温度传感器-测量技术基础-09

1、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测量技术基础测量技术基础第九章第九章 温度传感器温度传感器温度测量基本概念温度测量基本概念热电偶传感器热电偶传感器 热电阻式传感器热电阻式传感器集成温度传感器集成温度传感器本章内容：本章内容：北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制温度：温度：反映了物体的冷热程度，与自然界中各种反映了物体的冷热程度，与自然界中各种物理和化学过程相联系。物理和化学过程相联系。温度测量：温度测量：以热平衡为基础。以热平衡为基础。温度基本特性：温度基本特性：当两个冷热程度不同的物体接触当两个冷热程

2、度不同的物体接触后就会产生导热、换热，换热结束后两物体处于后就会产生导热、换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，具有相同的温度。热平衡状态，具有相同的温度。温度测量方式：温度测量方式：接触式和非接触式。接触式和非接触式。一、温度测量基本概念一、温度测量基本概念 9.1 温度测量基本概念温度测量基本概念北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制二、温标二、温标 1、温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温标。它规定了温。它规定了温度读数的起点度读数的起点(即零点即零点)以及温度的单位。各类温以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。度计的刻度均

3、由温标确定。2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标和热力学温标和国际实用温标国际实用温标等。等。 9.1 温度测量基本概念温度测量基本概念华氏温标与摄氏温标：华氏温标与摄氏温标：F=9/5C+32摄氏温标与热力学温标：摄氏温标与热力学温标：C=K-273.15北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制l接触式温度传感器接触式温度传感器l非接触式温度传感器非接触式温度传感器 接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递

4、给传感器，降触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。提条件是被测物体的热容量要足够大。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收本较高，测量精度却较低。优

5、点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。耗；反应快等。9.1 温度测量基本概念温度测量基本概念三、温度传感器分类三、温度传感器分类 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制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、光辐射传传感感

6、器器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 2 Fe-Ni-Cu合金合金9.1 温度测量基本概念温度测量

7、基本概念北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称超高温用超高温用传感器传感器1500以上以上光学高温计、辐射传感器光学高温计、辐射传感器高温用高温用传感器传感器10001500光学高温计、辐射传感器、

8、光学高温计、辐射传感器、热电偶热电偶中高温用中高温用传感器传感器5001000光学高温计、辐射传感器、光学高温计、辐射传感器、热电偶热电偶中温用中温用传感器传感器0500低温用低温用传感器传感器-2500极低温用极低温用传感器传感器-270-250BaSrTiO3陶瓷陶瓷晶体管、热敏电阻、晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计压力式玻璃温度计见表下内容见表下内容 测测 温温 范范 围围9.1 温度测量基本概念温度测量基本概念北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制分分 类类特特 征征传传 感感 器器 名名 称称测温范围宽、测温范围宽、输出小输出小测温电阻器、

9、晶体管、热电偶测温电阻器、晶体管、热电偶半导体集成电路传感器、半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计压力式温度计、玻璃制温度计线性型线性型测温范围窄、测温范围窄、输出大输出大热敏电阻热敏电阻指数型指数型函数函数开关型开关型特性特性特定温度、特定温度、输出大输出大感温铁氧体、双金属温度计感温铁氧体、双金属温度计 测测 温温 特特 性性测温特性测温特性9.1 温度测量基本概念温度测量基本概念北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1 热电偶测温原理热电偶测温原理2 热电偶基本定律热电偶基本定律3 热电

10、偶冷端处理和补偿热电偶冷端处理和补偿4 标准化热电偶标准化热电偶5 热电偶分度表热电偶分度表6 热电偶传感器的应用热电偶传感器的应用9.2 热电偶传感器热电偶传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热电偶测温主要优点热电偶测温主要优点 1、它属于、它属于自发电型自发电型传感器：传感器： 测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；仪表； 2、测温范围广、测温范围广：下限可达下限可达-270 C ，上限可达，上限可达1800 C以上；以上； 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国际计量委员会国际

11、计量委员会的标准。的标准。9.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势 热电极热电极A右端称为：右端称为： 自由端自由端 参考端参考端 冷端冷端 左端称为：左端称为： 测量端测量端 工作端工作端 热端热端热电极热电极B热电势热电势AB9.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 热电偶热电偶：两种不同的金属：两种

12、不同的金属A和和B构成闭合回路，构成闭合回路，当两个接触端当两个接触端TT0时，回路中会产生热电势。时，回路中会产生热电势。 热电势由两种材料的接触电势热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定和单一材料的温差电势决定ABTT09.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制9.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理1) 接触电势接触电势(帕尔贴热电势帕尔贴热电势) 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属的密度不同，在两金属A A和和B B

13、的接触点处会发生自由电子的扩的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属散现象。自由电子将从密度大的金属A A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B B，使使A A失去电子带正电，失去电子带正电，B B得到电子带负电，从而产生热电势。得到电子带负电，从而产生热电势。 BAABNNekTTeln)(2) 温差电势温差电势(汤姆逊热电势汤姆逊热电势)TTAdTTTe0),(0北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制9.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理3) 热电偶回路的总热电势热电偶回路的总热电势热电势存在必须具备两个条件：热电势存在必须具

14、备两个条件：a) 两种不同的金属材料组成热电偶；两种不同的金属材料组成热电偶； b) 两端存在温差。两端存在温差。 )()(,00000TfTfTTeTeTTeTeTTEBABAABAB 热电势是热电势是T和和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。当的温度函数的差，而不是温度的函数。当T0=0时，时，f(T0)=0则有：则有：)(),(0TfTTEAB E与与T间有唯一对应的单值函数关系，因此可用测量到的间有唯一对应的单值函数关系，因此可用测量到的热电势热电势E来得到对应的温度值来得到对应的温度值T，热电偶热电势的大小，只与，热电偶热电势的大小，只与导体导体A和和B的材料及冷热端的温度有关，与

15、导体的粗细长短及的材料及冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及接触面积无关。接触面积无关。 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1) 匀质导体定律匀质导体定律2) 中间导体定律中间导体定律3) 连接导体定律连接导体定律9.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1) 匀质导体定律匀质导体定律 热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电极的温度分布无关。热电极的温度分布无关。 如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀温如果热电偶的热电

16、极是非匀质导体，在不均匀温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料的均度场中测温时将造成测量误差。所以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。匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。TT0 由一种匀质导体所组成的闭由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积及合回路，不论导体的截面积及导体的各处温度分布如何，都导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。热电偶必须不能产生热电势。热电偶必须采用两种不用材料的导体组成。采用两种不用材料的导体组成。9.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制2) 中间导体

17、定律中间导体定律 在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。不受中间导体接入的影响。为用测量仪表测量回路的热电动势提供理论依据为用测量仪表测量回路的热电动势提供理论依据TT0V9.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 两种导体两种导体A,B分别与参考电极分别与参考电极C组成热电偶，如果组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，他们所产生的热电动势为已知，A和

18、和B两极配对后的热两极配对后的热电动势：电动势：000T ,TET ,TET ,TECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极3) 连接导体定律连接导体定律9.2.2 热电偶基本定律热电偶基本定律北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，才而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。能通过测量热电

19、势的大小得到热端的温度。 热电偶的冷端处理和补偿：热电偶的冷端处理和补偿： 当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为地方，再考虑将冷端处理为0。9.2.3 热电偶冷端处理和补偿热电偶冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制几种冷端处理方法几种冷端处理方法1) 热电偶冷端温度恒温法热电偶冷端温度恒温法2)计算修正法计算修正法3)冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法9.2.3 热电偶冷端处理和补偿热电偶

20、冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1)热电偶冷端温度恒温法热电偶冷端温度恒温法9.2.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 在实际应用中，热电偶的参比端往往不是在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0C，而，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。能符合热电偶分度表的要求。 0

21、011,TET ,TE,TE 可用室温计测出环境温度可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。2)计算修正法计算修正法9.2.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制例：例：用镍铬用镍铬-镍硅镍硅(K型型)热电偶测温，热电偶参比端温热电偶测温，热电偶参比端温度为度为30。测得的热电势为。测得的热电势为2

22、8mV，求热端温度。，求热端温度。mVE203. 1)0 ,30(mVTE28)30,(mVmVmVTE203.29203. 128)0 ,(反查反查K分度表分度表 T=701.5计算修正曲线计算修正曲线 2)计算修正法计算修正法9.2.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 利用直流不平衡电桥产利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的温度变化而引起的热电势的变化值变化值 3)冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法9.2.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理

23、和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 桥臂铜电阻桥臂铜电阻RCu必须和热电偶的冷端处于同一温必须和热电偶的冷端处于同一温度下。电桥在度下。电桥在0设计的设计的RCu的阻值与其余三个桥臂的阻值与其余三个桥臂电阻相等，这时电桥处于平衡状态，图中电阻相等，这时电桥处于平衡状态，图中b和和a之间之间的电压的电压Uba=0(冷端补偿器输出电压冷端补偿器输出电压)。当冷端。当冷端 t00时，热电偶电势将减少，时，热电偶电势将减少，RCu增大，使电桥不平衡，增大，使电桥不平衡，出现出现Uba0。这时。这时Uba与热电势与热电势E(T,T0)同向串联，电同向串

24、联，电势相加增大，起到了补偿作用，相当于把热电偶冷势相加增大，起到了补偿作用，相当于把热电偶冷端置于端置于0，完成了热电偶冷端处理和补偿功能。，完成了热电偶冷端处理和补偿功能。 3)冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法9.2.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，家标准文件中的热电偶

25、。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。精度有一定的保证。 国际电工委员会国际电工委员会(IEC)共推荐了共推荐了8种标准化热电偶种标准化热电偶 从从1988年年1月月1日起，我国热电偶和热电阻的生产全日起，我国热电偶和热电阻的生产全部按部按IEC的标准，并指定的标准，并指定S、B、E、K、R、J、T七种七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。但其中的标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。但其中的R型型（铂铑（铂铑13-铂）热电偶，因其温度范围与铂）热电偶，因其温度范围与S型（铂铑型（铂铑10-铂）铂）重合，我国没有生产和使用。重合，我国没有生产和使用。9.2.4 标准化热电偶标准化热电偶

26、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制标准化热电偶技术数据标准化热电偶技术数据热电偶名称热电偶名称分度号分度号热电极识别热电极识别E（100,0）（mV）测温范围（测温范围（）对分度表允许偏差（对分度表允许偏差（）新新极性极性识别识别长期长期短期短期等级等级使用温度使用温度允差允差铂铑铂铑10-铂铂S正正亮白较硬亮白较硬0.6460130016006001.5负负亮白柔软亮白柔软6000.25%t铂铑铂铑13-铂铂R正正较硬较硬0.6470130016006001.5负负柔软柔软11000.25%t铂铑铂铑30-铂铑铂铑B正正较硬较硬0.0330160

27、018006009004负负稍软稍软8000.5%t镍铬镍铬-镍硅镍硅K正正不亲磁不亲磁4.096012001300-4013002.5或或0.75%t负负稍亲磁稍亲磁-200402.5或或1.5%t镍铬硅镍铬硅-镍硅镍硅N正正不亲磁不亲磁2.774-20012001300-4011001.5或或0.4%t负负稍亲磁稍亲磁-4013002.5或或0.75%t镍铬镍铬-康铜康铜E正正暗绿暗绿6.319-200760850-409002.5或或0.75%t负负亮黄亮黄-200402.5或或1.5%t铜铜-康铜康铜T正正红色红色4.279-200350400-403501或或0.75%t负负银白色银

28、白色-200401或或1.5%t铁铁-康铜康铜J正正亲磁亲磁5.269-40600750-407502.5或或0.75%t负负不亲磁不亲磁9.2.4 标准化热电偶标准化热电偶北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制镍铬镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶(K型型) 使用量最大的廉金属热电偶，用量为其它热电偶使用量最大的廉金属热电偶，用量为其它热电偶的总和。的总和。 正极正极(KP)的名义化学成分为：的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10， 负极负极(KN)的名义化学成分为：的名义化学成分为：Ni:Si=97:3。 其使用温度为其使用温度为-2001300。 优点

29、：优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。氧化性和惰性气氛中。 缺点：缺点：K型热电偶不能在高温下直接用于还原性或型热电偶不能在高温下直接用于还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。9.2.4 标准化热电偶标准化热电偶北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用

30、查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标年国际温标”(简称简称ITS-90)的新标准。按此标准，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。与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时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：自由端的约束条件是：自由端(冷端冷端)温度必须为温度必须为0 C。 9.2.5 热电偶的分度表热电偶的分度表北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制几种常用热电偶的

31、热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 思考：思考： 1) 哪几种热电偶哪几种热电偶的测温上限较高？的测温上限较高？ 2) 哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较高？的灵敏度较高？ 3) 哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较低？的灵敏度较低？ 4) 哪几种热电偶哪几种热电偶的线性较差？的线性较差？为什么所有的曲线均过原点为什么所有的曲线均过原点(零度点零度点)？9.2.4 标准化热电偶标准化热电偶北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制如何利用热电偶的分度表如何利用热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度为假设热电偶的冷端温度为0 C

32、，请根据工业中常用的镍铬，请根据工业中常用的镍铬-镍硅镍硅(K)热电偶的分度表，查出热电偶的分度表，查出100 C 、0 C、 100 C 时的热时的热电势。电势。数字式温度表数字式温度表温度上限设定值温度上限设定值温度上限值设定键温度上限值设定键9.2.5 热电偶的分度表热电偶的分度表北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制K热电偶热电偶的分度表的分度表 比较查出的比较查出的3个热电势，可个热电势，可以看出热电势以看出热电势是否线性？是否线性？9.2.5 热电偶的分度表热电偶的分度表北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚

33、制胥永刚制普通装配型热电偶的结构放大图普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹(出厂时用塑料包裹出厂时用塑料包裹)热电偶工作端热电偶工作端(热端热端) 不锈钢保护管不锈钢保护管 9.2.6 热电偶结构形式热电偶结构形式北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形9.2.6 热电偶结构形式热电偶结构形式北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形铠装型热电偶可长达铠装型热电偶可长达上百米上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管（铠

34、体）保护套管（铠体） BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面9.2.6 热电偶结构形式热电偶结构形式北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制其它其它热电偶外形热电偶外形小形小形K型热电偶型热电偶9.2.6 热电偶结构形式热电偶结构形式北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1 金属热电阻金属热电阻2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻3 热电阻式传感器的应用热电阻式传感器的应用 9.3 热电阻式传感器热电阻式传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制常用热电

35、阻常用热电阻(1) 铂热电阻铂热电阻 主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。基准、标准的传递。(2) 铜热电阻铜热电阻 测量精度要求不高且温度较低的场合，测测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为量范围一般为50150。 9.3 热电阻式传感器热电阻式传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制(1) 铂热电阻铂热电阻 铂电阻的精度与铂的提纯程度有关铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 。 长时间稳定的复现性可达长时间稳定的复现性可达10-4K ，是目前测温复现，是目前测温复现性最好的一种温度计

36、。性最好的一种温度计。 W(100)越高，表示铂丝纯度越高，越高，表示铂丝纯度越高， 国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W(100)1.3925 目前技术水平已达到目前技术水平已达到W(100)1.3930， 工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W(100)为为1.3871.390。 0100)100(RRW百度电阻比百度电阻比 目前最好材料目前最好材料9.3.1 金属热电阻金属热电阻北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：

37、当温度下：当温度t在在200 t 0时：时： )100(1 320ttCtBtARRt当温度当温度 t 在在0 t 650时：时： 1 20tBtARRt 国内统一设计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻，W(100)1.391R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Pt50和和Pt100，其分，其分度表（给出阻值和温度的关系）度表（给出阻值和温度的关系） (1) 铂热电阻铂热电阻9.3.1 金属热电阻金属热电阻北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制(2) 铜热电阻铜热电阻应用：应用：测量精度要求不高且温度较低的场合

38、测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：测量范围：50150优点：优点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺点：缺点： 易于氧化，一般只用于易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。有水分及无侵蚀性介质的温度测量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。大。9.3.1 金属热电阻金属热电阻北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制

39、铜电阻的阻值与温度之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为)1 (0tRRt 为铜的温度系数，为铜的温度系数，(4.254.28)10-3/。 铜电阻的阻值与温度之间的关系是线性的铜电阻的阻值与温度之间的关系是线性的 工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的 R0 按国内统一设按国内统一设计取计取50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50和和Cu100，相，相应的分度表可查阅相关资料。应的分度表可查阅相关资料。 (2) 铜热电阻铜热电阻9.3.1 金属热电阻金属热电阻北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 利用半导体的

40、电阻值随温度显著变化的特性制成利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结。由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结。 优点：优点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点 温、表面温度及快速变化的温度。温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。 缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。线性度较差，复现性和互换性较差。9.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻北京工业大学机电学院北京工业大学

41、机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热敏电阻热敏电阻(Thermistor)分类分类正温度系数正温度系数(PTC，Positive Temperature Coefficient)负温度系数负温度系数(NTC，Negative Temperature Coefficient ) 临界温度热敏电阻临界温度热敏电阻(CTR， Critical Temperature Resistor )9.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1) 金属热电阻传感器金属热电阻传感器 -200+500范围的温度测量范围的温度测

42、量 特点：精度高、适于测低温。特点：精度高、适于测低温。2) 半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器 应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。液面指示等。9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制(1) 温度测量温度测量 热敏电阻点温计热敏电阻点温计 9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥

43、永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制简易温度控制器简易温度控制器 (2) 温度控制温度控制 9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 仪表中的电阻温度补偿电路仪表中的电阻温度补偿电路金属一般具有正的温度系数，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。可以抵消由于温度变化所产生的误差。 (3) 温度补偿温度补偿 9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚

44、刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等以测量流量、流速、风速等 热热敏敏电电阻阻流流量量计计 (4)流量测量流量测量9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热敏传感器热敏传感器9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制温控器温控器热敏传感器热敏传感器9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北

45、京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热敏传感器热敏传感器水温感应塞9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热敏传感器热敏传感器汽车发动机传感器汽车发动机传感器9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制热敏传感器热敏传感器广泛应用于空调、暖气、电子体温计等广泛应用于空调、暖气、电子体温计等9.3.3 热敏电阻式传感器的应用热敏电阻式传感器的应用北京工业大学机电学院北京

46、工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制集成温度传感器集成温度传感器 集成温度传感器集成温度传感器(温温度度IC)将温度敏感元件和将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传一体的高性能的测温传感器。感器。9.4 集成温度传感器集成温度传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制PN结的温度特性结的温度特性 二极管的正向电压降二极管的正向电压降UD

47、以以 -2mV/ 变化变化 1、集成温度传感器的测温原理、集成温度传感器的测温原理 9.4 集成温度传感器集成温度传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制2、集成温度传感器的类型、集成温度传感器的类型 集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。和数字型集成温度传感器。 模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。电压型的灵敏度多为电压型的灵敏度多为10mV/(以摄氏温度以摄氏温度0作为电作为电压的零点压的零点) 电流型的灵敏度多为电流型的灵敏度多为1A/K(以绝对温度以绝对温度0K作为作为电流的零点电流的零点)；数字型又可以分