传感器课件第九章

1、1 温度是表征物体冷热程度的参数，是六个基本物理量之一。通常把长度、时间、质量等基本物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体长度的两倍。温度是一种“内涵量”，叠加原理不再适用，例如把两瓶90 的水倒在一起，其温度绝不可能增加，更不可能成为180 。 自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多产品生产过程中，温度的测量与控制都直接和产品质量、生产效率、节约能源、安全生产等重要经济技术指标相联系。在工农业生产和科学研究的各个领域中，温度的测量占有重要的地位。 最早的温度计是伽利略于1597年提出的，它是利用空气热膨胀的温度计。这种气

2、体温度计可测定绝对温度，但使用不便。因此，后来开发了利用酒精和水银热膨胀的液体温度计。 由于通常的气体温度计是基于与气体种类无关而成立的热力学定律，2因此通常在同一温度下给出同一输出。但是对于液体温度计，则因为液体的热膨胀系数的不同，故转换特性也不同，输出随液体材料的不同而取各种不同的值。 为了保证温度量值的准确并利于传递，需要建立一个衡量温度的统一尺度，即温标。 华氏温标：华氏温标：1714年德国人华伦海特（Fahrenheit）发明了水银温度计，并以氯化铵和冰水的混合物温度为0度，人体的温度为100度，从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100等份，每一份为1度，称为1华氏度，记作（1

3、）。水的冰点为32 ，沸点为212 。 摄氏温标：摄氏温标：1740年瑞典人摄尔修斯（Celsius）提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100等份，每一份为1度，称为1摄氏度，记作（1）。3259tT T 为华氏温度值；t 为摄氏温度值。3 随着科学技术的发展和温度测量的需要，人们研制了许多类型的测温装置。其中热电式传感器在现代测量中应用最广泛。 热力学温标：热力学温标：1848年由开尔文（Kelvin）提出的以卡诺循环为基础建立的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标

4、为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度绝对零度（在实验中无法达到的理论温度，低于0K的温度不可能存在）与水的三项点温度分成273.16份，每份为1K（Kelvin）。 国际温标国际温标 ： 经国际协议产生的国际实用温标的指导思想是尽可能地接近热力学温标。1989年7月第77届国际计量委员会批准建立的新的国际温标ITS-90，单位仍为K2 .27390Tt T90 为国际温标温度值；t 为摄氏温度值。4 热电式传感器是一种将温度变化温度变化转换为电量变化电量变化的装置。 它利用某种材料或元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化为电阻、磁导或电势等的变化

5、，通过适当的测量电路，就可由这些电参数的变化来表达所测温度的变化。 在各种热电式传感器中，以把温度变化转换为电阻值和电势变化的方法最为普遍。将温度转换为电阻值电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻热电阻。将温度转换为电势电势大小的热电式传感器叫做热电偶热电偶。 此外，基于半导体 PN 结与温度的关系研制的 PN 结型温度传感器结型温度传感器在窄温场中，也得到迅速发展和广泛应用。 另外还有热释电型温度传感器、谐振型温度计、热噪声温度计、热辐射传感器、光纤温度传感器等。9.1 热电阻 9.2 PN结型温度传感器9.3 热电偶 59.1 热电阻 电阻值随温度变化的温度检测元件称为热电阻，是利用热电阻效应

6、制成、中低温区最常用的一种热电式传感器。精度高，性能稳定。 热电阻效应：物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象。 热电阻分类：v 金属热电阻：由纯金属材料制成的热电阻（简称：热电阻）。v 半导体热敏电阻：由半导体材料制成的热电阻（简称：热敏电阻）。9.1.1 金属热电阻9.1.2 半导体热敏电阻6一、热电阻的结构二、热电阻的材料三、常用的几种热电阻四、热电阻测量电路五、热电阻的应用 大多数金属材料的电阻值随温度的升高而增加，是正温度系数。 在金属中参加导电的为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但是，每个自由电子的动能将增加。因此，在一定的电场作用下，

7、要使这些杂乱无章的电子做定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属的电阻值随温度的升高而增加。9.1.1 金属热电阻7 热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。 热电阻的感温体必须防止有害气体腐蚀，尤其是铜热电阻还要防止氧化。水分浸入会造成漏电，直接影响阻值。所以工业用热电阻都有玻璃、陶瓷或金属保护套管，其外形及结构和工业用热电偶相似。 一、热电阻的结构8 热电阻的结构形式可根据实际使用制作成各种形状。小型热电阻小型热电阻9无感绕法：无感绕法： 先将金属丝对折起来缠绕在骨架上，使两个端头都处于支架的同一端。这种绕法没有电感，即使用在交流电桥里也只有纯电阻作用。还可防止外界交变磁场在热电阻上形成感生

8、电势，而且也便于向外引线。 金属材料制备的热电阻，电阻体通常是采用无感绕法无感绕法将双线电阻丝绕在用石英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上。 目前也采用丝网印刷或真空镀膜方法来制作厚膜、薄膜铂热电阻。 测温范围：200500的温度。薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻10 大多数金属导体的电阻都随温度而变化。电阻-温度特性方程： Rt = R0 (1 + t +t2 + ) 要求作为测量用的热电阻材料必须具备以下特点： 为提高灵敏度，电阻温度系数要尽可能大（一般采用纯金属材料）； 在测量范围内，物理和化学性质稳定； 在测量范围内，电阻温度系数恒定，便于实现温度表的线性刻度特性； 电阻率高，利于减小尺寸，从

9、而减小热惯性； 特性复现性好，容易复制。二、热电阻的材料目前应用得较多的热电阻材料有铂铂和铜铜以及铁、镍等。11三、常用的几种热电阻1. 铂热电阻 由于铂的物理、化学性能非常稳定（尤其在高温和氧化性介质中），是目前制造热电阻的最好材料。 除用作工业测温外，主要作为标准电阻温度计。按国际温标IPTS68规定，在259.34630.74 温域内，以铂电阻温度计作基准器。 201BtAtRRt3201001ttCBtAtRRt式中 Rt 温度为t 时的电阻； R0 温度为0 时的电阻； t 任意温度； A，B，C 分度系数。 要确定电阻Rt 与温度t 的关系，首先要确定R0 的数值，R0 不同时，R

10、t 与t 的关系不同。在工业上将相应于R050和100 （分度号Pt50、Pt100）的Rtt 关系制成分度表，称为热电阻分度表，供使用者查阅。 0t650200t012 在测量精度不太高，测温范围不大的情况下，可以采用铜电阻来代替铂电阻，灵敏度比铂电阻高，易提纯，复制性能好，价格便宜，也能达到精度要求。在50 150的温度范围内，铜电阻与温度接近线性接近线性关系，可用下式表示： 2. 铜电阻 atRRt10式中 Rt温度为t 时的电阻值； R0温度为0 时的电阻值； a铜电阻温度系数，a = 4.25 4.2810-3 / 。 铜电阻的缺点是电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性也较大，在10

11、0以上易氧化，因此只能用于150以下低温以及无水分、无腐蚀性的介质中。 我国以R0值在50和100（分度号Cu50、Cu100）条件下，制成相应分度表作为标准，供使用者查阅。 133. 其它热电阻 上述两种热电阻对于低温和超低温测量性能不理想，而铟、锰、碳等热电阻材料却是测量低温和超低温的理想材料。v 铟电阻：用99.999高纯度的铟丝绕成电阻，可在室温至4.2K温度范围内使用。实验证明：在4.215K温度范围内，灵敏度比铂电阻高10倍；其缺点是材料软，复制性差。v 锰电阻：在263K 温度范围内，电阻随温度变化大，灵敏度高。缺点是材料脆，难拉成丝。v 碳电阻：适合用液氦温域（4.2K）的温度

12、测量，价廉，对磁场不敏感，但热稳定性较差。 14四、热电阻测量电路 最常用的测量电路是电桥电路。由于热电阻的阻值较小，所以导线电阻值不可忽视（尤其是导线较长时）。例如，Pt50（约0.19/），若导线电阻为1，将会产生5的测量误差。为了解决这一问题，可采用三线三线或四线四线电桥连接法。三线式：图中Rt 为热电阻；r1、r2、r3 为引线电阻；R1、R2、R3为固定电阻；Ra 为调零精密可变电阻。调节Ra ，使R4 = Ra + Rt0 = R1 = R2 = R3 ，（Rt0：热电阻在0 时的电阻值），电桥平衡。当进行远程测量时，r1r2 ，分别接在两个相邻的桥臂上，不影响电桥的状态。r3不在

13、桥臂上，对电桥平衡状态无影响。由于测量仪表G内阻很大，流过r3 的电流接近于0。15四线式：为了高精度地测量温度，可将电阻测量仪设计成如图所示的四线式测量电路。图中I 为恒流源，r1 r4 是导线电阻，Rt 为热电阻，V 为电压表。因为电压表V 内阻很大，则 0,VMVIII又因为EM = E + IV（r2+r3），所以 MMVMVMtIEIIrrIEIER32 由此可知，引线电阻 r1 r4 将不引入测量误差。 电压表V 指示的值将是热电阻Rt 的电压降，根据此电压降可间接地测出微小温度变化。 EEM16五、热电阻的应用1铂热电阻测温 热电阻TRRA102B（Pt1000，R01k），接入

14、直流电桥，三端集成稳压器MC7810输入15V，输出供桥电压UB，UB10Ve1，)(A01012B1outRRRRRURRU测温电桥输出： 若采用9V电池供电，可用下图直流-直流变换器变为15V电压。17测温范围：0200 输出电压：02V输出电压灵敏度：10mV/ 调整方法：先不接入传感器（1）零点调整：在a、b间接入相当于0 的1k电阻。调整Rp1使Uout为0；（2）增益调整：在a、b间接入相当于50 的1.197k电阻。调整Rp2使Uout为0.5V；（3）线性度调整：在a、b间接入相当于200 的1.770k电阻。调整Rp3使Uout为2V；（4）反复调整多次到满意为止。18 热敏

15、电阻是利用半导体的电阻值随温度变化的特性（半导体的热阻效（半导体的热阻效应）应）实现对温度的测量，也属于热电阻。 半导体材料比金属具有更大的电阻温度系数，热敏电阻的特点： 灵敏度高：其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6 温度变化。 小型：元件尺寸可做到直径为0.2mm，能够测出一般温度计无法测量的 空隙、腔体、内孔、生物体血管等处的温度。 使用方便：电阻值可在0.1100k之间任意选择。 重复性好，工艺性强，适于大批量生产，成本较低。一、热敏电阻的结构形式 二、热敏电阻的分类和主要特性三、热敏电阻的主要参数四、热敏电阻的应用9.1.2 半导体热敏电阻19一、热敏电阻的结构

16、形式 热敏电阻是由一些金属氧化物，采用不同比例的配方经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成各种形状。主要由热敏元件、引线和壳体组成。 a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c）珠型热敏电阻）珠型热敏电阻 d）铠装型）铠装型 e）厚膜型）厚膜型 f）图形符号）图形符号1热敏电阻热敏电阻 2玻璃外壳玻璃外壳 3引出线引出线 4紫铜外壳紫铜外壳 5传热安装孔传热安装孔 2021二、热敏电阻的分类和主要特性 按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型： 负电阻温度系数负电阻温度系数热敏电阻（NTC）：大多数是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍、铁等的氧化物，采用不同比例

17、的配方，经高温烧结而成。 正温度系数正温度系数热敏电阻（PTC）：主要采用钛酸钡系列材料中掺入少量（约0.10.3%）的稀土类金属氧化物（如Y2O3、Mn2O3），经高温烧结而成。 临界温度系数临界温度系数热敏电阻（CTR）:用VO2系列材料在弱还原气氛中烧结。主要用途： NTC：具有很高的负温度系数，主要用于100300范围的温度测量和温度补偿，应用最广泛； PTC：当温度超过某一数值时，电阻值随温度升高而迅速增大。主要用于测温、过热保护、限流元件； CTR：在某一特定温度下电阻值会发生突变，也属于负温度系数。主要用于温度开关。22T0 ：参考温度（ 通常取20，293K）R0：温度为T0（

18、293K）时的阻值，称为额定电阻；RT：温度为T（K）时的阻值；B：热敏电阻常数，一般情况下，B20006000K，在高温下使用时，B值将增大。热敏电阻主要特性（主要讨论NTC）1.电阻温度特性NTC热敏电阻温度特性热敏电阻温度特性100101lnRRTTTTB00TBeRA 热敏电阻的基本特性是电阻温度特性，NTC的电阻温度特性是一条指数曲线。)11(0/0TTBTBTeRAeR23若定义 为热敏电阻的温度系数 TRRTTdd12dd1TBTRRTT 随温度降低而迅速增大。 决定热敏电阻在全部工作范围内的温度灵敏度。热敏电阻的测温灵敏度比金属丝的高很多。例如B值为4000K ，当T323K（

19、50）时，3.8，约为金属电阻的约为金属电阻的10倍左右倍左右。 由于NTC热敏电阻温度变化引起的阻值变化大，因此测量时引线电阻影响小，并且体积小，非常适合测量微弱温度变化非常适合测量微弱温度变化；但是，非线性严重非线性严重，所以实际使用时要对其进行线性化处理。 242.伏-安特性 在稳态下，通过热敏电阻的电流 I 与其两端之间电压U的关系，称为热敏电阻的伏安特性。u 当电流很小时，不足以使热敏电阻产生温升，则其电阻值只决定于环境温度，伏安特性呈线性线性，遵循欧姆定律，主要用于测温。u 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，使热敏电阻阻值减小，出现负阻特性负阻特性。N

20、TC热敏电阻伏安特性热敏电阻伏安特性 因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。 当电流和周围介质温度一定时，其阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。 据此原理可用来测流速、密度。25NTC热敏电阻安热敏电阻安-时特性时特性3.安-时特性 热敏电阻的电流时间曲线如图所示，表示热敏电阻在不同的外加电压下，电流达到稳定最大值所需要时间。 热敏电阻受电流加热后，一方面使自身温度升高，另一方面也向周围介质散热，只有在单位时间内从电流获得的能量与向周围介质散发的热量相等，达到热平衡热平衡时，才能有相应的平衡温度平衡温度，即有固定的电阻值。 这是一个热平衡过程，完成这个过程需要时间，一般为0.51s

21、。26三、热敏电阻的主要技术参数1. 标称电阻值RH：在环境温度为(250.2)时的电阻值，又称冷电阻。2. 电阻温度系数 ：热敏电阻在温度变化1时阻值的变化率（/）。3. 耗散系数H：热敏电阻温度与周围介质温度相差1时所耗散的功率 （W/）。4. 热容c：热敏电阻温度变化1时所需吸收或释放的热量（J/）。5. 能量灵敏度G ：使热敏电阻的阻值变化1%时所需耗散的功率（W）。6. 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T=0.632（TT0）时所需的时间（s）。27热敏电阻式流量计热敏电阻式流量计四、热敏电阻的应用优点：优点：温度系数大，灵敏度高，热容量

22、小，响应快，分辨率高；价格便宜等。缺点：缺点：互换性差，热电特性非线性大等。 主要用于测温、控温、介质流速（或流量、密度）测量以及温度补偿、过热保护、温度开关等。1.流量测量 基于流体流速（流量）与散热关系，利用热敏电阻桥式电路测流体流速（或流量）。 Rt1、Rt2特性完全相同，分别置于管道和不受介质流速影响的小室中。介质静止时（初始）电桥调平，输出电压为零。介质流动时，带走Rt1上的热量，使Rt1温度降低，阻值随之变化，电桥失去平衡，输出电压值与介质流速有关。流速流速导热能力导热能力热敏电阻平衡温度热敏电阻平衡温度电阻电阻(NTC)输出电压输出电压282.温度控制 此电路利用NTC热敏电阻实

23、现单点温度控制。主要由NTC热敏电阻、比较器、晶体管，继电器、加热装置组成。 调整b点电位Ub决定预设温度Tb，初始时继电器不通电，常闭触点K闭合，加热器通电加热。 温度上升，热敏电阻RT阻值减小，a点电位Ua升高至Ua Ub时，电平比较器输出变为低电位，VT1导通，使VT2也导通，继电器通电，常闭触点K断开，加热器断电停止加热停止加热。 温度下降，热敏电阻 RT 阻值增加，a点电位Ua下降至Ua nB）组成的闭合回路中，当两端点的温度不同（T T0）时，整个闭合回路内总的热电势EAB（T，T0）为 0A0B0ABAB0AB,TTETTETETETTETnnTTekTTETETTETTTTd

24、)(ln)(d )()()(),(00BABA0BA0ABAB0AB 如果热电偶两电极材料相同（ nAnB，A B），两接点温度不同，不会产生热电势； 如果两电极材料不同，但两接点温度相同（T = T0），也不会产生热电势； 热电偶工作的基本条件：两电极材料不同，两接点温度不同。 热电势的大小只与材料的性质及两端点的温度有关，而与热电极的几何形热电势的大小只与材料的性质及两端点的温度有关，而与热电极的几何形状和尺寸无关状和尺寸无关。62v 应该指出的是，在金属中自由电子数目很多，以致温度不能显著地改变它的自由电子浓度，所以在同一种金属内的温差电势极小，可以忽略。因此，在一个热电偶回路中起决定作

25、用决定作用的是两个接点处产生的与材料性质和该点所处温度有关的接触电势接触电势。 当两热电极材料不同，且A、B固定（即 nA、 nB、A、 B皆为常数），热电势便为两接点温度（T，T0）的函数，若保持T0不变，则E（T0）为常数这就是热电偶测温原理。 热电极的极性：热端失去电子的热电极为正极，获得电子的为负极，且有)()()()(),(00ABTCTETETETTE),(),(),(0AB0BA0ABTTETTETTE63二、热电偶的基本定律 2.中间导体定律：在热电偶中插入第三种材料，只要插入材料两端的温度相等，对热电偶的总热电势没有影响。 1.均质导体定律 两种均质金属组成的热电偶，其热电势

26、大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。 要求热电极材质均匀，克服因热电极上各点温度不同时造成附加误差。 中间导体定律具有特别重要的实际意义。因为利用热电偶来测量温度时，必须在热电偶回路中接入电气测量仪表，也就相当于接入第三种材料。 64 0CA0BCABTETETEE 如果热电偶回路各接点温度相同，其总的热电势为0。于是假设当接点1、2和3的温度都为T0 时，其回路总的热电势必为0， 00CA0BC0ABTETETEE 0AB0CA0BCTETETE 0BAAB0ABABTETETETEE 其结果与两种金属时完全相同。 u 右图是将热电偶的一个接点

27、分开，接入第三种材料C。设接点2和接点3的温度相同（T0），则这时热电偶回路的总的热电势为 65 热电偶回路总的热电势，绝不会因为在其电路中的任意部分接入第三第三种两端温度相同种两端温度相同的材料而有所改变。热电偶的这一特性，不但可以允许在其回路中接入电气测量仪表，而且也允许采用任意的焊接方法来焊接热电偶。这就是中间导体定律的实际意义。u 如果按右图的方式接入第三种材料，则回路总热电势为 0BA1CB1BCABTETETETEE由于 1CB1BCTETE所以 0BAABTETEE其结果与两种金属时完全相同。 但是，如果接入第三种材料的两端温度不等，热电偶回路的总热电势将如果接入第三种材料的两端

28、温度不等，热电偶回路的总热电势将会发生变化会发生变化。其变化大小，取决于材料的性质和接点的温度。对于上图来说，其改变值相当于B与C组成的附加热电偶的热电势。因此，接入第三种材料接入第三种材料不宜采用与热电极的热电性质相差很远的材料不宜采用与热电极的热电性质相差很远的材料；否则，一旦温度发生变化，热电偶的电势变化将会很大，从而影响测量精度。663. 连接导体定律与中间温度定律： 若导体A、B分别与连线导线A、B 相接，其结点温度分别为T、Tn、T0，回路的总电势为 0nBAnAB0nABAB,TTETTETTTE 此式是连接导线（导体）定律的数学模型，即回路的总电势等于热电偶回路的总电势等于热电

29、偶热电势热电势EAB（T,Tn）与连接导线热电势与连接导线热电势EA B （Tn,T0）的代数和的代数和。 此定律是工业运用补偿导线进行温度测量的理论基础。此定律是工业运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 当导体A与A及B与B 材料分别相同时，上式可写为 0nABnAB0nAB,TTETTETTTE 此式是中间温度定律的数学模型，即回路的总电势等于回路的总电势等于EAB（T,Tn）, EAB（Tn,T0）的代数和的代数和。Tn 称为中间温度称为中间温度。 此定律为制定分度表奠定了理论基础，此定律为制定分度表奠定了理论基础，只要求得参考端温度为0时的“热电势温度关系”，就可以根据此式求出参考温度

30、不等于0时的电势。 674. 标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成热电偶的热电势就已知。 AC、AB 和BC三个热电偶，其接点温度一端都为T，另一端都为T0 ，若 0ACAC0AC,TETETTE 0ABAB0AB,TETETTE TETETEBCABAC 由此可知，当任一电极当任一电极B，C，D，与一标准电极与一标准电极A组成热电偶产生组成热电偶产生热电势为已知时，就可以利用上式求出这些热电极彼此任意组成热电偶时热电势为已知时，就可以利用上式求出这些热电极彼此任意组成热电偶时的热电势。的热电势。 通常采用铂作为标准电极。通

31、常采用铂作为标准电极。 0AB0ACABAC0AB0AC,TETETETETTETTE 0BC0BCBC0AB0AC,TTETETETTETTE 0BC0AB0ACTETETEBAABCC0TT68三、热电偶结构和种类 （一）结构 将两热电极的一个端点焊接在一起组成热结点，就构成了热电偶。在两个热电极之间用耐高温材料进行绝缘，再根据不同用途作适当的处理就构成了工作热电偶。根据被测对象的不同，热电偶的结构形式是多种多样的，下面介绍几种比较典型的热电偶的结构形式。1. 普通型热电偶 普通型热电偶通常将热电极加上绝缘套、保护套管和接线盒做成如图所示的棒形结构。安装连接时，可采用螺纹或法兰方式连接；根

32、据使用条件，可制作成密封式普通型或高压固定螺纹型。 主要用于测量容器或管道内主要用于测量容器或管道内的气体、蒸汽、液体等介质的温的气体、蒸汽、液体等介质的温度度。可根据测量条件及测量范围来选用。 引线口不锈钢套管接线盒焊点 瓷绝缘套管安装固定件692. 铠装热电偶（缆式） 铠装热电偶是把保护管（材料为不锈钢或镍基高温合金），绝缘材料（高纯脱水氧化镁或氧化铝）与热电偶丝组合在一起拉制而成，也称套管热电偶或缆式热电偶。可以做得很细很长，可以弯曲。（a a）单芯结构）单芯结构 （b b）双芯碰底型）双芯碰底型 （c c）双芯不碰底型）双芯不碰底型 （d d）双芯露头型）双芯露头型 （e e）双芯帽型

33、）双芯帽型铠装热电偶的特点：铠装热电偶的特点：小型化、测量端热容量小、动态响应快、挠度好、强度高、种类多（绕制成双芯、单芯、四芯等）。由于挠性好、柔性大，可以弯成各种形状，适用于结构复杂的对象适用于结构复杂的对象，机械性能好，抗震动和耐冲击。BA绝绝缘缘 材材料料703. 薄膜热电偶 薄膜热电偶分为片状、针状等，它是由厚度为0.0l0.1m两种金属薄膜连接在一起的特殊结构的热电偶。其特点是：热容量小、动态响应快，适用于动态测适用于动态测量小面积时的瞬时变化的温度量小面积时的瞬时变化的温度。 4. 表面热电偶 分为永久性安装和非永久性安装两种，主要用来测量金属块、主要用来测量金属块、炉壁、橡胶筒

34、，涡轮叶片、轧辊等固体的表面温度炉壁、橡胶筒，涡轮叶片、轧辊等固体的表面温度。5. 浸入式热电偶 浸入式热电偶主要用来测量钢水、铜水、铝水以及熔融合金的温度。其主要特点是：可以直接插入液态金属中进行温度测量可以直接插入液态金属中进行温度测量。71装配式热电偶热电阻装配式热电偶热电阻 铠装式热电偶热电阻铠装式热电偶热电阻 热套式热电偶热电阻热套式热电偶热电阻 隔爆热电偶、热电阻隔爆热电偶、热电阻 72（二）对热电偶材料的基本要求 1. 热电极 根据热电偶的原理，似乎只要是两种不同金属材料都可以组成热电偶，用以测量温度。但是为了保证工程技术中的可靠性以及足够的测量精度，并不是所有材料都可组成热电偶

35、。一般说来，对热电偶电极材料有以下要求：u 在测量范围内，热电性质稳定，不随时间而变化；u 在测量范围内，有足够的物理化学稳定性，不易氧化、变形和腐蚀；u 电阻温度系数小，电阻率小；u 它们组成的热电偶，测温中产生的热电势要大，测温范围宽，热电势随 温度单值地线性或接近线性变化；u 材料复制性好，可制成标准分度，机械强度高，制造工艺简单，价格便 宜。 实际上没有一种材料能满足上述全部要求，要根据测量的具体条件来加以选择。 73 常用的贵金属热电极材料有铂铑合金和铂，普通金属热电极材料有铁、铜、康铜、考铜、镍铬合金、镍硅合金等，还有铱、钨、铼等耐高温材料。此外还有非金属材料，如碳、石墨和碳化硅等

36、也可以作热电极的材料。 热电极有正、负之分，使用时应注意到这一点。热电极有正、负之分，使用时应注意到这一点。 2. 绝缘材料 绝缘材料是为了防止电极间短路，根据不同使用温度，可选用橡胶、塑料（6080）、玻璃丝、玻璃管（500）、石英管（01300）、瓷管（1400）和氧化铝管（15001700）作绝缘材料。最常用的是氧化铝和耐火陶瓷等。 744. 接线盒 接线盒供热电偶和补偿导线连接之用。接线盒固定在热电偶保护套管上，一般用铝合金制成，分为普通式和密封式（防溅式）两类。 3. 保护套管 保护套管的作用是使电极和待测温度介质隔离，使之免受化学侵蚀和机械损伤。 显然对保护套管的要求是必须有优良传

37、热性能，能经久耐用。 常用的套管材料有两类：金属和非金属。金属常用铝、铜、铜合金、炭钢、不锈钢、镍等高温合金材料；非金属材料有石英、高温陶瓷、氧化铝（镁）等，应根据热电偶类型，测温范围和使用条件来选择套管材料。75（三）常用热电偶及性质 目前我国常用的标准化热电偶，按IEC国际标准生产。热电偶的分度号主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。 热电偶名称分度号电极材料使用温度适用环境特点极性成分长期短期铂铑10-铂S10%铑 90%铂1130011600宜在氧化、惰性气氛中长期使用，不宜在还原气氛中使用。物理化学稳定性好，用

38、于较为精密的测温中。在国际实用温标中被规定为在630.741064.43范围内复现温标的基准。100%铂铂铑13-铂R13%铑 87%铂1130011600宜在氧化、惰性气氛中长期使用，不宜在还原气氛中使用。在所有热电偶中，准确度最高、稳定性最好。与S型相比，复现性好，热电势大15%。100%铂76热电偶名称分度号电极材料使用温度适用环境特点极性成分长期短期铂铑30-铂铑6B30%铑 70%铂1160011800宜在氧化、惰性气氛中长期使用，不宜在还原气氛中使用。准确度高、稳定性好。在050范围热电势小于3V，不需用补偿导线进行补偿。热电势小。6%铑 94%铂镍铬硅-镍硅N84.4%镍14.2

39、%铬1.4%硅-2001000-2001300宜在氧化、惰性气氛中长期使用，不宜在硫、还原气氛中使用。是一种最新国际标准化的热电偶，线性度、耐核辐照及耐低温性能好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜。95.5%镍4.4%硅0.1%镁镍铬-镍硅镍铬-镍铝K90%镍10%铬-2001000-2001200宜在氧化、惰性气氛中长期使用，不宜在硫、还原、弱氧化气氛中使用。线性度好，热电势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，价格便宜。应用广泛。97%镍3%硅77热电偶名称分度号电极材料使用温度适用环境特点极性成分长期短期镍铬-考铜E90%镍10%铬-200600-200800宜在氧化、

40、惰性气氛中长期使用，不宜在硫、还原、弱氧化气氛中使用。热电势最大，灵敏度最高，稳定性较好，价格便宜。测温范围较小。44%镍56%铜 铁-康铜J100%铁-200600-200800宜在真空、氧化、还原、惰性气氛中长期使用。线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性较好，价格便宜。测温范围较小。45%镍55%铜铜-康铜T100%铜-200200-200300宜在真空、氧化、还原、惰性气氛中长期使用。线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜，低温性能好，廉金属热电偶中精确度等级最高。45%镍55%铜78四、热电偶的冷端处理和补偿 因为热电势的大小只与热电极的材料性质热电极的材料性质及两端点的温度两端点的温度有关，而在测量中热电极材料是一定的，所以必须使一端温度（一般是冷端）保持不变，其热电势才是另一端温度（一般是热端）的单值函数。 另外。热电偶的标准分度表是在其冷端处于0 的条件下测得的电势值，只有冷端处于0 时才能直接应用分度表或分度曲线。 所以在温度测量中，热电偶电路中最大的问题是冷端的处理和补偿问题，即如何选择测温的参考点。1. 延长导线法2. 0恒温法3. 冷端温度修正法4. 冷端