间温度定律（连接导体定律）定律（连

18、接导体定律）3.3.中间导体中间导体定律定律匀质导体定律匀质导体定律由一种由一种均质导体均质导体组成的组成的闭合回路闭合回路，不论其导体是，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流否存在温度梯度，回路中没有电流( (即不产生电动即不产生电动势势) )；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极热电偶必须采用两种不同材料作为电极。000,( )()lnAABABABBkNET TeTeTTTeN中间温度定律（连接导体定律）中间温度定律（连接导体定律）热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度分别为T T、T

19、0T0时的热电动势等时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为于该热电偶在接点温度分别为T T、TnTn和接点温度分和接点温度分别为别为TnTn、T0T0时的相应热电动势的代数和。时的相应热电动势的代数和。能实现冷端迁移能实现冷端迁移 0000ABABEETTETETETETETETETTTTABABABABnABnABABnn，()()()00+=TTETTETTEnABnABAB，AB0ABAB0ABAB0EE0E0:E0E0nTTTTTTT0， ，时对于冷端温度不是零度时，热电偶为如何分度表对于冷端温度不是零度时，热电偶为如何分度表的问题提供了依据。的问题提供了依据。只要只要A A、B B

20、组成的热电偶在冷端温度为零时的组成的热电偶在冷端温度为零时的“热热电动势电动势 温度温度”关系已知，则它在冷端温度不为关系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。零时的热电动势即可知。中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中分别中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料引入与导体材料A A、B B相同热电特性相同热电特性的材料的材料C C、D D即引即引入所谓入所谓补偿导线补偿导线时，只要它们之间时，只要它们之间连接的两点温度连接的两点温度相同相同，则总回路的热电动势与两连接点温度无关，则总回路的热电动势与两连接点温度无关，只与热电偶两端的温度有关。只与热电偶两端的温度有关。

21、能实现冷端迁移能实现冷端迁移中间温度定律中间温度定律T T1BAT1 T0BATT0BA+=),),(),(0011TTETTETTEABABAB（中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中接入在热电偶回路中接入第三种导体第三种导体称称中间导体中间导体C C，只要，只要引入点（引入点（第三种导第三种导体的两接点体的两接点）温度相同）温度相同，热电偶，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响回路总电动势不受中间导体接入的影响。在热电偶回路中接入电位计在热电偶回路中接入电位计E E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点，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。温度相等，

22、就不会影响回路中原来的热电势。ET0T0TET0T1T1TABABCC不能实现冷端迁移不能实现冷端迁移0ABBA0ABAB0AB0ETT=ET,0 +ET ,0=ET,0ET ,0 =ETT总，0ABBA0AC1CA1ETT =ET,0 +ET ,0 +ET,0 +ET,0总，AC1CA1ET ,0ET ,0AAB0ABAB00BkNET,T e(T)-e(T )=TT lneNAB0ABAB0ABAB0ABBA0ETT = ET 0 + E0T = ET 0ET 0 = ET 0 + ET 0， -，A BC0A BBC0CA0ETT=E0 +ET 0 +ET 0T，0A BA B00TTT

23、 ,0ET , 0,A BEEETT总，0,TE0,TE0,TE0AB0CA0BCA BB C00C A0E,0+ ET,0+ ETT,0= 0产生热电势条件：两电极材料不同，两接点温度不同。产生热电势条件：两电极材料不同，两接点温度不同。热电势大小与热电极的几何形状和尺寸无关。热电势大小与热电极的几何形状和尺寸无关。热电势的极性：热端失去电子为正，获得电子为负热电势的极性：热端失去电子为正，获得电子为负000()()()ABBAABETTETTETT 热电势的极性：热端失去电子为正，获得电子为负，且有：，铂铑铂铑10铂热电偶测温，参考冷端温度为室铂热电偶测温，参考冷端温度为室21，测得，测得

24、mVTEAB465. 0)21(，查表查表mVEAB119. 0)021(，则则mVTEAB584. 0119. 0465. 0)0(，由此查分度表由此查分度表 T92若直接用若直接用0.465mV查表，则查表，则T75。不能将不能将752196作为实际温度。作为实际温度。在某特定条件下材料在某特定条件下材料A A与铂配对的热电势为与铂配对的热电势为13.967mV13.967mV，材，材料料B B与铂配对的热电势为与铂配对的热电势为8.345mV8.345mV，求出在此特定条件下材，求出在此特定条件下材料料A A与材料与材料B B配对后的热电势。配对后的热电势。根据中间导体定律结论公式，有：

25、根据中间导体定律结论公式，有：E EABAB（T, T0T, T0）= E= EACAC（T, T0T, T0）+ E+ ECBCB（T, T0T, T0）依题意可知：依题意可知：E EACAC（T, T0T, T0）13.967mV13.967mV；E ECBCB（T, T0T, T0）8.345mV8.345mV则：则：E EABAB(T, T0)(T, T0)13.967mV13.967mV8.345mV8.345mV5.622 mV5.622 mV因此，在此特定条件下材料因此，在此特定条件下材料A A与材料与材料B B配对后的热电势为配对后的热电势为5.622 mV5.622 mV。几

26、种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线热电偶的结构型式热电偶的结构型式工业用普通型热电偶工业用普通型热电偶铠装式热电偶（又称铠装式热电偶（又称套管式热电偶套管式热电偶）快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶热电偶热电偶接点焊接接点焊接要求：要求：不引入第三种材料不引入第三种材料，接点，接点大小适当大小适当。电极之间绝缘电极之间绝缘：热电偶电极的绝缘方法热电偶电极的绝缘方法（a）裸线裸线热电偶；热电偶； （b）珠形绝缘珠形绝缘热电偶；热电偶；（c）双孔绝缘子双孔绝缘子热电偶；（热电偶；（d）石棉绝缘管石棉绝缘管热电偶热电偶安装

27、安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰工业用普通型热电偶工业用普通型热电偶铠装热电偶铠装热电偶由由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的而成的坚实组合体坚实组合体, , 可以做得很可以做得很细长细长, , 使用中随需要能使用中随需要能任意弯曲任意弯曲。快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热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电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。其成薄膜装热电偶。其热接点极热接点极薄薄(0.01(0.010.lm)0.lm) 。特别适用于对特别适用于对壁面温度的快壁面温度的快速测量速测量。安装时。

28、安装时, ,用粘结剂将用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。尺它粘结在被测物体壁面上。尺寸为寸为 60606 60.2mm; 0.2mm; 测温范测温范围在围在300300以下；反应时间仅以下；反应时间仅为几为几msms。快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶可测钢水的温度。用直径为可测钢水的温度。用直径为0.050.050.lmm0.lmm的铂铑的铂铑1010一铂铑一铂铑3030热电偶装在热电偶装在U U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。用保护钢帽所组成。快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶快速消耗微型

29、热电偶快速消耗微型热电偶热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当端温度有关，只有当冷端温度恒定冷端温度恒定，通过测量热电势的大小，通过测量热电势的大小得到热端的温度。得到热端的温度。 热电偶热电偶分度表分度表给出的热电势是以给出的热电势是以冷端温度冷端温度00为依据，否则为依据，否则会产生误差。会产生误差。在实际应用中，由于热电偶的冷端与热端距离通常很近，在实际应用中，由于热电偶的冷端与热端距离通常很近，冷端（接线盒处）又暴露于空间，受到周围环境温度波动的冷端（接线盒处）又

30、暴露于空间，受到周围环境温度波动的影响，冷端温度很难保持稳定，保持在影响，冷端温度很难保持稳定，保持在00就更难。因此必就更难。因此必须采取措施，须采取措施，消除冷端温度变化和不为消除冷端温度变化和不为00所产生的影响所产生的影响，进行冷端温度补偿。进行冷端温度补偿。热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿1. 1. 补偿导线补偿导线法法2. 2. 热电偶冷端温度恒温法热电偶冷端温度恒温法3. 3. 计算修正法计算修正法4. 4. 电桥补偿法（冷端补偿器法）电桥补偿法（冷端补偿器法）补偿导线法补偿导线法热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先

31、使用补偿导线将冷使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为，再考虑将冷端处理为。工程中采用一种补偿导线。在工程中采用一种补偿导线。在0 0100100温度范围内，要求补偿导线和温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有所配热电偶具有相同的相同的热电特性热电特性。热电偶补偿导线功能：热电偶补偿导线功能：实现了冷端迁移；降低了电路成本。实现了冷端迁移；降低了电路成本。常用补偿导线常用补偿导线热电偶补偿导线热电偶补偿导线补偿导线法需注意问题补偿导线法需注意问题补偿导线只能用在规定的温度范围内（补偿导线只能用在规定的温度范围内（01000100）；）；热电偶

32、和补偿导线的两个热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同接点处要保持温度相同；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连；补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连；补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。冷端温度恒温法冷端温度恒温法将热电偶冷端置于将热电偶冷端置于冰水混合物冰水混合物的的00恒温器内，使其工作与分度状态达恒温器内，使其工作与分度状态达到一致。通常用于实验室或精密的温度测量。到一致。通常用于实验室或精密的温度测量。中间温度定律中间导体定律计算修正法计算修正法热电势修正法热电势修

33、正法在实际应用中，热电偶的在实际应用中，热电偶的参比端往往不是零，而是环境温度参比端往往不是零，而是环境温度，这时测，这时测量出的量出的回路热电势要小回路热电势要小，因此必须，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。后才能符合热电偶分度表的要求。 )0 ,(),()0 ,(11TETTETE例例：铂铑：铂铑1010铂热电偶测温，参考冷端温度为室温铂热电偶测温，参考冷端温度为室温2121，测得，测得查表得：查表得：则：则：查分度表得被测热端温度为：查分度表得被测热端温度为：T T9292。mVTEAB465. 0)21

34、(，mVEAB119. 0)021(，mVTEAB584. 0119. 0465. 0)0(，计算修正法计算修正法温度系数修正法温度系数修正法由实测热电势由实测热电势E EABAB（T T，TnTn）查表，得）查表，得T T ，则，则真实温度为：真实温度为： T TT T kTnkTnk k为热电偶为热电偶修正系数修正系数，决定于热电偶种类和被测温度范围。，决定于热电偶种类和被测温度范围。例例：铂铑：铂铑1010铂热电偶测温，参考冷端温度为铂热电偶测温，参考冷端温度为2121，实测，实测E EABAB(T(T，TnTn) =0.465mV) =0.465mV查分度表：查分度表：T T =75=

35、75；查修正系数表，查修正系数表，对应于对应于7575的补正系数的补正系数 k=0.82k=0.82：k=0.82k=0.82，TnTn =21 =21，则实际温度：则实际温度：T=75+0.82T=75+0.8221=92.221=92.2温度温度T /补正系数补正系数k铂铑铂铑10-铂铂(S)镍铬镍铬-镍硅（镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5

36、214000.5215000.5316000.53热电偶修正系数热电偶修正系数 电桥补偿法（电桥补偿法（冷端补偿器冷端补偿器法）法）冷端温度自动补偿冷端温度自动补偿。R R1 1、R R2 2、R R3 3、R RW W为为锰铜电阻锰铜电阻，阻值几乎不随温度变，阻值几乎不随温度变化，化，R RCuCu为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。T T0 0=0=0时，时，R R1 1=R=R2 2=R=R3 3= =R RCuCu，电桥输出电桥输出U Uabab=0=0，对热电偶电势无影响。，对热电偶电势无影响。T T0 000时，时，U Uabab00，使，使U Ua

37、bab =U(T=U(T0 0 ,0 )= E ,0 )= EABAB(T(T0 0 ,0) ,0)，热电偶的热电势得到自动补偿。，热电偶的热电势得到自动补偿。 电桥补偿电桥补偿法法（冷端补偿器冷端补偿器法法）冷端温度自动补偿冷端温度自动补偿。R R1 1、R R2 2、R R3 3、R RW W为为锰铜电阻锰铜电阻，阻值几乎不随温度变化，阻值几乎不随温度变化，R RCuCu为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。T T0 0=0=0时，时，R R1 1=R=R2 2=R=R3 3= =R RCuCu，电桥输出，电桥输出U Uabab=0=0，对热电偶电势无影响。，

38、对热电偶电势无影响。T T0 000时，时，U Uabab00，U Uabab =U(T =U(T0 0 ,0 )= E ,0 )= EABAB(T(T0 0 ,0) ,0)，热电势得到自动补偿。，热电势得到自动补偿。 热电偶的优缺点热电偶的优缺点优点：优点：1.1.温度转为电量，方便记录与控制；温度转为电量，方便记录与控制；2.2.价廉容易买到，测量方法简单而且精度高，测量时间较短；价廉容易买到，测量方法简单而且精度高，测量时间较短；3.3.测量范围宽，根据灵敏度与寿命选用种类与测量范围宽，根据灵敏度与寿命选用种类与线径线径；4.4.可测较小物体温度以及狭窄场所的温度；可测较小物体温度以及狭

39、窄场所的温度；5.5.被测物体与计量仪器的距离可较远。被测物体与计量仪器的距离可较远。缺点：缺点：1.1.需要绝缘管和保护管及需要绝缘管和保护管及基准接点基准接点；2.2.精度为精度为0.2%0.2%左右；左右；3.3.高温或长期使用时，定期检查与更换；高温或长期使用时，定期检查与更换；4.4.组装时手接触或机油等使热电偶受到污染影响寿命，出现测温结点的组装时手接触或机油等使热电偶受到污染影响寿命，出现测温结点的断线故障。断线故障。金属金属热电阻传感器（简称热电阻传感器）热电阻传感器（简称热电阻传感器）利用导体的电阻随利用导体的电阻随温度变化的特性温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数（流量

40、、导电，对温度和与温度有关的参数（流量、导电率）进行检测的装置。率）进行检测的装置。热电阻传感器由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成热电阻传感器由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成主要优点是：测量精度高；有较大的测量范围，尤其在主要优点是：测量精度高；有较大的测量范围，尤其在低温；易于使用在自动测量和远距离测量中；与热电偶低温；易于使用在自动测量和远距离测量中；与热电偶相比，它没有参比端误差问题。相比，它没有参比端误差问题。热电阻热电阻热电阻金属电阻的温度系数TCR-temperature coefficient of resistance 热电阻材料和常用热电阻热电阻材料和常用热电阻热电阻材料必须具

41、有以下特点：热电阻材料必须具有以下特点：高且稳定的温度系数高且稳定的温度系数和和大的电阻率大的电阻率，这样可以提高灵敏度，这样可以提高灵敏度和保证测量精度；和保证测量精度；热容量小热容量小且且良好的输出特性良好的输出特性，即电阻与温度的变化接近于，即电阻与温度的变化接近于线性关系线性关系；在使用范围内，化学、物理性能应保持在使用范围内，化学、物理性能应保持稳定稳定；良好的工艺性良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。，以便于批量生产，降低成本。目前使用最广泛的热电阻材料是铂和铜、镍。目前使用最广泛的热电阻材料是铂和铜、镍。铂铂热电阻（热电阻（目前最好材料）：目前最好材料）：主要作为标准电阻温度

42、计主要作为标准电阻温度计铜铜热电阻：测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围热电阻：测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为一般为50150。铂（热）电阻铂（热）电阻主要作为主要作为标准电阻温度计标准电阻温度计，长时间稳定的复现性可达，长时间稳定的复现性可达10-4 K ，是目前，是目前测温复现性最好测温复现性最好的一种温度计。的一种温度计。铂电阻的铂电阻的精度与铂的纯度精度与铂的纯度有关有关。铂电阻的纯度以铂电阻的纯度以R100/R0表表示。示。 W（100）越高，表示铂丝纯度越高。）越高，表示铂丝纯度越高。国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻

43、，W（100）1.3925。目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻，工业用铂电阻的纯度的纯度W（100）为）为1.3871.390。 我国的我国的W（100）为）为1.391。（。（ Rt：温度为t时的铂电阻的电阻值 ）0100)100(RRW 铂电阻特性方程铂电阻特性方程2301(100)tRRAtBtCtttt 2000温度 在时：201tRRAtttBt 0650温度 在 时：R R0 0、R Rt t温度为温度为0 0及及tt时的铂电阻的电阻值。时的铂电阻的电阻值。A A、B B、CC常数值，常数值，W(100)=1.391W(100)=1.391时

44、：时：A=3.96847A=3.968471010-3-3 B=B=5.8475.8471010-7-7 C= C=4.224.221010-12-12国家标准规定工业用标准铂电阻，百度电阻比国家标准规定工业用标准铂电阻，百度电阻比W(100) W(100) 为大于为大于1.3911.391，R R0 0分为分为5050和和100100两种，两种，分度号分度号分别为分别为Pt50Pt50和和Pt100Pt100，分度表可查阅。，分度表可查阅。 铂电阻分度表铂电阻分度表 铂电阻特性曲线铂电阻特性曲线铜（热）电阻铜（热）电阻精度要求不高且温度较低的场合：精度要求不高且温度较低的场合：50150温度

45、范围内温度范围内线性线性关系好，关系好，灵敏度比铂电阻高灵敏度比铂电阻高，容易提纯、，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。加工，价格便宜，复制性能好。易于氧化易于氧化，一般只用于，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的与铂相比，铜的电阻率低电阻率低，铜电阻的，铜电阻的体积较大体积较大。R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50和和Cu100，分，分度表可查阅。度表可查阅。03(4.254.2(1/8) 10tRRtCPt：A=3.9684710-3Cu电阻分度表电阻分度表

46、热电阻结构热电阻结构铜热电阻体结构示意图铜热电阻体结构示意图 铂热电阻体结构示意图铂热电阻体结构示意图 热电阻结构热电阻结构内部引线方式内部引线方式热电阻测量电路热电阻测量电路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 ：热热电阻。当温度变化时，只要电阻。当温度变化时，只要热电阻的三条引线长度和电阻温度系数热电阻的三条引线长度和电阻温度系数相同相同，它们的电阻变化就，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。，即不产生温度误差。三线制三线制：工业用热电阻一般采用：工业用热电阻一般采用热电阻测量电

47、路热电阻测量电路四线制四线制：实验室用高精度测量实验室用高精度测量热电阻测量电路热电阻测量电路恒流源恒流源G供电，供电，直流电位差计直流电位差计测量。测量。Rt=U/I利用利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。的性质制成的。优点优点： (1) (1) 热敏电阻的热敏电阻的温度系数大温度系数大，比金属热电阻大比金属热电阻大1010010100倍倍左右。左右。 （阻值在（阻值在1110M10M之间可供自由选择，之间可供自由选择，-40-40350350） (2) (2) 电阻率大，体积小，电阻率大，体积小，热惯性小热惯性小。 (3) (3) 结构简单

48、、机械性能好、稳定性好。结构简单、机械性能好、稳定性好。 （4 4）抗干扰能力强。）抗干扰能力强。 （5 5）材料加工容易、性能好、原料资源丰富，价格低廉。）材料加工容易、性能好、原料资源丰富，价格低廉。缺点缺点： 线性度较差线性度较差，复现性和互换性较差复现性和互换性较差。热敏电阻半导体材料的温度系数热敏电阻热敏电阻热敏电阻分类热敏电阻分类PTC热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数Positive Temperature Coefficient NTC热敏电阻热敏电阻很高的负温度系数很高的负温度系数 Negative Temperature Coefficient。 CTR热敏电阻热敏电阻临

49、界温度系数临界温度系数Chop Temperature Resistor突变型负温度系数突变型负温度系数热敏电阻热敏电阻1.1.温度特性温度特性（1）NTC型，在不太宽的温度范围内型，在不太宽的温度范围内（小于（小于450），电阻，电阻-温度特性温度特性经验公式经验公式RT、RT0温度为温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值；时热敏电阻器的电阻值；BNNTC热敏电阻热敏电阻的的材料常数材料常数。一般为一般为20006000，大小取决于热敏电阻的材料和尺寸。，大小取决于热敏电阻的材料和尺寸。热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性011exp0TTBRRNTT0ln11ln0TNTRTTBR1.1.温度

50、特性温度特性热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性为了使用方便，常取环境温度为为了使用方便，常取环境温度为25（T0=25=298K）作）作为参考温度，则为参考温度，则NTC热敏电阻器的热敏电阻器的电阻电阻温度温度关系式：关系式：29811exp25TBRRNT1.1.温度特性温度特性热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性（2）PTC型的电阻型的电阻温度特性，利用正温度热敏材料，在温度特性，利用正温度热敏材料，在居居里点里点附近结构发生相变引起附近结构发生相变引起导电率突变导电率突变来取得的：来取得的：10104 410103 310102 210100 0100100200200PTC热敏电阻器

51、的电阻温度曲线T T/C/CR/R/T Tp1p1T Tp2p21.1.温度特性温度特性热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR居里点（居里点（The Curie temperature ）19世纪末，著名物理学家皮埃尔世纪末，著名物理学家皮埃尔居里发现当磁石加热到居里发现当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫居里点。度叫居里点。 居里点居里点也称也称居里温度居里温度或或磁性转变点磁性转变点，是指材料可以在，是指材料可以在铁磁铁磁体和顺磁体之间改变的温度体和顺磁体之间

52、改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺，即铁电体从铁电相转变成顺电相引的相变温度。也可以说是发生一级相变的转变温度电相引的相变温度。也可以说是发生一级相变的转变温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。的磁场很难改变。当温度高于居里点温度时，该物质成为当温度高于居里点温度时，该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。可见：可见： PTC热敏电阻的热敏电阻的电阻温度系数电阻温度系数tp ，正好等于它的正好等于它的材料材料常数常数BP的值。的值。 PPTPTPT

53、TtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp1000lnln0TPTRTTBR0exp0TTBRRPTT（1 1）NTCNTC型热敏电阻的伏安特性。型热敏电阻的伏安特性。该曲线是在该曲线是在环境温度为环境温度为T0时的静态时的静态介质中测出的静态介质中测出的静态UI曲线。曲线。NTC热敏电阻的热敏电阻的静态伏安特性静态伏安特性2.2.伏安特性伏安特性热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性000011expexpTTNNUIRIRBTTTIRBTT T0：环境温度环境温度；T：热敏电阻的：热敏电阻的温升温升。000011expexpTTNNUIRIRBTTTIRBTT2.2.伏安特性伏安特

54、性热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性（2 2）PTCPTC型热敏电阻的伏安特性。型热敏电阻的伏安特性。热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数1.1.标称电阻标称电阻(Nominal Resistance)(Nominal Resistance)R R2525（冷阻冷阻）2.2.材料常数材料常数(Material (Material Constant)Constant)B BN N表征负温度系数表征负温度系数(NTC)(NTC) 材料的物理特性常数。材料的物理特性常数。B BN N值决定于材料的激活能值决定于材料的激活能E E，B BN N值随温度升高略有增加。值随温度升高略有增加。3.3.电阻

55、温度系数电阻温度系数(Thermal Coefficient of Resistance)(Thermal Coefficient of Resistance)(%/%/) )热敏电阻的温度变化热敏电阻的温度变化1 1 时电阻值的变化率。时电阻值的变化率。4.4.耗散系数耗散系数(Dissipation (Dissipation Constant)Constant)H H热敏电阻器温度变化热敏电阻器温度变化11所耗散的功率变化量。所耗散的功率变化量。5.5.时间常数时间常数( (TimrTimr Constant)Constant)在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到

56、在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的最终变量的63.263.2所需的时间。所需的时间。6.6.最高工作温度最高工作温度T Tmaxmax在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度7.7.最低工作温度最低工作温度T Tminmin在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。8.8.转变点温度转变点温度T Tc c热敏电阻器的热敏电阻器的“电阻电阻温度温度”特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。温度系数热

57、敏电阻和临界温度热敏电阻。9.9.额定功率额定功率(Rated (Rated Power)Power)P PE E热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下此功率下, ,它自身温度不应超过它自身温度不应超过TmaxTmax10.10.测量功率测量功率(Measured Power)(Measured Power) P P0 0热敏电阻器在规定的环境温度下热敏电阻器在规定的环境温度下, ,受到测量电流加热而引起的电阻值变受到测量电流加热而引起的电阻值变化不超过化不超过0.10.1时所消耗的功率。时所消耗的功

58、率。热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数11.11.工作点电阻工作点电阻R RG G在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。某一给定的电阻值。 12.12.工作点耗散功率工作点耗散功率P PG G电阻值达到电阻值达到R RG G时所消耗的功率。时所消耗的功率。13.13.功率灵敏度功率灵敏度K KG G热敏电阻器在工作点附近消耗功率热敏电阻器在工作点附近消耗功率lmWlmW时所引起电阻的变化，在工作范围时所引起电阻的变化，在工作范围内，内，K KG G随环境温度的变化略有改变。随环境温度的

59、变化略有改变。14.14.稳定性稳定性热敏电阻在各种使用环境中，保持原有特性的能力。热敏电阻在各种使用环境中，保持原有特性的能力。15.15.热电阻值热电阻值R RH H指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时, ,电阻器达到热平电阻器达到热平衡状态时的电阻值。衡状态时的电阻值。热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数16.16.加热器电阻值加热器电阻值RrRr指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件下的电阻值。指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件下的电阻值。17.17.最大加热电流最大加热电流I Imaxmax指旁热式热敏电

60、阻器上允许通过的最大电流。指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流。18.18.标称工作电流标称工作电流I I指在环境温度指在环境温度2525时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。时加热器内的电流。19.19.标称电压标称电压在规定温度下标称工作电流所对应的电压值。在规定温度下标称工作电流所对应的电压值。20.20.元件尺寸元件尺寸指热敏电阻器的截面积指热敏电阻器的截面积A A、电极间距离、电极间距离L L和直径和直径d d。热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式构成：构成：热敏探头热敏探头