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珠型热敏电阻的结构1传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些家用电器中都少不了温度传感器。这些家用电器中都少不了温度传感器。这些家用电器中都少不了温度传感器。这些家用电器中都少不了温度传感器。概述概述WGG2-201型光学高温计 1物镜；物镜；2吸收玻璃；吸收玻璃；3灯泡；灯泡；4红色滤波片；红色滤波片；5目镜；目镜；6指示仪器；指示仪器；7滑线电阻；滑线电阻；E电源；电源；K开关；开关；R1刻线调整电阻刻线调整电阻上一页上一页下一页下一页返返回回传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器概述概述 各种热电偶各种热电偶传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器概述概述 各种热电阻各种热电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器温度测量的分类温度测量的分类温度测量的分类温度测量的分类概述概述接触式测温接触式测温接触式测温接触式测温利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测物体，使两者处于同一热平衡状态，具有物体，使两者处于同一热平衡状态，具有物体，使两者处于同一热平衡状态，具有物体，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度。同一温度。同一温度。同一温度。特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。利用热辐射原理，敏感元件不必与被测利用热辐射原理，敏感元件不必与被测利用热辐射原理，敏感元件不必与被测利用热辐射原理，敏感元件不必与被测物体接触。物体接触。物体接触。物体接触。特点：不会破坏被测体表面温度场，且响特点：不会破坏被测体表面温度场，且响特点：不会破坏被测体表面温度场，且响特点：不会破坏被测体表面温度场，且响应速度较快，但测温误差较大。应速度较快，但测温误差较大。应速度较快，但测温误差较大。应速度较快，但测温误差较大。非接触式测温非接触式测温非接触式测温非接触式测温传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器测温传感器的分类测温传感器的分类测温传感器的分类测温传感器的分类概述概述膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计非接触式测温传感器非接触式测温传感器非接触式测温传感器非接触式测温传感器全辐射高温计全辐射高温计全辐射高温计全辐射高温计光学高温计光学高温计光学高温计光学高温计比色高温计比色高温计比色高温计比色高温计液体温度计液体温度计液体温度计液体温度计固体温度计固体温度计固体温度计固体温度计压力温度计压力温度计压力温度计压力温度计热电阻温度计热电阻温度计热电阻温度计热电阻温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计接触式测温传感器接触式测温传感器接触式测温传感器接触式测温传感器热力学温度定义水的三相点(固、液、汽三相并存）热力学温度标志数值为373.16，取1/373.16为一个开尔文。将计量单位K 加上所标志的数值后，就形成了完整的热力学温度表达式。热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点是273.15K，沸点是373.15K。请注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相差0.01K。物物理理现现象象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2Fe-Ni-Cu合金合金热敏电阻的结构热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式上一页上一页下一页下一页返返回回传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 液体膨胀式液体膨胀式 电接点式电接点式电接点式电接点式 升升升升到到到到特特特特定定定定温温温温度度度度，铂铂铂铂丝丝丝丝与水银柱接通与水银柱接通与水银柱接通与水银柱接通可做控制可做控制可做控制可做控制概述概述传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 固体膨胀式固体膨胀式固体膨胀式固体膨胀式 以双金属元件作为温度敏感元件以双金属元件作为温度敏感元件以双金属元件作为温度敏感元件以双金属元件作为温度敏感元件,线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数不同的金属不同的金属不同的金属不同的金属 使用方便使用方便使用方便使用方便适应性强适应性强适应性强适应性强精度不太高精度不太高精度不太高精度不太高 概述概述传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 气体膨胀式气体膨胀式 概述概述传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 主要讨论的温度传感器按工作原理主要有以主要讨论的温度传感器按工作原理主要有以下几类：下几类：热电偶，热电偶，利用金属温差电动势，有耐高温、利用金属温差电动势，有耐高温、精度高的特点；精度高的特点；热电阻热电阻，利用导体随温度变化，测温不高；，利用导体随温度变化，测温不高；热敏电阻热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测，利用半导体材料随温度变化测 温，体积小、灵敏度高、稳定性差；温，体积小、灵敏度高、稳定性差；集成温度传感器集成温度传感器，利用晶体管，利用晶体管PNPN结电流、结电流、电压随温度变化，有专用集成电路，体积电压随温度变化，有专用集成电路，体积 小、响应快、价廉，测量小、响应快、价廉，测量150150以下温度。以下温度。概述概述传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器 金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻q广泛用于测量广泛用于测量广泛用于测量广泛用于测量-200-200+850+850，少数可测，少数可测，少数可测，少数可测10001000。2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻贴片式贴片式薄膜式薄膜式大功率大功率传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件 选作感温元件的材料应满足如下要求选作感温元件的材料应满足如下要求：1.材材料料的的电电阻阻温温度度系系数数a要要大大，纯纯金金属属的的a比比合合金金的的高高，所以一般均采用纯金属作热电阻元件；所以一般均采用纯金属作热电阻元件；2.在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定；在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定；3.在在测测温温范范围围内内，a（温温度度系系数数）保保持持常常数数，便便于于实实现现温度表的线性刻度特性；温度表的线性刻度特性；4.具具有有比比较较大大的的电电阻阻率率，以以利利于于减减少少热热电电阻阻的的体体积积，减小热惯性减小热惯性.5.特性复现性好，容易复制。特性复现性好，容易复制。比较适合以上要求的材料有：比较适合以上要求的材料有：铂、铜、铁和镍铂、铜、铁和镍。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于-200-200+500+500温度测量；温度测量；温度测量；温度测量；材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器铂热电阻铂热电阻铂热电阻铂热电阻精度高，稳定性好，性能可靠精度高，稳定性好，性能可靠精度高，稳定性好，性能可靠精度高，稳定性好，性能可靠铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻-190-190OO+0+0630630式中：式中：为温度为温度和和时的电阻值。时的电阻值。温度温度时，时，的公称值是的公称值是。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻测量电路测量电路测量电路测量电路:三线连接三线连接三线连接三线连接传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻测量电路测量电路测量电路测量电路:四线连接四线连接四线连接四线连接传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。热敏电阻：金属氧化物半导体材料、陶瓷工艺热敏电阻：金属氧化物半导体材料、陶瓷工艺热敏电阻：金属氧化物半导体材料、陶瓷工艺热敏电阻：金属氧化物半导体材料、陶瓷工艺主要材料有：主要材料有：主要材料有：主要材料有：MnMn、CoCo、NiNi、CuCu、FeFe氧化物，氧化物，氧化物，氧化物，2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻特征参数标称电阻值：25oC、零功率电阻温度系数：单位温度变化引起电阻阻值变化的相对值(表征灵敏度)时间常数：表征电阻热惯性额定功率传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器PTCPTCPTCPTC热敏电阻的特性曲线：热敏电阻的特性曲线：热敏电阻的特性曲线：热敏电阻的特性曲线：I I I I：突变型（开关型）：突变型（开关型）：突变型（开关型）：突变型（开关型）,开开开开关温度关温度关温度关温度T T T Tb b b b以上，近似以上，近似以上，近似以上，近似IIIIIIII：缓变型（线性好）：缓变型（线性好）：缓变型（线性好）：缓变型（线性好）2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻静态伏安特性AB：低温，阻值基本不变BC：阻值随温度升高而增加CD：电流平缓传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器NTCNTCNTCNTC负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：示：示：示：温度系数不是常数温度系数不是常数温度系数不是常数温度系数不是常数2.1 2.1 热电阻热电阻热电阻热电阻2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻负温度系数型热敏电阻特性曲线负温度系数型热敏电阻特性曲线NTC的温度特性CTR的温度特性半导体硅热电阻2.1.3 硅热电阻半导体材料的电阻率对温度非常敏感,对半导体器件影响很大，但是可以用来制成传感器硅热电阻工作原理电阻率与载流子浓度和迁移率有关载流子浓度和迁移率都与温度相关1、迁移率与温度的关系声学波（晶格振动）散射电离杂质散射2、电阻率与温度的关系一定掺杂浓度AB段：温度很低时，载流子（杂质电离）浓度随温度升高而增加，迁移率也随温度升高而增大（电离杂质散射）BC段：杂质全部电离，载流子浓度变化不大，迁移率随温度升高而降低（晶格振动散射）CD段：本征激发增加，载流子浓度增加硅热电阻的结构和制作工艺上、下电极：银电极欧姆接触区N型硅片：传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应两种不同类型的金属导体两端，分别接在一两种不同类型的金属导体两端，分别接在一两种不同类型的金属导体两端，分别接在一两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（起构成闭合回路，当两个结点温度不等（起构成闭合回路，当两个结点温度不等（起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T T T TT T T T0 0 0 0）有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。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。利用这种效应，只要。利用这种效应，只要。利用这种效应，只要。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应 固定温度的接点称基准点固定温度的接点称基准点固定温度的接点称基准点固定温度的接点称基准点（冷端）（冷端）（冷端）（冷端）T T T T0 0 0 0 ，恒定在某一标，恒定在某一标，恒定在某一标，恒定在某一标 准温度；准温度；准温度；准温度；待测温度的接点称测温点待测温度的接点称测温点待测温度的接点称测温点待测温度的接点称测温点（热端）（热端）（热端）（热端）T T T T，置于被测温度，置于被测温度，置于被测温度，置于被测温度 场中。场中。场中。场中。v 这种将温度转换成热电动这种将温度转换成热电动这种将温度转换成热电动这种将温度转换成热电动 势的传感器称为势的传感器称为势的传感器称为势的传感器称为热电偶热电偶热电偶热电偶，金属称金属称金属称金属称热电极热电极热电极热电极。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应1 1）两种导体的接触电势）两种导体的接触电势）两种导体的接触电势）两种导体的接触电势(珀尔帖珀尔帖珀尔帖珀尔帖PeltierPeltier效应效应效应效应)不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一起时，在结点处会产生电子起时，在结点处会产生电子起时，在结点处会产生电子起时，在结点处会产生电子扩散扩散扩散扩散，浓度大的向浓度，浓度大的向浓度，浓度大的向浓度，浓度大的向浓度小的金属扩散。小的金属扩散。小的金属扩散。小的金属扩散。浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电势。电势。电势。电势。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应 温度温度温度温度T T T T时热端接触电势：时热端接触电势：时热端接触电势：时热端接触电势：冷端接触电势冷端接触电势：、式中：式中：A A、B B 代表不同材料；代表不同材料；T T，T T0 0 为两端温度；为两端温度；波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；电子电荷量；电子电荷量；是是A A、B B 材料的电子浓度；材料的电子浓度；传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应v在闭合回路中，总的接触电势为：在闭合回路中，总的接触电势为：传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应v A A、B B 两导体构成闭合回路总的温差电势为两导体构成闭合回路总的温差电势为：单一导体的温差电势为：单一导体的温差电势为：称为汤姆逊系数称为汤姆逊系数传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，v热电偶总的热电势为：热电偶总的热电势为：EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应结论：结论：1.热电偶两电极材料相同，热电偶两电极材料相同，热电偶两电极材料相同，热电偶两电极材料相同，N NA A=N=NB B A A=B B，无论两，无论两，无论两，无论两端点温度如何，总热电势为零；端点温度如何，总热电势为零；端点温度如何，总热电势为零；端点温度如何，总热电势为零；2.2.如果热电偶两接点温度相同，如果热电偶两接点温度相同，如果热电偶两接点温度相同，如果热电偶两接点温度相同，T=TT=T0 0时，时，时，时，A A、B B材材材材料不同，回路总电势为零；料不同，回路总电势为零；料不同，回路总电势为零；料不同，回路总电势为零；1.因此，热电偶必须用不同材料做电极；因此，热电偶必须用不同材料做电极；因此，热电偶必须用不同材料做电极；因此，热电偶必须用不同材料做电极；2.在在在在T T、T T0 0两端必须有温差梯度，这是热电偶产生两端必须有温差梯度，这是热电偶产生两端必须有温差梯度，这是热电偶产生两端必须有温差梯度，这是热电偶产生热电势的必要条件。热电势的必要条件。热电势的必要条件。热电势的必要条件。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应v通常温差电势比接触电势小很多，可忽略不通常温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的总热电势可表示为：计，则热电偶的总热电势可表示为：vEAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)v对热电偶来说，当参考端温度对热电偶来说，当参考端温度T0恒定，总热恒定，总热电势就与温度电势就与温度T成单值函数关系成单值函数关系vEAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T)传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应4)4)三种导体的热电回路三种导体的热电回路三种导体的热电回路三种导体的热电回路（中间导体定律）（中间导体定律）（中间导体定律）（中间导体定律）如果将热电偶如果将热电偶如果将热电偶如果将热电偶T T0 0端断开，端断开，端断开，端断开，接入第三导体接入第三导体接入第三导体接入第三导体C C，回路中，回路中，回路中，回路中 电势电势电势电势E EABAB（T T，T T0 0）应写为）应写为）应写为）应写为：传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应设设时，时，将将代入上式有：代入上式有：传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应结论：结论：当引入第三导体当引入第三导体C时，只要时，只要C导体两端温导体两端温度相同，回路总电势不变，根据这一定律，度相同，回路总电势不变，根据这一定律，将导体将导体C作为测量仪器接入回路，就可以由作为测量仪器接入回路，就可以由总电势求出工作端温度，条件是：保证两端总电势求出工作端温度，条件是：保证两端温度一致。温度一致。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应结论：结论：传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应 5）参考电极定律（中间温度定律）参考电极定律（中间温度定律）参考电极定律（中间温度定律）参考电极定律（中间温度定律）当结点温度为当结点温度为当结点温度为当结点温度为T T、T T0 0时的热电势时的热电势时的热电势时的热电势E EABAB（T T，T0T0）等于结点温度等于结点温度等于结点温度等于结点温度TT、T TC C和和和和TTC C、T T0 0 时，热电势时，热电势时，热电势时，热电势与与的代数和为：的代数和为：实际测量时，利用这一性实际测量时，利用这一性质，对参考端温度不为零质，对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。度时的热电势进行修正。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 热电效应热电效应热电效应热电效应 6）标准）标准电极定律电极定律电极定律电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶如果两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，则这两种导体组成热电所产生的热电势已知，则这两种导体组成热电所产生的热电势已知，则这两种导体组成热电所产生的热电势已知，则这两种导体组成热电偶的热电势就已知。偶的热电势就已知。偶的热电势就已知。偶的热电势就已知。常以铂、铜为标准电极。常以铂、铜为标准电极。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶的结构和种类热电偶种类：热电偶种类：热电偶种类：热电偶种类：贵金属热电偶贵金属热电偶贵金属热电偶贵金属热电偶 铂铑铂铑铂铑铂铑铂铑（铂铑（铂铑（铂铑（6006006006001700170017001700）铂铑铂铑铂铑铂铑铂铂铂铂 （0 0 0 01600160016001600）普通金属热电偶普通金属热电偶普通金属热电偶普通金属热电偶 镍铬镍铬镍铬镍铬镍硅（镍硅（镍硅（镍硅（-200-200-200-2001200120012001200）镍铬镍铬镍铬镍铬镍铜（镍铜（镍铜（镍铜（-40-40-40-40750750750750）铁铁铁铁康铜康铜康铜康铜 （0 0 0 0400400400400）v热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代的。性能好，这是其它温度传感器无法替代的。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此外热电偶的分度表是以冷端温度外热电偶的分度表是以冷端温度外热电偶的分度表是以冷端温度外热电偶的分度表是以冷端温度00作为基准进作为基准进作为基准进作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往不为不为不为不为00，所以必须对冷端温度进行处理，消除，所以必须对冷端温度进行处理，消除，所以必须对冷端温度进行处理，消除，所以必须对冷端温度进行处理，消除冷端温度的影响。冷端温度的影响。冷端温度的影响。冷端温度的影响。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样控制仪表，这样控制仪表，这样控制仪表，这样,冷端温度冷端温度冷端温度冷端温度t t0 0比较稳定。热电偶一比较稳定。热电偶一比较稳定。热电偶一比较稳定。热电偶一般做得较短，般做得较短，般做得较短，般做得较短，一般为一般为一般为一般为3503502000mm2000mm，需要用导线，需要用导线，需要用导线，需要用导线将热电偶的冷端延伸出来。将热电偶的冷端延伸出来。将热电偶的冷端延伸出来。将热电偶的冷端延伸出来。工程中采用一种补偿工程中采用一种补偿工程中采用一种补偿工程中采用一种补偿导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成，而且在成，而且在成，而且在成，而且在0 0100100温度范围内，要求补偿导线温度范围内，要求补偿导线温度范围内，要求补偿导线温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。和所配热电偶具有相同的热电特性。和所配热电偶具有相同的热电特性。和所配热电偶具有相同的热电特性。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿冷端恒温法冷端恒温法冷端恒温法冷端恒温法在实验室及精密测量中，通常把冷端放入在实验室及精密测量中，通常把冷端放入在实验室及精密测量中，通常把冷端放入在实验室及精密测量中，通常把冷端放入00恒恒恒恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持保持保持保持00，这种方法又称冰浴法。这是一种理想，这种方法又称冰浴法。这是一种理想，这种方法又称冰浴法。这是一种理想，这种方法又称冰浴法。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。的补偿方法，但工业中使用极为不便。的补偿方法，但工业中使用极为不便。的补偿方法，但工业中使用极为不便。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿冷端温度自动补偿（补偿电桥）冷端温度自动补偿（补偿电桥）冷端温度自动补偿（补偿电桥）冷端温度自动补偿（补偿电桥）补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压U Uabab作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为温度不为温度不为温度不为00或变化而引起热电势的变化值。它由三或变化而引起热电势的变化值。它由三或变化而引起热电势的变化值。它由三或变化而引起热电势的变化值。它由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻r r1 1、r r2 2、r r3 3及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻r rcucu和稳压电源和稳压电源和稳压电源和稳压电源组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当冷端温度变化引起的热电势冷端温度变化引起的热电势冷端温度变化引起的热电势冷端温度变化引起的热电势e eABAB(t,tt,t0 0)变化时，由于变化时，由于变化时，由于变化时，由于r rcucu的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和桥路电流，桥路电流，桥路电流，桥路电流，就可以使电桥产生的不平衡电压就可以使电桥产生的不平衡电压就可以使电桥产生的不平衡电压就可以使电桥产生的不平衡电压U Uabab补偿补偿补偿补偿由于冷端温度由于冷端温度由于冷端温度由于冷端温度t t0 0变化引起的热电势变化量，从而达到变化引起的热电势变化量，从而达到变化引起的热电势变化量，从而达到变化引起的热电势变化量，从而达到自动补偿的目的。自动补偿的目的。自动补偿的目的。自动补偿的目的。传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿冷端温度自动补冷端温度自动补冷端温度自动补冷端温度自动补偿（补偿电桥）偿（补偿电桥）偿（补偿电桥）偿（补偿电桥）冷端温度变化引冷端温度变化引冷端温度变化引冷端温度变化引起的电势变化起的电势变化起的电势变化起的电势变化 E Er rcucu电阻值随温度电阻值随温度电阻值随温度电阻值随温度变化，使电桥失变化，使电桥失变化，使电桥失变化，使电桥失去平衡，去平衡，去平衡，去平衡，E Eabab E=E=E Eabab 例：用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。反查K分度表t=701.5计算修正曲线61传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 温度传感器温度传感器2.2 2.2 热电偶热电偶热电偶热电偶2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿热电偶冷端补偿冷端温度修正法冷