传感器技术 课件全套 第1-8章-传感器与测量的基础知识-传感器综合应用项目案例

第1章传感器与测量的基本知识理论知识Contents目

录

传感器的基本知识1.1

测量及误差的基本常识1.2

传感器应用接口电路1.31.1传感器的基本知识学习目标掌握传感器的基本概念了解组成与分类了解主要作用及特点了解主要功能了解主要特性了解选用原则了解传感器的发展动向及其运用传感器的认识►任务导入力传感器流量传感器位移传感器

（1）机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。密歇根大学的机械手装配模型►传感器的使用——工业自动化广州中鸣数码的机器狗传感器的认识

（2）AGV自动送货车

超声波测距传感器：判断建筑物内人和物所在的位置；红外线色彩传感器：用于AGV小车运动轨迹和位置识别；条形码传感器：识别货品类别。►传感器的使用——工业自动化传感器的认识香港理工AGV模型

（3）生产加工过程监测

►传感器的使用——工业自动化检查轴承/滚珠是否脱漏检查容器内的液位传感器的认识►

传感器的使用——流程工业设备运行状态监控●石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。传感器的认识►传感器的使用——产品质量测量汽车出厂检验原理框图●测量参数：润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。●

通过测试，工程师可以了解汽车出厂的质量。传感器的认识►传感器的使用——楼宇控制与安全防护●该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。楼宇自动化系统传感器的认识烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器►传感器的使用——家庭与办公自动化●全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器（洗净度)液位传感器，电阻传感器（衣物烘干检测)。传感器的认识►传感器的使用——家庭与办公自动化传感器的认识指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器►传感器的使用——其他作用传感器的认识航天农业交通医学1.传感器的基本概念传感器（transducer/sensor）能感受被测量并按照一定的规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，通常由敏感元件和转换元件组成。

——传感器通用术语国标GB/T7665-20051.传感器的基本概念传感器特点系统化数字化智能化网络化微型化多功能化1.传感器的基本概念热敏元件光敏元件气敏元件力敏元件磁敏元件湿敏元件声敏元件色敏元件味敏元件基本感知功能基本概念:实现自动检测和自动控制的首要环节让物体有了触觉、味觉和嗅觉放射线敏感元件2.传感器的组成R4R3UIR1R2UOC应变片应变式压力传感器→压

力电

量__________2.传感器的组成敏感元件转换元件信号调节变换电路辅助电源被测量电量电量中间量输入输出被测量的分类1.电量电压、电流、功率电阻、电容、电感位移、振动、速度、加速度、力、力矩温度、压力、流量浓度、成分、湿度等1）机械量：2.非电量2）热工量：3）化工量：4）生物量：酶、微生物等2.传感器的组成物理、化学、生物敏感元件输入电量输出敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。3.传感器的分类

按被测量分类物理量传感器化学量传感器生物量传感器气体传感器离子活度传感器离子浓度传感器成分传感器…细胞传感器免疫传感器微生物传感器酶传感器组织传感器…位移传感器力传感器加速度传感器振动传感器压力传感器温度传感器…3.传感器的分类输出信号为模拟量的传感器。如，热电阻传感器、压电传感器…

按输出信号分类模拟式传感器数字式传感器输出信号为数字量或数字编码的传感器。如，光电编码式传感器、光电接近开关、感应同步器…3.传感器的分类电阻式传感器电容式传感器电感式传感器…

按工作机理分类阻抗式传感器电动势式传感器光电式传感器霍尔式传感器压电式传感器热电偶传感器…光纤传感器红外传感器图像传感器…3.传感器的分类直接将被测量转换为电信号。热电偶传感器、压电传感器…

按能量关系（被测量与输出电信号的关系）分类能量转换型（发电型）能量控制型（电参量型）先将被测量转换为电参量，在外部辅助电源作用下才输出电信号。应变式传感器、电容式传感器…按制造工艺3.传感器的分类按作用形式按用途力敏传感器位置传感器液位传感器能耗传感器加速度传感器射线辐射传感器热敏传感器速度传感器主动型传感器被动型传感器集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器4.传感器的主要作用及特点传感器是人类五官的延长，亦称“生产领域中信息的主要途径与手段；没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。电五官是获取自然和4.传感器的主要作用及特点传感器应用领域：

工业生产宇宙开发医学诊断

生物工程

海洋探测资源调查

环境保护5.传感器的主要特性静态特性传感器的静态特性指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系线性度灵敏度迟滞重复性漂移分辨力阈值●传感器特性：输出与输入之间的关系。可用数学函数、坐标曲线、图表等方式表示。►传感器的基本特性根据被测量状态的不同●静态特性——当输入量为常量或变化极慢时，即被测量处于稳定状态时的输入、输出关系。●动态特性——输入量随时间快速变化（如机械振动）时，传感器的输入、输出关系。分类1.线性度2.迟滞3.重复性4.灵敏度5.分辨力和阈值6.稳定性7.漂移线性度●传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。拟合曲线实际曲线●可用一条直线(切线或割线)近似地代表实际曲线的一段，这条直线称为拟合直线。●静态特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常取其最大偏差与理论满量程之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。迟滞●迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入—输出特性曲线不重合的程度，对于同一大小的输入量，传感器正反行程的输出量的大小不等。●原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。灵敏度●灵敏度：灵敏度是指传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的输入量变化Δx之比，用K来表示。(a)线性传感器(b)非线性传感器灵敏度就是它的静态特性的斜率即K为常数灵敏度为一变量用K=dy/dx表示分辨力●分辨力：在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量，是传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。阈值稳定性●阈值：如果传感器的输入量从零值开始缓慢地增加时，在达到某一最小值后才能测出输出变化，这个最小值就是传感器的阈值。●稳定性：指传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。漂移●漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。

●传感器的最小可测出的输入量●传感器的最小可测出的输入变化量●表示：室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异稳定性误差●原因：仪器自身参数的变化、周围环境对传感器的输出造成影响。传感器的特性分析►传感器的标定对新研发的传感器进行全面的技术性能鉴定，并将鉴定的数据进行量值传递；对经过一段时间储存或使用后的传感器进行复测，通过再次鉴定来判定被复测的传感器是否可以继续使用；对可以继续使用但某些指标发生了变化的传感器，则需要重新标定并修正相应的原始数据5.传感器的主要作用及特点促进生产发展5.传感器的主要作用及特点提升生活品质5.传感器的主要作用及特点增强装备性能各类武器一方面靠测试系统快速发现、精确测定、有力打击目标；另一方面靠测试系统保证其自身处于最佳战备状态，发挥最大效能！5.传感器的主要作用及特点促进科技发展现代科学技术的发展进入了许多新的境地，许多新能源、新材料、新技术的发现都离不开传感器与测试技术的发展。6.传感器的主要功能视觉嗅觉听觉味觉触觉光敏传感器声敏传感器气敏传感器化学传感器压敏湿敏流体传感器传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟7.传感器的选用原则1.量程的大小；2.被测位置对传感器体积的要求；3测量方式为接触式还是非接触式；4信号的引出方法；5有线或无线测量；6传感器的来源国产还是进口；7价格能否承受？还是自行研制。STEP1：根据被测量的特点和传感器的使用条件需考虑：STEP2：考虑传感器的具体性能指标1灵敏度的选择2频率相应特性3线性范围4稳定性5精度8.传感器的技术发展趋势量子化微型化智能化网络化高精度多功能宽范围可靠性高稳定性好指标先进极端测量发现新现象采用新工艺开发新材料使用新技术__________8.小结1.传感器的概念；2.传感器的组成；3.传感器的分类；4.传感器的主要特性；5.传感器的主要功能；6.传感器的选用原则；7.传感器的技术发展趋势。1.2测量及误差的基本常识学习目标掌握测量误差的分类掌握误差的表示会进行计算分析测量结果从误差产生的原因区分，分为01仪器误差方法误差环境误差人为误差……02从误差出现的规律区分，分为03系统误差随机误差过失误差041.误差的分类1.误差的分类什么是系统误差

系统误差又称为可测误差或规律误差，它是指偏离测量规定的条件或测量方法所导致的，按某些确定规律变化的误差。

在所处测量条件下，误差的绝对值和符号保持恒定，或遵循一定的规律变化（大小和符号都按一定规律变化）。系统误差的特征系统误差可分为：误差值和符号不变的恒定误差；误差值和符号在变化的变值误差。1.误差的分类什么是随机误差

又称未定误差，它是指在实际测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预知方式变化的误差随机误差的特征

出现的规律性很复杂，采用统计法找到误差的大小和次数数字关系，即找出误差的分布规律。当测量次数不断增加时，其误差的算术平均值趋向于零在测量条件下的随机事件（概率论和数理统计学的观点）它是围绕测量结果的算术平均值（数学期望）周围随机变化的部分随机误差出现的概率分布为正态分布1.误差的分类什么是过失误差

又称粗大误差或操作误差，它是指不能正确测量而导致严重歪曲测量结果的那种误差，其误差值超过规定条件下的预期值的误差大小过失误差产生的原因主观疏忽或客观条件突变，未及时纠正而导致；测量仪器有缺陷但未发现；操作测量仪器的方法有错误。2.误差的表示方法误差表示方法

传感器作为一种把非电量转换为电量的仪器，测得值与真实值之间的差值即为测量误差两种表示方法（1）绝对误差（2）相对误差2.误差的表示方法绝对误差指测量值Ax与真值A0之间的差值，它反映了测量值偏离真值的多少（1-1）

△＝Ax－A0

常用高精度等级的标准仪器所测得的实际值A代替真实值（真实值一般无法得到）（1-2）

△＝Ax－A

实际中在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值来比较不同仪表的准确程度，越小的仪表越准确。△2.误差的表示方法【例1-1】用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。解：代入绝对误差的定义式（1-2）得甲表的绝对误差△1＝Ax1－A0＝220.5－220＝0.5V乙表的绝对误差△2＝Ax2－A0＝219－220＝－1V2.误差的表示方法相对误差实际相对误差是指绝对误差△与真实值A0的百分比①

实际相对误差γA（1-3）△γA=×100％

A0②

示值相对误差γX示值相对误差是指绝对误差△与测量值AX的百分比（1-4）γ=×100％

A△xx③

满度相对误差γm引用误差是指绝对误差△与仪表满量程值Am的百分比γ=×100％

A△mmm（1-5）当式（1-5）中的△取为最大值△m时，称为最大引用误差，也叫满度误差。一般工程测量，用γx来表示测量的准确度较为方便3.准确度什么是准确度

最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，精确度就越高。（1-6）

3.准确度什么是准确度准确度等级准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0表1-1仪表的精度等级最大引用误差

某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？【例1-2】某压力表准确度为2.5级,量程为0～1.5MPa，求:1）可能出现的最大满度相对误差γm。2）可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差γx。解:1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即γm＝±2

5%。2）Δm＝γmAm＝±2

5％

1.5MPa＝±0.0375MPa＝±37.5kPa3）

4.小结1.测量值与真实值之间的差异称为误差；2.对物理量的测量，测量有直接的，也有间接的；3.误差是不可避免的，只能减小；4.真实值客观存在，当无法测量时候，采用平均值或中位值测量。作业：1.用0.5级、量程为200℃的温度传感器来测量温度。求：可能产生的最大绝对误差Δm为多少℃？2.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，准确度等级为0.5级，求：1）该表可能出现的最大绝对误差Δm；2）当示值为20℃时，可能出现的最大示值相对误差γx20；3)示值为100℃时，可能出现的最大示值相对误差γx100。3.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，求：若选用量程为300V的电压表，请列式计算，其准确度应选哪一级？1.3传感器应用接口电路学习目标2了解传感器信号检测电路3了解传感器和微型计算机的连接1了解传感器输出信号的处理方法4了解传感器接口电路应用实例1.传感器输出信号的处理方法输出形式输出变化量传感器的例子开关信号型机械触点双金属温度传感器模拟信号型电子开关霍尔开关式集成传感器电压热电偶、磁敏元件、气敏元件电流光敏二极管电阻热敏电阻、应变片电容电容式传感器电感电感式传感器其它频率多普勒速度传感器、揩振式传感器传感器的一般输出形式：2.输出信号的特点传感器输出信号的特点12345信号弱有的传感器输出电压最小仅有0.1μV阻抗高输入测试电路时会产生较大信号衰减动态范围宽跟随输入变化温度影响随着输入物理量的变化而变化与物理量的关系不一定是线性比例关系输出信号大小会受温度的影响有温度系数存在3.输出信号的处理方法目的：提高测量系统的测量精度提高测量系统的线性度，抑制噪声3.输出信号的处理方法接口电路信号预处理的功能阻抗变换电路在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗，以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号放大电路将微弱的传感器输出信号放大电流电压转换电路将传感器的电流输出转换成电压电桥电路把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电流或电压频率电压转换电路把传感器输出的频率信号转换为电流或电压电荷放大器将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压有效值转换电路在传感器为交流输出的情况下,转为有效值，变为直流输出。滤波电路通过低通及带能滤波器消除传感器的噪声成分线性化电路在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正对数压缩电路当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩3.输出信号的处理方法4.传感器信号检测电路检测电路形式传感器检测电路：完成传感器输出信号处理的各种接口电路的统称直接用传感器输出的开关信号驱动控制电路和报警电路工作传感器输出信号达到设置的比较电平时，比较器输出状态发生变化，驱动控制电路及报警电路工作由数字式电压表将检测结果直接显示出来4.传感器信号检测电路（2）常用电路①阻抗匹配器由于传感器信号输出阻抗高，为防止衰减,阻抗匹配器（高输入阻抗）作为传感器输入到测量系统的前置电路半导体管阻抗匹配器一个半导体共集电极电路（又称为射极输出器）场效应管一种电平驱动元件，栅漏极间电流很小，其输入阻抗可高达1012Ω以上运算放大器也可做阻抗匹配器类型4.传感器信号检测电路（2）常用电路②电桥电路主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。电桥电路包括直流电桥和交流电桥。③放大电路检测系统中的放大电路一般都采用运算放大器构成放大电路包括反相放大器、同相放大器及差动放大器。4.传感器信号检测电路（2）常用电路

压电式传感器输出的信号是电荷量的变化，配上适当的电容后，输出电压可高达几十伏到数百伏，但信号功率却很小，信号源的内阻也很大。放大器应采用输入阻抗高、输出阻抗低的电荷放大器。电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器。④电荷放大器4.传感器信号检测电路（3）噪声的抑制噪声信号的影响会使测量结果产生很大误差导致控制程序紊乱造成控制系统中的执行机构产生误动作产生的根源抑制方法内部噪声内部带电微粒的无规则运动产生a.选用质量好的元器件b.屏蔽c.接地d.隔离e.滤波外部噪声传感器检测系统外部人为或自然干扰造成5.传感器和微型计算机的连接（1）传感器与微型计算机结合的重要性促进自动化生产水平的提高有利于新产品的开发提高企业管理水平技术改造开辟新的领域对信息处理自动化及科学技术进步起着非常重要的作用5.传感器和微型计算机的连接（2）检测信号在输入微型计算机前的处理根据不同类型的传感器进行选择传感器类型选择说明接点开关型会产生信号抖动现象，采用硬件或软件处理进行消除无接点开关型传感器检测系统外部人为或自然干扰造成模拟输出型分为电压输出变化型、电流输出变化型及阻抗变化型6.传感器接口电路应用实例系统主要组成部分：(1)传感器(2)差分放大器(3)V/F转换(4)CPU电路(5)存储器电路(6)看门狗与复位电路(7)显示电路(8)键盘(9)控制输出电路(10)系统支持电源7.小结传感器的接口电路要求：

1.尽可能提高包括传感器和接口电路在内的整体效率2.具有一定的信号处理能力。3.提供传感器所需要的驱动电源（信号）

从整个测控系统来考虑，则应根据系统的工作要求，选择功能尽可能全的接口电路芯片，甚至可以考虑整个系统就是一个芯片。驱动电源的稳定性直接影响系统的测量精度传感器的接口电路应能提供稳定性尽可能高的驱动电源。

为了不影响或尽可能地少影响被测对象的本来状态，要求从被测对象上获得的能量越小越好

第2章温度传感器理论知识Contents目

录热电阻2.1

热敏电阻2.2

热电偶2.3理论知识Contents目

录

2.1热敏电阻2.2热电偶2.3热电阻2.1热电阻2.1热电阻采用纯金属为材料的热电阻式温度传感器一般称作热电阻传感器。是利用金属导体随温度升高而阻值增大的原理进行测温的。普通金属热电阻一般用于中低温区（-200~500℃）范围内的温度检测。金属热电阻材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍等金属。金属热电阻的主要特点是测量精度高，性能稳定。铂热电阻测量精确度最高，广泛应用于工业测温，被制成基准仪。RT热电阻电路符号

温度是分子平均动能的标志

温度升高↑，金属晶格的动能增加↑

，从而导致振动加剧↑

，金属导电能力下降↓↑，电阻增加通过测量导体的电阻变化情况就可以得到温度变化情况

几乎所有的导体和半导体的电阻率都随其本身温度的变化而改变，并且有一个确定的数值，这种物理现象称为“热电阻效应”。2.1热电阻2.1热电阻根据测量温度范围和测量对象选择适当的热电阻的型号、规格以及保护管材料。01热电阻使用最高温度和工作压力不可超过该热1电阻的额定数值。02在腐蚀性介质中使用热电阻时，应采用由不锈钢制成的保护管。03敏感元件长度约为120mm，只能测量敏感元件附近范围内被测介质的平均温度。04热电阻的使用注意事项:2.1热电阻热电阻的使用注意事项热电阻接线时，先将接线盒打开，然后接线。01热电阻与显示仪表的连接导线应采用绝缘钢线，不得使用热电偶的补偿导线。02不能把一个热电阻与两个显示仪表并联使用。03合适的存放条件为:环境温度10~35℃;相对湿度不大于80%;周围空气中不应含有可能造成热电阻零件腐蚀的物质。04①电阻温度系数要大②在测温范围内，化学、物理性能稳定③具有良好的输出特性④具有比较高的电阻率⑤具有良好的可加工性感温电阻的选材要求比较适合的材料有铂、铜、铁和镍等，它们的阻值随温度的升高而增大，具有正温度系数2.1热电阻2.1热电阻金属热电阻结构图玻璃、陶瓷或金属等双芯或四芯氧化铝绝缘材料热电阻可以是一层薄膜，

采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上，占用体积很小2.1热电阻

大多数金属导体的电阻具有随温度变化的特性RT表示任意绝对温度T时金属的电阻值R0表示基准状态T0时的电阻值ɑ是热电阻的温度系数(1/℃)只要ɑ

保持不变(常数)，则金属电阻RT将随温度线性地增加，其灵敏度S为ɑ越大，S就越大

ɑ

是有关温度的函数，在一定温度范围内，可近似地看成一个常数。纯金属的电阻温度系数ɑ为(0.3～0.6)%/℃。2.1热电阻（1）铂电阻铂金属易于提纯铂电阻在氧化性介质中、甚至在高温下其物理、化学性质都非常稳定复制性好，有良好的工艺性电阻率较高，线性度好在温度传感器中得到了广泛应用铂电阻的应用范围为-200～+650℃。在0～650℃范围内金属铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示:在-200～0℃范围内金属铂的电阻值与温度的关系为：Rt、R0——铂电阻在温度t、0℃时的电阻值。A，B，C—温度系数，对于纯度为1.391的铂丝，A=3.96847×10-3/℃

，B=-5.847×10-7/℃2，C=-4.22×10-12/℃3（2-10）（2-11）

上式表明热电阻是一个非线性函数，但由于B、C值较小，可以认为是准线性函数，可以通过补偿来提高测量精度。2.1热电阻在工业上将相应于R0=50Ω和100Ω(即分度号Pt50、Pt100)的Rt-t关系制成分度表，称为

热电阻分度表.铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比W(100)表示：Rl00——铂热电阻在100℃时的电阻值R0——铂热电阻在0℃时的电阻值电阻比W(100)越大，其纯度越高。按IEC标准，工业使用的铂热电阻的W(100)≥1.3850。目前技术水平可达到W(100)=1.3930，其对应铂的纯度为99.99%。工业用铂电阻的纯度W(100)为1.387～1.390。

工业上金属铂热电阻常用型号：PT100、PT500、PT1000PT100表示为0℃时，其电阻值为100欧，是市场上最常用热电阻。2.1热电阻铂热电阻分度表

2.1热电阻铂电阻体常见形式

为云母片做骨架，两边做成锯齿状，铂丝采用双线法绕制，以消除电感。铂丝双绕在直径为3mm的石英玻璃上，在石英管外再套一个外径为5mm的石英管铂丝的引线采用银线，引线用双孔瓷绝缘套管绝缘2.1热电阻2.1热电阻铂电阻除用作一般工业测温外,主要作为标准电阻温度计,广泛地应用于温度的基准、标准的传递。铂电阻长时间稳定的复现性可达104K，是目前测温复现性最好的一种温度计。在国际实用温标中，铂电阻作为-259.34～630.74℃温度范围内的温度基准。铂电阻的缺点主要是：电阻温度系数较小，成本较高，在还原性介质中易变脆。铜热电阻化学、物理性能稳定灵敏度比铂电阻高，价格便宜易于提纯、加工，复制性较好输出-输入特性接近线性电阻温度系数比铂高（2）铜热电阻铜热电阻电阻率较小，测温范围较窄体积较大，热惯性大

铜热电阻的电阻丝细而且长，机械强度较低

在温度稍高时易于氧化

不适宜在腐蚀性介质或高温下工作

一般只用于150℃以下，无水分和无侵蚀性的低温环境中2.1热电阻铜电阻的阻值与温度间的关系为：Rt，R0分别为温度为t℃和0℃时的阻值A，B，C为常数，分别为：4.28899×10-3/℃

，-2.133×10-7/℃，1.233×10-9/℃。在-50～150℃范围内为线性变化，可用二项式表示：α为电阻温度系数，一般取α=4.25×10-3～4.28×10-3/℃。2.1热电阻我国生产的铜热电阻的代号为WZC，按其初始电阻R0的不同，有两种:50Ω

和100Ω，分度号分别为Cu50和Cu100采用直径约0.1mm的绝缘铜线用双线绕法分层绕在圆柱形塑料支架上用直径1mm的铜丝或镀银铜丝做引线铜电阻体的结构2.1热电阻种类优缺点温度范围铟电阻测量精度高，在4.2～15Κ范围内，铟电阻的灵敏度比铂电阻高10倍材料软，复制性差-269～

-258℃锰电阻在2~63K温度范围内随温度变化大，灵敏度高，价格低廉，操作简便热稳定性较差，材料脆性高，易损坏。-271～

-210℃碳电阻热容量小，灵敏度高，对磁场不敏感，价格低廉，操作简便。热稳定性较差。-273～

-268.5℃铁、镍电阻电阻率和电阻温度系数较高，可制体积小、灵敏度高的热电阻温度计易氧化，不易提纯，且电阻值与温度的关系是非线性的，应用少-50～100℃其他热电阻2.1热电阻2.2热敏电阻2.2热敏电阻热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，用电阻值随温度而显著变化的半导体电阻制成热敏电阻温度系数大，灵敏度高，响应迅速，测量线路简单，有些型号不用放大器就能输出几伏的电压，测温范围为-50℃～+450℃。热敏电阻发展十分迅速,由于其性能得到不断改进,稳定性已大为提高,在许多场合下,热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。由于本身阻值较大，因此可以不必考虑导线带来的误差，适于远距离的测量和控制。在需要耐湿、耐酸、耐碱、耐热冲击、耐振动的场合可靠性较高。2.2热敏电阻基础知识热敏电阻重复性好，工艺简单，便于工业化生产，成本低，体积小，寿命长，价格便宜，应用广泛。热敏电阻缺点：非线性较严重，在电路上要进行线性补偿，互换性较差，一般不在石油、钢铁、制造业上使用。主要用于点温度、小温差温度的测量；远距离、多点测量与控制；温度补偿和电路的自动调节等。

热敏电阻的结构2.2热敏电阻热敏电阻是由一些金属氧化物的粉末(NiO、MnO、CuO、Tio等)按一定比例混合烧结而成的半导体。通过不同的材质组合，能得到热敏电阻不同的电阻值R0及不同的温度特性热敏电阻主要由热敏探头、引线、壳体等构成。020103热敏电阻一般做成二端器件、三端、四端器件：二端和三端器件为直热式，即热敏电阻直接从连接的电路中获得功率四端器件则为旁热式根据不同的使用要求，可以把热敏电阻做成不同的形状和结构。2.2

热敏电阻2.2热敏电阻在环境温度为25±0.2℃时测得的电阻值，又称冷电阻，单位为Ω。（1）标称电阻值RH热敏电阻在温度变化1℃时电阻值的变化率，通常指温度为20℃时的温度系数，单位为%/℃。（2）电阻温度系数α指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率，

单位为W/℃。（3）耗散系数H热敏电阻的主要参数2.2热敏电阻τ=c/H热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的热量，单位为J/℃。（4）热容c使热敏电阻的阻值变化1%所需耗散的功率，单位为W。能量灵敏度G与耗散系数H、电阻温度系数α之间有如下关系：（5）能量灵敏度G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=0.63(T-T0)时所需时间，亦即热容c与耗散系数H之比：G=(H/α)×100（6）时间常数τ热敏电阻的主要参数南京时恒电子科技有限公司是集研发、生产、销售为一体的国家高新技术企业，国家级专精特新小巨人企业，南京市优秀民营企业。产品有NTC热敏电阻器、NTC温度传感器、PTC热敏电阻器和氧化锌压敏电阻器等敏感元器件，其中NTC热敏电阻器系列产品涵盖了浪涌抑制、温度补偿、精密测温、温度控制等应用。时恒电子作为行业重点企业，牵头起草制定了《用于抑制浪涌电流的MF72普通功率型负温度系数热敏电阻器》团体标准，参与了国家“十三五”、“十四五”规划的起草。2.2

热敏电阻由于半导体中参与导电的是载流子，载流子的浓度要比金属中的自由电子的浓度小得多，所以半导体的电阻率大。随着温度的升高，一方面，半导体中的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生的新的电子—空穴对增加，电阻率减小；另一方面，半导体材料的载流子的平均运动速度升高，导致电阻率增大。热敏电阻按其物理特性分为3大类型负温度系数热敏电阻(NTC)正温度系数热敏电阻(PTC)临界温度系数热敏电阻(CTR)热敏电阻阻值温度特性曲线2.2

热敏电阻PTC（PositiveTemperatureCoefficient）意思是正的温度系数，指此材料的电阻会随温度的升高而增加。这种热敏电阻以钛酸钡为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结而成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素以后，变成了半导体材料。正温度系数的热敏电阻温度达到居里点时，阻值会发生

急剧变化。一般钛酸钡的居里点为120℃。PTC是一种限流保护器件，它有一个动作温度值TS，当

其本体内温度低于TS时，其阻值维持基本恒定，这时的

阻值称为冷电阻。当电阻本体内温度高于TS时，其阻值

迅速增大，可以达到的最大阻值能过比冷电阻值大10000

倍左右。（1）正温度系数热敏电阻(PTC)的工作原理2.2

热敏电阻2.2热敏电阻PTC热敏电阻的主要特点：灵敏度较高，其电阻温度系数比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可到达2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；使用寿命长，正常环境下使用，寿命可达10年以上。稳定性好，利用PTC内部特性控温，永远不会超温。过载能力强，工作电压宽，当工作电压变化2倍时，外表温度的变化非常小。2.2热敏电阻目前PTC主要有高分子材料PTC和陶瓷PTC两种，其中陶瓷PTC的过电压耐受能力好，而高分子材料的PTC响应速度快，并且能实现低阻值。01PTC反应速度较慢，一般在毫秒级以上，热敏电阻的作用更多的体现在诸如电力线碰触等出现长时间过流保护的场合，常用于用户线路的保护中。02PTC在工业上可用作温度的测量与控制，如汽车部位的温度检测与调节，控制开水器的水温、空调器与冷库的温度，应用于彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制等方面。03当PTC热敏电阻用于电路自动调节时,为克服或减小其分布电容较大的缺点,应选用直流或60Hz以下的工频电源。多个PTC一起使用时，应并联，不可串联。042.2热敏电阻负温度系数热敏电阻(NTC)的工作原理负的温度系数，指此材料的电阻会随温度的升高而减小。负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，具有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点NTC热敏电阻研制得较早，也较成熟，也是目前使用最多的热敏电阻。NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿，在各种电子电路中抑制浪涌电流，起保护作用。如用作电子温度计的温度检测传感器，汽车的进气/排放温度检测器，以及空调的室内/室外机温度检测，以及通过检测智能手机和液晶显示器等移动设备的过热来控制电压。NTC热敏电阻的电阻－温度特性曲线如下图所示：R25:25℃时NTC本体的电阻值B值：材料常数，是用来表示NTC在工作温度范围内阻值随温度变化幅度的参数。ɑ值：所谓电阻温度系数(ɑ)，是指在任意温度下温度变化1°C时的零负载电阻变化率。NTC的B值会受温度变化的影响，因此通常我们会选取曲线上两个温度点来计算。表示B值时要把选取的温度点标明，如B25/85。B值越大表明阻值随温度的升高降低得越快，B值越小则相反。如下图：2.2

热敏电阻NTC的R-T表是电子工程师在设计电路时必须要得到的信息，表格是通过公式计算出来的，所以温度间隔可以自由设定，鉴于NTC检测温度的精度，通常温度间隔设为1℃。2.2

热敏电阻当NTC用来做温度检测，监控或者补偿时，通常需要串联一个电阻，阻值的选择可根据需要重点检测的温度区域和流过的电流大小来决定，一般情况下会串联一个和NTC常温电阻值一样的电阻，并且保证流过的电流要足够小以免产生自热，影响检测精度。检测到的信号是NTC电阻上的分压，如果希望得到分压与温度的曲线更加线性，可以采用图中所示的电路。2.2热敏电阻2.2热敏电阻NTC在使用中需要注意的事项：一定要加合适的串联电阻，不然NTC使用的时候会发生热崩溃，因为电流流过NTC会发热，如果热量不能及时耗散掉，NTC的温度会升高，然后阻值下降，这时电流会显著增加，NTC会变得更热，这样循环，最终可能导致NTC被烧毁，甚至起火。NTC的端部电极通常由Ag组成，在使用不当时会发生银迁移，导致NTC短路。使用中要避免NTC接触到水。焊接时的高温会造成NTC不可逆的阻值漂移，一些情况下可

能会造成5%的漂移，所以尽量避免高温焊接。NTCSMD是由陶瓷构成，安装时可能会造成断裂。2.2热敏电阻（3）临界温度系数热敏电阻(CTR)的工作原理CTR具有负电阻突变特性，电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低3-4个数量级,即具有很大负温度系数，主要用于温度开关类的控制。CTR工作原理是基于材料的热致电阻效应。当温度升高时，材料的电阻值会随之增加，这是因为温度升高会导致材料中的电子和离子的热运动增加，从而增加了电阻。而CTR临界温度热敏电阻的特殊之处在于，当温度达到一定的临界值时，材料的电阻值会发生急剧变化，这是因为材料的晶格结构发生了相变，从而导致电阻值的变化。CTR临界温度热敏电阻构成材料为钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，所以也称CTR为玻璃态热敏电阻。CTR骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变。这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。2.2热敏电阻CTR的特点:临界温度明显：CTR临界温度热敏电阻的特殊之处在于其有一个明显的临界温度，当温度小于该温度时，其电阻值变化不大，当温度超过该温度时，其电阻值迅速增加。01灵敏度高：CTR临界温度热敏电阻的温度系数较大，因此对温度变化的响应比较敏感，这使得其可以被广泛应用于温度测量、控制、保护等领域。02难度高：由于CTR临界温度热敏电阻的制造工艺比较复杂，材料成分和结构也有很高的要求，因此其制造成本比一般电阻要高，同时也难以达到高精度和高可靠性的要求。032.2热敏电阻CTR应用温度测量：CTR可以被广泛应用于温度测量领域，其灵敏度高、精度高的特点使其在工业领域获得了广泛的应用。01温度控制：CTR可以作为温度控制器中的重要元件，通过对热敏电阻值的监测和控制，实现对温度的调节和控制。02温度保护：CTR可以被应用于各种设备和仪器中，用于保护电路和设备免受过热损伤的影响。03

为温度为T时的电阻值；A为与热敏电阻尺寸、形式以及它的半导体物理性能有关的常数；B为与半导体物理性能有关的常数；T为热敏电阻的热力学温度(K)。电阻-温度特性热敏电阻的基本特性是电阻-温度特性。用于测量的NTC热敏电阻，在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为式中，图2-8热敏电阻温度特性2.2

热敏电阻伏—安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端之间的电压U的关系，称为热敏电阻的伏—安特性。当电流很小时，伏-安特性是直线，主要用来测温。当电流增大到一定值时，电阻减小，端电压反而下降。

伏安特性有助于我们正确选择热敏电阻的正常工作范围。图2-9热敏电阻伏—安特性2.2

热敏电阻安—时特性热敏电阻的电流—时间曲线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，达到热平衡时，才能有相应的平衡温度，即有固定的电阻值。对于一般结构的热敏电阻，完成这个热平衡过程需要时间在0.5～1s之间。图2-10热敏电阻安—时特性2.2

热敏电阻2.3热电偶2.3热电偶电力冶金水利工程石油化工轻工纺织工业过程控制科研工业锅炉自动化仪表温室监测……应用广泛测温范围广准确度高性能稳定结构简单动态性能好能把温度转换为电动势信号不需外加电源能用于快速测量可测流体温度、固体温度可测量静态温度，动态温度。热电偶传感器是一种将温度变化转换为电动势变化的传感器。主要优点缺点：线性度较差，通过查表补偿方法来校正温度，提高测量精度。T0电流ABT0T两种不同材料的导体或半导体两个导体接点处不同温度

ABT热电效应把两种不同材料的导体或半导体A和B组成一个闭合回路，两种导体处于不同温度T和T0时，在两导体间产生电动势，在回路中会因产生热电动势而形成电流，两个节点的温差越大，所产生的电动势越大。组成回路的导体材料不同,所产生的电动势也不一样。热电势热电偶两种不同导体的组合热电偶所产生的电动势热电极组成热电偶的材料A和B2.3热电偶2.3热电偶热电偶通常用于高温测量。置于被测温度介质中的一端(温度为T)称为热端或工作端。另一端(温度为T0)称为冷端或自由端。热电偶的冷端通过导线与温度指示仪表相连。热端一般要插入需要测温的生产设备中。冷端置于生产设备外。如果两端所处温度不同，则测温回路中会产生热电动势。热电动势的大小是由两种材料的接触电动势和单一材料的温差电动势所决定的。testo922双通道热电偶测温仪（1）接触电动势在温度为T时，两接点的接触电动势为：㏑k—玻耳兹曼常数e—电子电荷量T—接触处的温度NA，NB—分别为导体A和B的自由电子密度

式中：

由于不同的金属材料内部的自由电子密度不相同，当两种金属材料A和B接触时，自由电子就要从自由电子密度大的金属材料扩散到自由电子密度小的金属材料中去，从而产生自由电子的扩散现象。自由电子密度大的金属材料A，有自由电子从扩散到B，当扩散达到平衡时，金属材料A失去电子带正电荷，而金属材料B得到电子带负电荷。这样，A、B接触处形成一定的电位差，这就是接触电动势。2.3热电偶（2）温差电动势

温差电动势大小表示为：其中：σA—汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，

铜的σA=2μV/℃

在同一金属材料

A中，当金属材料两端的温度不同，两端电子能量就不同。温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到平衡。这样在金属材料A的两端形成一定的电位差，即温差电动势。2.3热电偶（3）热电偶回路的总热电动势

=lnln热电偶回路中的总电势导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0，如果T>T0，则必存在两个接触电势和两个温差电势，热电偶回路中产生的总热电动势为①热电偶的两个热电极必须是两种不同材料的均质导体②热电偶两接点温度必须不等③热电偶A，B产生的热电势与两个接点温度有关，与热电偶的材料有关④端点温差越大，回路的总电动势也越大结论：2.3热电偶2.3热电偶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：自由端（冷端）温度必须为0℃。我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）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成电路与之对应。T/℃0102030405060708090热电势/mV00.0000.0550.1130.1730.2350.2990.3650.4320.50.5731000.6450.7190.7950.8720.9501.91.1091.1901.2731.3562001.4401.5251.6111.6981.7851.8731.9622.0512.1412.2323002.3232.4142.5062.5992.6922.7862.8802.9743.0693.1644003.2603.3563.4523.5493.6453.7433.8403.9384.0364.1355004.2344.3334.4324.5324.6324.7324.8324.9335.0345.1366005.2375.3395.4425.5445.6485.7515.8555.9606.0646.1697006.2746.3806.4866.5926.6996.8056.9137.07.1287.2368007.3457.4547.5637.6727.7827.8928.0038.1148.2258.3369008.4488.5608.6738.7868.8999.29.1269.2409.3559.47010009.5859.7009.8169.93210.04810.16510.28210.40010.51710.635110010.7541087210.99111.11011.22911.34811.46711.58711.70711.827120011.94712.06712.18812.30812.42912.55012.67112.79212.91313.034130013.15513.27613.39713.51913.64013.76113.88314.00414.12514.247140014.36814.48914.61014.73114.85214.97315.09415.21515.33615.456150015.57615.69715.81715.93716.05716.17616.29616.41514.53416.653160016.77116.89017.00817.12517.24517.36017.47717.59417.71117.826热电极的选材不仅要求热电动势要大，以提高灵敏度，还要求其具有较好的热稳定性和化学稳定性。国际上，按热电偶的A、B热电极材料不同分成若干个分度号，写在前面的为正极，后面的为负极。多数热电偶的输出都是非线性的热电偶的基本定律中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。也就是说，在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相同，则热电偶产生的总电动势不变。根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电动势通过导线接至测量仪表进行测量，且不影响测量精度。同时，利用这个定则，还可以使用开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。图2-15接入中间导体的热电偶测温回路2.3热电偶2.3热电偶图中间温度定律原理示意图在热电偶回路中如果A、B分别连接导线a、b，其结点温度分别为T、TC和TC、T0，则回路的总电势EABab(T，Tc，T0)等于热电偶热电势EAB(T，Tc)与连接导线的热电势Eab(Tc，T0)的代数和。连接导体的中间温度定律其原理可用下式表示:EAB(T，T0)=EAB(T，TC)+Eab(TC，T0)利用这一性质，实际测量时可对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。中间温度定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。中间温度定律2.3热电偶均质导体定律由同一种均质导体(或半导体)两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯度存在，将会产生附加热电势，造成无法估计的测量误差。因此，热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。2.3热电偶标准(参考)电极定律如果两种导体(A、B)分别与第三种导体C组合成热电偶的热电势已知，则由这两种导体(A、B)组成的热电偶的热电势也就已知，这就是标准电极定律或参考电极定律。即电极定律根据标准电极定律，可以方便地选取一种或几种热电极作为标准(参考)电极，确定各种材料的热电特性，从而大大简化热电偶的选配工作。一般选取易提纯、物理化学性能稳定、熔点高的铂丝作为标准电极，确定出其他各种电极对铂电极的热电特性，便可知这些电极相互组成热电偶的热电势大小。1:12.3热电偶为了准确可靠地测量温度，对组成热电偶的材料必须经过严格的选择。工程上用于热电偶的材料应满足以下条件:热电势变化尽量大，热电势与温度关系尽量接近线性关系；电阻温度系数小，电导率高；热电性质稳定，物理、化学性能稳定；易加工，复制性好，便于成批生产，有良好的互换性。实际上，一般纯金属热电极易于复制但热电势小，非金属的热电势大但熔点高，难复制，故许多热电极选择合金材料。2.3热电偶国际上，按热电偶的A、B热电极材料不同分成若干个分度号，如常用的K(镍铬-镍硅或镍铝)、E(镍铬-康铜)、T(铜-康铜)等。组成热电偶的两种材料，写在前面的为正极，后面的为负极。对于不同金属组成的热电偶，温度与热电势之间有着不同的函数关系。因为多数热电偶的输出都是非线性的，国际计量委员会已对这些热电偶的每一度的热电势作了非常精密的测试，并向全世界公布了它们的分度表。2.3热电偶温度℃0102030405060708090热电动势mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.02432.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.879100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82649.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807——右图所示是分度号为K的镍铬—镍硅热电偶分度表。可通过测量热电偶输出的热电势再查分度表得到相应的温度值。约束条件是：自由端(冷端)温度必须为0C。每10℃分档，中间值按内插法计算。2.3热电偶这是目前工业上常用的几种标准化热电偶性能一览表。国际电工委员会(IFC)向世界各国推荐八种标准化热电偶。所谓标准化热电偶，就是已列入工业标准化文件中，具有统一的分度表。我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此标准生产热电偶，制定了相应的分度表，并且生产与之相配的显示仪表和相应的线性化集成电路。图2-17热电偶导线的绝缘方法将两热电极的一个端点紧密地焊接在一起组成接点就构成热电偶。对接点焊接的要求是焊点具有金属光泽、表面圆滑、无沾污变质、夹渣和裂纹；焊点的形状通常有对焊、点焊、绞纹焊等；焊点尺寸应尽量小，一般为偶丝直径2倍。焊接方法主要有直流电弧焊、直流氧弧焊、交流电弧焊、乙炔焊、盐浴焊、盐水焊和激光焊接等。热电偶两电极之间的导线通常用耐高温材料绝缘做成。1.3热电偶热电偶的感温元件1.普通型热电偶主要用于测量气体、液体、蒸汽等物质的温度。主要有棒形、角形、锥形等，还做成无专门固定装置、有螺纹固定装置及法兰固定装置等多种形式。工业上常用的热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒、接线盒等几部分组成。其中，热电极、绝缘套管和接线座组成热电偶的感温元件，一般制成通用性部件，可以装在不同的保护管和接线盒中。接线座作为热电偶感温元件和热电偶接线盒的连接件，将感温元件固定在接线盒上，其材料一般使用耐火陶瓷。1.3热电偶热电极:核心部分，采用焊接方式构成。贵金属热电极直径一般为0.35～0.65mm；

长度一般为250～300mm。绝缘套管:用于防止两根热电极短路，通常采用陶瓷、石英等材料。保护管:起到保护、固定和支撑热电极的作用。应有较好的气密性，足够的机械强度，

抗弯抗压；物理、化学性能稳定，不产生对热电极的腐蚀；高温环境使用，

耐高温和抗震性能好。接线盒:用来固定接线座和连接外接

导线，保护热电极免受外界

环境侵蚀，保证外接导线

与接线柱良好接触。一般

由铝合金制成，出线孔和

盖子都用垫圈加以密封。1.3热电偶2.铠装热电偶又称为缆式热电偶，它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者一起拉制成型的。由于它的热端形状不同，可分为四种形式。优点是小型化(直径为0.25～12mm)、热惯性小、有良好的柔性，便于弯曲，动态响应快(时间常数可达0.01s)，适用于测量狭长对象上各点的温度。同时，机械性能好，结实牢固，抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、耐震动抗机械外力冲击。测温范围在11OO℃以下的有镍铬-镍硅、镍铬-考铜铠装式热电偶，1.3热电偶2.3热电偶3.薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶，常用真空蒸镀(或真空溅射)等方法，把热电偶材料沉积在绝缘基板上面而制成。由于热电偶可以做得很薄，测表面温度时不影响被测表面的温度分布，它的测量端既小又薄(微米级)，热容量很小，动态响应反应速度快，热响应时间达到微秒级，可用于微小面积上的表面温度测量，以及瞬时变化的动态温度测量，特别适用于对壁面温度的快速测量。日前我国试制的有铁-镍、铁-康铜和铜-康铜三种，

尺寸为60×6×0.2mm，绝缘基板用云母、陶瓷片、

玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300℃以下；

反应时间仅为几毫秒(ms)。2.3热电偶4.表面热电偶主要用于现场流动的测量，广泛用于纺织、印染、造纸、塑料及橡胶工业。01上海仪表集团的WREM、WRNM系列表面热电偶专供测量0～800℃范围内各种不同形状静态固体介质表面温度、以及测量液体、气体和橡胶内部的温度等，不受物体表面形状限制，外形轻巧，携带方便，特别是加工现场，尤为适用。02本系列分手柄式和直柄式二种手杆，有七种形状探头，在其把手上装有动圈式仪表，读数方便。03热电偶探头采用镍铬－镍硅、镍铬－铜镍材料作感温元件，分度号E型和K型，热应时间T0.5小于10秒。042.3热电偶5.防爆热电偶在石油、化工、制药工业中，生产现场常伴有各种易燃易爆等化学气体、蒸汽，如果使用普通热电偶非常不安全，极易引起环境气体爆炸。这时需要采用防爆热电偶。防爆热电偶产品接线盒（外壳）在设计上采用高强度铝合金压铸而成，有足够的内部空间、壁厚及机械强度，其橡胶密封圈的热稳定性符合国家的防爆标准。防爆原理：利用间隙隔爆原理，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒内，腔内爆炸性混合气体发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，其压力也不会破坏接线盒，使爆炸后的火焰和温度不传到腔外，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆效果。由热电偶测量温度原理可知，为保证热电偶热电势与被测温度T成单值函数关系，则必须使T0端温度保持恒定。热电偶分度表及配套的显示仪表都要求冷端温度恒定为0℃，否则将产生测量误差。然而在实际应用中，由于热电偶的冷、热端距离通常很近，

冷端受热端及环境温度波动的影响，温度很难保持稳定，

要保持0℃就更难了。因此必须采取措施，消除冷端温度波动及不为0℃所产生

的误差，即需进行冷端处理。2.3热电偶0℃恒温法（冰点槽法）

把热电偶的冷端置于冰水混合物的0℃恒温容器中，此法适合于实验中的精确测量和检定热电偶时使用，对于工业生产现场使用极不方便。

如图所示，为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里。在密封的盖子上插入试管，试管的直径应尽量小，并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插入试管中的水银里，形成导电通路，不过在水银上面应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。若改用变压器油代替水银，则必须使补偿导线与铜导线接触性好。2.3热电偶2.3热电偶计算修正法对于冷端温度不等于0℃，但能保持恒定不变或能用普通室温计测出的冷端温度T0的情况，可采用修正法。热电偶实际测温时，工作于温度(T，T0)之间，实际测得的热电势是EAB(T，T0)。为了便于利用标准分度表由热电势查相应热端温度值，必须知道其热电偶相对于0℃时的热电势EAB(T，0)，为此，利用中间温度定律01EAB(T，0)=EAB(T，T0)+EAB(T0，0)02只要加上热电偶工作于T0和0℃之间的热电势值EAB(T0，0)，便可实测热电势EAB(T，T0)修正到相对于0℃的热电势EAB(T，0)。032.3热电偶在机械零点调整时，应先将仪表的电源和输入信号切断，然后用螺丝刀调整仪表面板上的螺钉，使指针指到T0的刻度。使用机械零位调整法简单方便，但冷端温度发生变化时，应及时断电，重新调整仪表机械零位，使之指示到新的冷端温度上。当热电偶与动圈仪表配套使用时(动圈仪表是专门与热电偶配套使用的显示仪表，它的刻度是依分度表而定的)，若热电偶冷端不为0℃，但基本恒定，这样在测量精度要求不高的场合下，可将动圈仪表的机械零点调至热电偶冷端所处的温度T0处。机械零位调整法0201032.3热电偶④.补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即T=T′+kTH式中:T—未知的被测温度；T′—参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH—室温；k—补正系数。其参数见右表。用这种办法误差不大于0.14%。2.3热电偶R1、R2、R3——桥臂电阻（锰铜电阻，其电阻值几乎不随温度变化）RP——限流电阻（锰铜电阻，其电阻值几乎不随温度变化）RCu——铜电阻（其电阻温度系数较大，电阻值随温度升高而增大）使用中应使RCu与热电偶的冷端靠近，使其处于同一温度之下。电桥由直流稳压电源供电。⑤.电桥补偿法是用电桥在温度变化时的不平衡电压来补偿因冷端温度变化而引起的热电势变化值，可以自动地将冷端温度校正到补偿电桥的平衡点温度上。2.3热电偶补偿导线法由于