《传感器技术》课件-2.1温度传感器概述

2.1温度传感器温度传感器应用领域01温度传感器简介02目录ContentsPART01温度传感器应用领域1.1温度传感器的应用领域温度传感器医疗服务工业现场环境检测日常生活1.1.1温度传感器的汽车应用1.1.2温度传感器的家用电器应用微波炉的温度传感器冰箱的温度传感器PART02温度测量概述温度测量概述温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的表示（或测量）须有温度标准，即温标。理论上的热力学温标，是当前世界通用的国际温标。温度测量概述两种温标的换算公式为t(℃)＝T（K）－273.15（K）

进行间接温度测量使用的温度传感器，通常是由感温元件部分和温度显示部分组成，如图所示：温度传感器组成框图t感温元件温度显示温度测量概述热电式传感器温度变化转换为电量变化传感元件的电磁参数随温度变化的特性温度检测方法检测方法接触式非接触式是否与被测介质接触结构简单工作可靠精度高稳定性好价格低廉可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及液体表面温度不干扰被测温度场但精度较低，使用不便本讲小结温度传感器的应用领域温度传感器的工作原理思考题查找一下生活中还有哪些方面涉及温度传感器的应用，并尝试了解其工作过程2.2热电偶传感器概念解读热电偶传感器构造简单较高的精确度和稳定性测温范围宽使用方便PART01热电偶的测温原理1.1热电偶测温原理热电效应1.1热电偶测温原理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，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应热电效应1.2两种导体的接触电势假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB,且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势eAB，如图所示。两种导体的接触电势1.3单一导体的温差电势对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且T>TO，如图所示。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，这个电势称为单一导体的温差电势。单一导体温差电势1.3单一导体的温差电势势电偶回路中产生的总热电势接触电势示意图EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)或EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO)1.3单一导体的温差电势eAB(T)热端接触电势eB(T,TO)B导体温差电势eA(T,TO)A导体温差电势eAB(TO)冷端接触电势EAB(T,TO)热电偶回路中的总电动势1.3单一导体的温差电势热电偶的热电势：EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)总的热电势就只与温度T成单值函数关系，即：EAB(T,TO)=eAB(T)-C

=f(T)实际应用时可通过热电偶分度表查出温度值。分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。PART02热电偶的定律1.4热电偶的基本定律中间导体定律1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。可得回路总的热电势EABC(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)=EAB(T,TO)根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，将热电势通过导线接至测量仪表进行测量，且不影响测量精度。中间导体定律示意图1.4热电偶的基本定律中间导体定律2在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度为TO，中间温度为ＴO′T，TO热电势等于T，TO′与TO′，TO热电势的代数和。即EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)运用该定律可使测量距离加长，也可用于消除热电偶自由端温度变化影响。中间温度定律示意图1.4热电偶的基本定律参考电极定律3已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别为EAC(T，T0)、EBC(T，T0)则相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T，T0)可按下面公式计算：EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)大大简化了热电偶选配电极的工作。例题解析解：设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。即EAC（100℃，0℃）=+3.13mVEBC（100℃，0℃）=-1.02mV则EAB(100℃,0℃)=+4.15mVBIGIDEA当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。本讲小结热电效应热电偶的三个基本定律思考题实际测量中，必须使冷端温度恒定，否则计算出的值就会产生误差，大家课后查阅资料，除了我们用到的计算修正法，还有哪些冷端温度补偿的方法。2.3金属热电阻传感器概念解读热电阻传感器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；主要材料：铂、铜、镍；测量温度范围：-220～+850℃特殊：低温可测量至1K（-272℃），高温可测量至1000℃1.1热电阻防爆型铂热电阻铜热电阻1.1热电阻的温度特性铂电阻：测温精度高，稳定性好，得到了广泛应用应用温度范围：-200～+850℃。在-200～0℃的温度范围内：Rt=RO[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]在0～+850℃的温度范围内为Rt=RO(1+At+Bt2)1.1热电阻的温度特性要确定电阻Rt与温度t的关系，首先要确定R0的数值，R0不同时，Rt与t的关系不同。我国规定工业用铂热电阻有R0=10Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt10和Pt100，其中以Pt100为常用。并将Rt-t关系制成分度表，称为热电阻分度表。1.1热电阻的温度特性1.1热电阻的温度特性铜电阻与温度间的关系：

Rt=R0(1+α1t+α2t2+α3t3)由于α2、α3比α1小得多，所以可以简化为

Rt≈R0(1+α1t)其中R0分别为50Ω和100Ω，其对应分度号为Cu50和Cu1001.2热电阻传感器的结构热电阻传感器组成：电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒。1.3保护套管和电阻体保护套管：金属制成。电阻体：铂电阻丝绕在开槽云母板上制成的云母型铂电阻螺旋形铂电阻丝封装在陶瓷管中制成的陶瓷型铂电阻铂电阻丝烧制在特殊玻璃体上制成的玻璃型铂电阻铂浆印制在陶瓷片上制成的厚膜元件铂电阻1.3保护套管和电阻体铂电阻传感器连接到检测仪表的引线较长时，引线电阻的变化会使测量结果有较大误差。为减小误差，可采用三线式电桥连接法测量电路或四线电阻测量电路。1.3保护套管和电阻体

三线式电桥连接法测量电路1.3保护套管和电阻体三线式电桥连接法测量电路Pt100铂电阻Rt与高精度电阻R1、R2、R3组成电桥电路。引线A-A的电阻Rw1串联在Rt桥臂，引线B1-B1的电阻Rw2串联在R3桥臂，由于引线种类相同，电阻变化也相同，即相邻桥臂电阻变化相同，不影响电桥平衡。1.3保护套管和电阻