常用温度传感器.ppt

学习要点学习要点u常用温度传感器常用温度传感器u热电阻温度传感器热电阻温度传感器 模块模块2 2 常用温度传感器常用温度传感器 温度传感器有温度传感器有3 3个发展阶段：即传统个发展阶段：即传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能温度传感器。目前，国际上新型器、智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。化向智能化、网络化的方向发展。2.1 温度传感器概述一、温度与温标 温度是衡量物体（或物质）冷热程度的物理量，能够把温度的变化转化为电量（电压、电流或阻抗等）变化的传感器称为温度传感器。温标是衡量温度的标准尺度，目前国际上使用较多的是摄氏温标和热力学温标。二、温度传感器的工作原理定义：利用各种物质材料的不同物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的装置。n n水银温度计-热胀冷缩n n双金属温度计-两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同三、温度传感器的分类 用来测量温度的传感器种类种类很多，常用的有热敏电阻、热电阻、PN结、热电偶以及为简化测量电路而开发的集成温度传感器。温度传感器按不同的分类依据分类如下：（1）按传感器于被测介质的接触方式：接触式 和非接触式（2）按物理现象分类 P44 表2-1（3）按测温范围分类 P44 表2-2（4）按测温特性分类 P44 表2-3四.温度传感器的主要发展方向n n超高温与超低温传感器n n提高温度传感器的精度和可靠性n n研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器n n发展新型产品n n发展适应特殊测温要求的温度传感器n n发展数字化、集成化和自动化的温度传感器把由把由金属导体金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为铂、铜、镍等制成的测温元件称为金属热电阻，可构成热电阻传感器。金属热电阻，可构成热电阻传感器。把由把由半导体材料半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻，可构制成的测温元件称为热敏电阻，可构成热敏电阻传感器，它的灵敏度比前者高十倍以上成热敏电阻传感器，它的灵敏度比前者高十倍以上。热热电电阻阻分分类类作用：测量作用：测量温度温度及与温度有关的参量。及与温度有关的参量。2.2 热电阻温度传感器一、一、热电阻的测温原理热电阻的测温原理热电阻效应：热电阻效应：物质的物质的电阻率电阻率随随温度温度变化而变化的物理现象。变化而变化的物理现象。金属的电阻温度系数为正值，如图。金属的电阻温度系数为正值，如图。因为：在金属中，载流子为自由电子，因为：在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时当温度升高时，每个自由电子的动能每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻就会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加值随温度的升高而增加 。金属的电阻金属的电阻温度特性曲线温度特性曲线热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。性来进行温度测量的。热电阻的温度特性主要是指热电阻的阻值Rt与温度t之间的关系，热电阻的电阻值与温度之间呈非线性关系。热电阻测量电路作用：将由温度引起的热电阻测量电路作用：将由温度引起的阻值的变化阻值的变化转换成转换成电压信号电压信号。热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度，大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度，或经或经A/D转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集温度。温度。如果热电阻安装的位置与仪表相距较远，如果热电阻安装的位置与仪表相距较远，当环境温度变化时，其连接导线电阻也要当环境温度变化时，其连接导线电阻也要变化。为消除连接导线电阻变化带来的测变化。为消除连接导线电阻变化带来的测量误差，测量时采用三线制连接法。除了量误差，测量时采用三线制连接法。除了三线制接法，另外还有四线制接法，主要三线制接法，另外还有四线制接法，主要用于精密测量。用于精密测量。热电阻两线测量桥路热电阻两线测量桥路:热电阻的两热电阻的两端各引出一根导线与指示仪表连接，端各引出一根导线与指示仪表连接，称为二线制接法，二线制接法仅适称为二线制接法，二线制接法仅适用于热电阻与指示仪表距离较近、用于热电阻与指示仪表距离较近、连接导线较短或精度不高的场合。连接导线较短或精度不高的场合。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。二、热电阻材料、结构及参数二、热电阻材料、结构及参数 1 1、热电阻材料、热电阻材料 较为广泛应用的电阻体材料有：较为广泛应用的电阻体材料有：铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜。对电阻体材料的基本要求：对电阻体材料的基本要求：电阻温度系数大电阻温度系数大-提高灵敏度提高灵敏度电阻率尽可能大电阻率尽可能大-减小电阻尺寸减小电阻尺寸材料的化学、物理性质稳定材料的化学、物理性质稳定-减小误差减小误差材料易于加工材料易于加工-提高工艺性提高工艺性铂热电阻n n铂铂铂铂电电电电阻阻阻阻的的的的特特特特点点点点是是是是耐耐耐耐高高高高温温温温、性性性性能能能能稳稳稳稳定定定定、抗抗抗抗氧氧氧氧化化化化能能能能力力力力强强强强、电电电电阻阻阻阻率率率率高高高高、材材材材料料料料易易易易于于于于提提提提纯纯纯纯等等等等优优优优点点点点，在在在在国国国国际际际际实实实实用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。n n铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为 -200-200-200-200960960960960。n n铂电阻价格较贵。铂电阻价格较贵。铂电阻价格较贵。铂电阻价格较贵。它们的分度号分别为它们的分度号分别为Pt10Pt10、Pt50Pt50、Pt100Pt100，其中其中Pt100Pt100最常用。最常用。我国工业用铂热电阻有：我国工业用铂热电阻有：铜热电阻由由由由于于于于铂铂铂铂是是是是贵贵贵贵金金金金属属属属，在在在在测测测测量量量量精精精精度度度度要要要要求求求求不不不不高高高高、温温温温度度度度范范范范围围围围在在在在-50-50-50-50 150150150150时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。铜电阻的铜电阻的铜电阻的铜电阻的R R R R0 0 0 0常取常取常取常取100100100100、50505050两种，分度号为两种，分度号为两种，分度号为两种，分度号为Cu100Cu100Cu100Cu100、Cu50Cu50Cu50Cu50。优点：优点：l铜易于提纯，价格低廉，电阻铜易于提纯，价格低廉，电阻_温度特性线性较好；温度特性线性较好；l价格低廉，互换性好，固有电阻小。价格低廉，互换性好，固有电阻小。缺点：缺点：l电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长；电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长；l机械强度较差，热惯性较大，在温度高于机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100100时，易氧化，稳定性较差。时，易氧化，稳定性较差。因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。铜的机械强度较差，一般用双绕法：铜的机械强度较差，一般用双绕法：先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两个端头处于支架的同一端。个端头处于支架的同一端。2 2、热电阻的结构、热电阻的结构 电阻体的结构电阻体的结构电阻体由电阻丝和支架组电阻体由电阻丝和支架组成。通常铂丝直径在成。通常铂丝直径在0.030.030.07mm0.07mm之间，可单层绕制，之间，可单层绕制，电阻体可做得很小。电阻体可做得很小。铜丝的直径较大铜丝的直径较大，一般为一般为0.1mm0.1mm的漆包铜线分层绕在的漆包铜线分层绕在骨架上，并涂上绝缘漆而成。骨架上，并涂上绝缘漆而成。玻璃骨架铂热玻璃骨架铂热电阻感温元件电阻感温元件 云母骨架铂热电阻铜热电阻感温元件 热电阻式传感器的结构热电阻式传感器的结构:由电阻体（感温元件）、引出线、绝缘套管和接由电阻体（感温元件）、引出线、绝缘套管和接线盒等部件组成。其中，电阻体（感温元件）是主要部件。线盒等部件组成。其中，电阻体（感温元件）是主要部件。普通工业用热电阻基型产品结构3 3 3 3、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数(1)(1)(1)(1)标称电阻标称电阻标称电阻标称电阻(R(R(R(R0 0 0 0)：热电阻在：热电阻在：热电阻在：热电阻在0000时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值(2)(2)(2)(2)分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻-温度对温度对温度对温度对照表照表照表照表 分度号：分度号：分度号：分度号：Pt100Pt100Pt100Pt100，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻为为为为100100100100(3)(3)(3)(3)温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围(4)(4)(4)(4)热响应时间热响应时间热响应时间热响应时间(5)(5)(5)(5)额定工作电流额定工作电流额定工作电流额定工作电流Rt1 和和Rt2分别接入电桥两相邻桥臂。分别接入电桥两相邻桥臂。R Rt1t1放在被测介质的流通管道的中心。放在被测介质的流通管道的中心。R Rt2t2放在连通室中，不受介质流速影响。放在连通室中，不受介质流速影响。当被测介质处于静止状态时，将电桥调到当被测介质处于静止状态时，将电桥调到平衡状态，检流计指零。平衡状态，检流计指零。当介质流动时，由于介质流动要带走热量，当介质流动时，由于介质流动要带走热量，Rt1Rt1所耗散的所耗散的热量与被测介质的平均流速成热量与被测介质的平均流速成正比。正比。因而因而Rt1Rt1温度下降，引起电阻下降，温度下降，引起电阻下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示，可用电桥失去平衡，检流计有相应指示，可用流量或流速标定。流量或流速标定。三三 、热电阻应用热电阻应用n热电阻式流量计热电阻式流量计n突突断型温度传感器断型温度传感器 电热水壶接通电源加热后，水温逐步上升到100度，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。实验一实验一 Pt100铂电阻铂电阻(Cu50铜热电阻铜热电阻)测温特性实验测温特性实验一、实验目的一、实验目的 了解Pt100(Cu50)热电阻电压转换方法及Pt100(Cu50)热电阻测温特性与应用。二、基本原理：二、基本原理：Rt=R3K(R1+RW1)Vc-(R4+R1+RW1)VoKVcR4+(R4+R1+RW1)Vo三、需用器件与单元三、需用器件与单元四、实验步骤四、实验步骤五、实验结果记录五、实验结果记录附表：附表：Pt100 铂电阻分度表铂电阻分度表(tRt对应值对应值)Cu50铜电阻分度表铜电阻分度表(tRt对应值对应值)t()室温 40 45 80 Vo(V)Rt()休息一下学习要点学习要点u热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器u集成温度传感器集成温度传感器 模块模块2 2 常用常用温度传感器温度传感器1 1 1 1、定义定义定义定义 半半半半导导导导体体体体热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻简简简简称称称称热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻，是是是是一一一一种种种种新新新新型型型型的的的的半半半半导导导导体体体体测测测测温温温温元元元元件件件件，它它它它是是是是用用用用电电电电阻阻阻阻值值值值随随随随温温温温度度度度而而而而显显显显著著著著变变变变化化化化的的的的半半半半导导导导体体体体电电电电阻阻阻阻制制制制成成成成的的的的。通通通通常常常常采采采采用用用用重重重重金金金金属属属属氧氧氧氧化化化化物物物物锰锰锰锰、钛钛钛钛、钴钴钴钴等等等等材材材材料料料料，在在在在高高高高温温温温下下下下烧烧烧烧结结结结混混混混合合合合而而而而成。成。成。成。热热敏敏电电阻阻分分类类正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻（PTC）各种热敏电阻的特性曲线各种热敏电阻的特性曲线 1 1突变型突变型NTC 2NTC 2负温度负温度NTC NTC 3 3线形型线形型PTC 4PTC 4突变型突变型PTCPTC负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTCNTC）一、热敏电阻传感器突变型突变型(又称临界温度型，又称临界温度型，英文缩写英文缩写CTR)CTR)表表2-42-4 2 2 2 2、特点、特点、特点、特点 用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有如下特点：如下特点：如下特点：如下特点：n n电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大10101010倍倍倍倍左右，因此它的灵敏度很高；左右，因此它的灵敏度很高；左右，因此它的灵敏度很高；左右，因此它的灵敏度很高；n n结构简单，体积小；结构简单，体积小；结构简单，体积小；结构简单，体积小；n n电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；n n阻值与温度变化呈非线性关系；阻值与温度变化呈非线性关系；阻值与温度变化呈非线性关系；阻值与温度变化呈非线性关系；n n稳定性和互换性相对较差稳定性和互换性相对较差稳定性和互换性相对较差稳定性和互换性相对较差3 3 3 3、结构、结构、结构、结构热敏电阻结构MF12型NTC热敏电阻塑料封装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4 4 4 4、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用n热敏电阻用于温度补偿 仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于温度变化产生的误差。温度变化产生的误差。n过热保护 NTC薄膜热敏电阻MF52An抑制浪涌工作电流 n冰箱压缩机启动 n过电流保护 n热敏电阻测温 n高低温度范围自动控制电路n家用空调温度检测n智能电饭煲温度检测n其他家用电气产品的温度检测集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的b-eb-eb-eb-e结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至A/DA/DA/DA/D转换或转换或转换或转换或U/fU/fU/fU/f转换等电路转换等电路转换等电路转换等电路集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为：以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感器器器器 以以以以数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。集成集成集成集成温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。二、集成温度传感器AD590温度传感器在温度测量中的应用温度传感器在温度测量中的应用以AD590为传感器，设计一数字显示温度表，测温范围0100，误差不大于1。uAD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流型集成温度传感器。u这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。u该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在515V之间变化，其电流只是在1A以下作微小变化，一般用于高精度温度测量电路，u其封装形式有三种：b)两脚封装c)SOIC封装a）TO-52封装及符号图AD590的封装形式AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273.2+25）=298.2A。图AD590基本应用电路注意事项：1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K298.2A=2.982V2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准若使用AD590测温并以摄氏度表示时，则要通过调零电路（最简单的为电桥）来实现，使零摄氏度时，送到放大电路的净输入电压为零。差动放大器输出Vo为(100K/10K)(V2-V1)=T/10V。图AD590温度传感器测温原理图作业P82 6、7休息一下学习要点学习要点u热电偶温度传感器测温原理热电偶温度传感器测温原理u热电偶三大定律热电偶三大定律 模块模块2 2 常用常用温度传感器温度传感器 学习要点学习要点u热电偶温度传感器测温原理热电偶温度传感器测温原理u热电偶三大定律热电偶三大定律 模块模块2 2 温度传感器的应用温度传感器的应用 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；测温范围广，一般为测温范围广，一般为测温范围广，一般为测温范围广，一般为-270-270-270-270+2800+2800+2800+2800；直接输出电信号，无测量转换电路。直接输出电信号，无测量转换电路。直接输出电信号，无测量转换电路。直接输出电信号，无测量转换电路。适于远距离测量、自动记录、集中控制。适于远距离测量、自动记录、集中控制。适于远距离测量、自动记录、集中控制。适于远距离测量、自动记录、集中控制。缺点是存在冷端温度补偿问题。缺点是存在冷端温度补偿问题。缺点是存在冷端温度补偿问题。缺点是存在冷端温度补偿问题。1、热电效应热电效应两种不同材料的导体两种不同材料的导体两种不同材料的导体两种不同材料的导体A A A A和和和和B B B B组成一个闭合电路时，若组成一个闭合电路时，若组成一个闭合电路时，若组成一个闭合电路时，若两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为这种现象称为这种现象称为这种现象称为热电效应热电效应热电效应热电效应。热电偶的工作原理是基于物体的热电效应热电偶的工作原理是基于物体的热电效应热电偶的工作原理是基于物体的热电效应热电偶的工作原理是基于物体的热电效应；图图3-20 3-20 热电偶测温原理图热电偶测温原理图有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：l l热电极热电极热电极热电极l l热电势热电势热电势热电势l l测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）l l参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）热电偶工作原理演示热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零冷热端温度相等时，回路中不产生热电势冷热端温度相等时，回路中不产生热电势热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零2 2、接触电动势、接触电动势、接触电动势、接触电动势 由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生自由电子的扩散形成的电动势自由电子的扩散形成的电动势自由电子的扩散形成的电动势自由电子的扩散形成的电动势 。接触电动势的形成过程接触电动势的形成过程:由于两导体自由电子密度不同而发生电子扩散现象；导体A因失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面处形成电场，该电场的存在阻碍了电子的继续扩散；当电子扩散达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势接触电动势的数值取决于接触电动势的数值取决于两种导体的性质和接触点两种导体的性质和接触点的温度，而与导体的形状的温度，而与导体的形状及尺寸无关。及尺寸无关。3、温差电动势、温差电动势在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。温差温差电势电势很小很小温差电动势形成过程：高温端的自由电子具有较大的动能而向低温端扩散，因而导致导体的高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电。当电子扩散达到动态平衡时，则在导体两端间产生温差电动势：热电偶回路热电动势的组成ToTo 恒定时，恒定时，恒定时，恒定时，则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端温度温度温度温度T T 成单值函数关系，即成单值函数关系，即成单值函数关系，即成单值函数关系，即:热端接热端接触电势触电势 B B导体的导体的温差电势温差电势 冷端接冷端接触电势触电势 A A导体的导体的温差电势温差电势 温差电温差电势很小，势很小，可忽略可忽略不计不计 总热电势表达式总热电势表达式:若构成热电偶的两个材料相同，即使温渡不同，但回路总的热电动势=0，因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。热电偶的热电动势只与热电极材料和结点温度有关，与热电偶的形状和尺寸无关。若TT0,尽管导体A，B的材料不同，但回路总的热电动势=0。因此热电偶的两结点温度必须不相等。由热电动热的表达式可得下列规律：由热电动热的表达式可得下列规律：1 1 1 1、中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端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，则对热电偶回路总的热电动势无影响。温度相等，则对热电偶回路总的热电动势无影响。温度相等，则对热电偶回路总的热电动势无影响。温度相等，则对热电偶回路总的热电动势无影响。同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。第三第三种导种导体体中间导体定律的意义根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，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动势通过导线接至测量仪表进行测量动势通过导线接至测量仪表进行测量动势通过导线接至测量仪表进行测量,且不影响测量精度。且不影响测量精度。且不影响测量精度。且不影响测量精度。可采用开路热电偶对可采用开路热电偶对可采用开路热电偶对可采用开路热电偶对液态金属液态金属液态金属液态金属和和和和金属壁面金属壁面金属壁面金属壁面进行温度测量，只进行温度测量，只进行温度测量，只进行温度测量，只要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的温度相同温度相同温度相同温度相同即可。即可。即可。即可。连接仪表的热电偶测量回路连接仪表的热电偶测量回路开路热电偶测温开路热电偶测温2 2、中间温度定律中间温度定律在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为t t t t，自由端为，自由端为，自由端为，自由端为t t t to o o o，中间温度为，中间温度为，中间温度为，中间温度为t,t,t,t,则（则（则（则（t,tt,tt,tt,to o o o）的热电势等于）的热电势等于）的热电势等于）的热电势等于（t,tt,tt,tt,t）与（）与（）与（）与（t,tt,tt,tt,to o o o）热电势代数和）热电势代数和）热电势代数和）热电势代数和。中间温度定律的意义中间温度定律的意义当自由端温度为当自由端温度为当自由端温度为当自由端温度为0000时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关系制成热电偶的分度表（附录），利用该定律，系制成热电偶的分度表（附录），利用该定律，系制成热电偶的分度表（附录），利用该定律，系制成热电偶的分度表（附录），利用该定律，可对参考端温可对参考端温可对参考端温可对参考端温度不为度不为度不为度不为0000的热电势进行修正。的热电势进行修正。的热电势进行修正。的热电势进行修正。运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶AAAA、BBBB代替代替代替代替tttt到到到到totototo段的热电偶段的热电偶段的热电偶段的热电偶A A A A、B B B B，只，只，只，只要在要在要在要在 (t,to(t,to(t,to(t,to)温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度tttt的影响。的影响。的影响。的影响。课本第课本第51页页:第第6题题已已已已知知知知热热热热电电电电极极极极A A A A、B B B B与与与与参参参参考考考考电电电电极极极极C C C C 组组组组成成成成的的的的热热热热电电电电偶偶偶偶在在在在接接接接点点点点温温温温度度度度为为为为（t t t t，totototo）时时时时的的的的热热热热电电电电动动动动势势势势分分分分别别别别为为为为E E E EACACACAC（t t t t，totototo）、E E E EBCBCBCBC（t t t t，totototo），则则则则在在在在相相相相同同同同温温温温度度度度下下下下，由由由由A A A A，B B B B两两两两种种种种热热热热电电电电极极极极配配配配对对对对后后后后的的的的热热热热电电电电动动动动势势势势E E E EAB AB AB AB（t t t t，totototo）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为：3、参考电极定律、参考电极定律参考电极定律的意义由于由于由于由于纯铂丝纯铂丝纯铂丝纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为参考电极参考电极参考电极参考电极。参考电极定律大大参考电极定律大大参考电极定律大大参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程，只要获得，只要获得，只要获得，只要获得有关电极与有关电极与有关电极与有关电极与参考电极参考电极参考电极参考电极配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。已知：铂铑已知：铂铑已知：铂铑已知：铂铑30303030铂热电偶的铂热电偶的铂热电偶的铂热电偶的E E E E（1084.51084.51084.51084.5，0000）=13.937mV=13.937mV=13.937mV=13.937mV，铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6 6铂热电偶的铂热电偶的铂热电偶的铂热电偶的 E E E E（1084.51084.51084.51084.5，0000）=8.354mV=8.354mV=8.354mV=8.354mV，求：求：求：求：铂铑铂铑铂铑铂铑30303030铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6 6热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。解解:设设A A 为铂铑为铂铑3030电极，电极，B B 为铂铑为铂铑6 6电极，电极，C C 为纯铂电极为纯铂电极E EABAB（1084.51084.5，00）=E EACAC（1084.51084.5，0 0）-E EBCBC（1084.51084.5，00）=5.622mV=5.622mV补充补充:当当当当T为为100,T0 0为为0 时时,铬合金铬合金铂热电铂热电偶的偶的E(100,0)=3.13mV,铝合金铝合金铂热电偶的铂热电偶的E(100,0)=-1.02mV,求求铬合金铬合金-铝合金组成热电偶的热电势铝合金组成热电偶的热电势E(100,0)。作业P82 9休休 息息 一一 下下学习要点学习要点u热电偶的种类和结构热电偶的种类和结构u热电偶的冷端补偿和测温电路热电偶的冷端补偿和测温电路u热电偶的应用及配套仪表热电偶的应用及配套仪表 模块模块2 2 常用常用温度传感器温度传感器1、热电偶的结构绝缘套管：绝缘套管：防止两根热电极之间短路，采用陶瓷、石英等材料，一般做成防止两根热电极之间短路，采用陶瓷、石英等材料，一般做成圆形或椭圆形，中间有孔，装入电极。圆形或椭圆形，中间有孔，装入电极。保护管：保护管：电极套在绝缘套管后装入保护管，隔离电极与被测介质，避免电极套在绝缘套管后装入保护管，隔离电极与被测介质，避免电极受到介质侵蚀与损伤；保护管材料：黄铜、钢等传热材料。电极受到介质侵蚀与损伤；保护管材料：黄铜、钢等传热材料。接线盒：接线盒：连接电极和测量仪表，多用铝合金制成；连接电极和测量仪表，多用铝合金制成；工程上实际使用的热电偶大多是由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成工程上实际使用的热电偶大多是由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成。热电极：热电极：热电偶常以热电极的材料种类来命名（铂铑热电偶常以热电极的材料种类来命名（铂铑铂热电偶）；铂热电偶）；热电极的直径：热电极的直径：0.350.65mm（贵重金属）（贵重金属）0.53.2mm（普通金属）；（普通金属）；热电偶的长度热电偶的长度3502000mm，部分达，部分达3500mm；主要用于测量气主要用于测量气体、蒸汽和液体体、蒸汽和液体等介质温度。等介质温度。铠装热电偶铠装热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶它是将金属保护套管、它是将金属保护套管、绝缘材料、热电极组绝缘材料、热电极组合成一体，可以做得合成一体，可以做得很细长、也称缆式热很细长、也称缆式热电偶。电偶。这种结构耐高压、反这种结构耐高压、反应时间短、坚固耐用、应时间短、坚固耐用、可以弯曲，适用狭小可以弯曲，适用狭小弯道内使用。弯道内使用。用真空镀膜技术，将用真空镀膜技术，将热电偶材料沉积在绝热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成，适缘片表面而构成，适用于测量微小面积上用于测量微小面积上的瞬变温度。的瞬变温度。2、热电偶的种类普通型热电偶普通型热电偶普通装配型热电偶的外形铠装热电偶外形铠装热电铠装热电偶横截面偶横截面电极电极铠体铠体目前工业上常用的目前工业上常用的4 4种标准化的热电偶材料为：种标准化的热电偶材料为：l铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6：测温范围：测温范围0 016001600，性能稳定，精度高，性能稳定，精度高，价格高。价格高。l铂铑铂铑1010铂：测温范围铂：测温范围0 013001300，由直径，由直径0.5mm0.5mm的纯铂丝的纯铂丝和同直径的铂铑丝制成，用于精密温度测量、属贵重金属、和同直径的铂铑丝制成，用于精密温度测量、属贵重金属、成本较高。成本较高。l镍铬镍铬镍硅：测温范围镍硅：测温范围-200-200900900，热偶丝直径为，热偶丝直径为1.21.22.5mm,2.5mm,精度偏低精度偏低,价格便宜价格便宜,一般用于工业测量一般用于工业测量.l镍铬镍铬考铜考铜:测温范围测温范围-200-200600600。热电偶丝直径。热电偶丝直径1.2 1.2 2mm,2mm,灵敏度高、价格便宜，测温范围小，考铜易氧化变质。灵敏度高、价格便宜，测温范围小，考铜易氧化变质。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面为负极。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面为负极。铂铑铂铑30 指铂指铂70%、铑、