项目一 任务一、二、三、四、五 温度传感器

1、项目一项目一 温度传感器温度传感器2.1 温度测量概述温度测量概述2.2 热电偶传感器热电偶传感器2.3 热电阻式传感器热电阻式传感器2.4 集成温度传感器集成温度传感器2.5 其他温度传感器其他温度传感器 温度传感器是实现温度检测和控制的重温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用器是应用最广泛最广泛、发展、发展最快最快的传感器之一。的传感器之一。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。测量点的一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物

2、理参数。 温度标志着温度标志着物质内部大量分物质内部大量分子无规则运动的子无规则运动的剧烈程度。温度剧烈程度。温度越高，表示物体越高，表示物体内部分子热运动内部分子热运动越剧烈。越剧烈。 模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！子在高温时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温2.1.1 温度测量温度测量 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

3、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。2.1 温度测量概述温度测量概述u 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；u 蒸气压的温度变化；蒸气压的温度变化；u 电极的温度变化电极的温度变化u 热电偶产生的电动势；热电偶产生的电动势；u 光电效应光电效应u 热电效应热电效应u 介电常数、导磁率的温度变化；介电常数、导磁率的温度变化；u 物质的变色、融解；物质

4、的变色、融解；u 强性振动温度变化；强性振动温度变化；u 热放射；热放射；u 热噪声。热噪声。 温度传感器的物理原理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

5、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 此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。2.1.

6、2 温标温标热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。剧烈程度。能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。物理量。温标：温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。表示温度大小的尺度是温度的标尺。 1848年威廉年威廉汤姆首先提出以热力学第二定律为基汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出

7、来的，故又称开尔文温标，温标。因是开尔文总结出来的，故又称开尔文温标，用符号用符号K表示。它是国际基本单位制之一。表示。它是国际基本单位制之一。1 1热力学温标热力学温标2 2国际实用温标国际实用温标 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用用t表示，其单位是开尔文，符号为表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水定义为水三相点热力学温度的三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为规定三相点温度为273.

8、16 K，这是建立温标的惟一基，这是建立温标的惟一基准点。准点。3摄氏温标是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压气压(即即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，摄氏度，)，一般用小，一般用小写字母写字母 t 表示。与热力学温标单位开尔文并用。表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：4华氏温标目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融目前已用得较少，它规定在标

9、准大气压下冰的融点为点为32华氏度，水的沸点为华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号用份，每一等份称为华氏一度，符号用 ，它和摄，它和摄氏温度的关系如下：氏温度的关系如下：T= t+273.15 Kt =T-273.15 m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) 几种温标的对比几种温标的对比 正常体温正常体温为为37 C C ，相当于华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？ 公元公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业后，研制成酒精温度计和水银温度

10、计。随着现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。式元件、双金属式温度传感器。1950年以后，相继研年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。温度传感器的发展概况 示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满热水后图案装满热水后图案变得清晰可辨变得清晰可辨变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散散热风扇热风扇低温时显

11、示低温时显示蓝色蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，耐用；不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。但感温部件体积较大。 气体的体积与气体的体积与热力学温度成正比热力学温度成正比红外温度计红外温度计2.2 热电偶传感器热电偶传感器 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且有较高的精确度和稳定性。有较高的精确度和稳定性。2.2.1 热电偶测温原理热电偶测温原理1. 1.热电效应热电效应 两种不同材料的导体组成一个闭合回路两种不同材料的导体组成一个闭合回路时

12、，若两接点温度不同，则在该回路中会产时，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，该电动生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。势称为热电势。 看一个实验看一个实验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 A自由端自由端（参考端、（参考端、冷端冷端）测量端测量端（工作端、（工作端、热端热端）热电极热电极B B热电势热电势AB热电偶回路 图1.1 热电偶回路接触电动势含义：由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。接触电动势的数值取决

13、于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。两接点的接触电动势EAB(T)和EAB（T0）可表示为同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。大小表示：大小表示： EA(T，T0)和EB(T，T0 ）温差电动势机理机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。注意两种电动势表示方法注意两种电动势表示方法热电偶回路中产生的总热电势EAB(T, T0)=EAB(T)EB(T,T0)EAB(T0)EA(T,T0)通常，温差电动势极小，可忽略不计，热电偶的热电势

14、可表示为：EAB(T, T0)=EAB(T)EAB(T0)1、影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关EAB(T,T0)=EAB(T)c=f(T)可见：只要测出EAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。 总结：2、两热电极相同时，总电动势为03、两接点温度相同时，总电动势为04、对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，EAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即热电偶的特点：热电偶的特点：1、属于自发电型传感器，测量时可不加外接电源驱动动圈式仪表。2、测温范围广，-2701800摄氏度。3、各温区中的热电势均符合国际计量委员

15、会标准。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，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规定的定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且标准。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。有相应的线性化集成电路与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电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：势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）自由端（冷端）温度必须为温度必须为0 0 C C。K热电偶的热电

16、偶的分度表分度表 （1）、均质导体定律由一种导体组成的闭合回路，无论截面和形状如何，都不能产生电动势。由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。意义：有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。2、 热电偶基本定律在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。（2）、中间导体定律 应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。C0AB00( , )( )( )(

17、, )ABABABEt tEtEtEt t测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路 （3）、标准导体（电极）定律0C0C0( , )( , )( , )ABABEt tEt tEt t标准导体定律的意义v通常选用高纯铂丝作标准电极v只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。 （4）、中间温度定律EAB(t,t0)=EAB(t,tc)+EAB(tc,t0)在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势EAB(t, t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势EAB(t,

18、 tc)和EAB(tc,t0)的代数和，即例如：EAB(t,0)=EAB(t,20)+EAB(20,t0)中间温度定律tt0ABtctc)(AA)(BB中间温度定律的应用根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0的热电势进行修正。2.2.2 热电偶的结构形式与热电偶材料热电偶的结构形式与热电偶材料1热电偶的种类热电偶的种类（1）普通型热电偶）普通型热电偶 普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形

19、安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通普通装配型装配型热电热电偶的偶的结构结构放大图放大图 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（热端）热电偶工作端（热端） 不锈钢不锈钢保护管保护管（2）铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶（缆式热电偶） 铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。 这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用。耐用。铠装型热电偶铠装型热电偶 铠装热电偶的制造工艺：铠装热电偶的制

20、造工艺：把热电极材料与高温绝把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。 铠装热电偶特点：铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶

21、可以制作得很细，机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决能解决微小、狭窄场合微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。可弯曲、超长等优点。 铠装型热电偶铠装型热电偶 1-热电极；热电极；2-绝缘材料；绝缘材料；3-金属套管；金属套管；4-接线盒；接线盒；5-固定装置固定装置铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体） BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面（3）薄膜热电偶）薄膜热电偶 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶用真

22、空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热电偶。电偶。 测温范围为测温范围为-200500。测量端既小又薄，。测量端既小又薄，热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的瞬变温度。瞬变温度。 薄膜热电偶薄膜热电偶 （4）表面热电偶）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、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；探头有各种形状塑料及橡胶工业；探头有各种形状(弓形、薄片形等弓形、薄片形等)，以适，以适应于不同物体表面测温用。在

23、其把手上装有动圈式仪表，应于不同物体表面测温用。在其把手上装有动圈式仪表，读数方便。测量温度范围有读数方便。测量温度范围有0250和和0600两种。两种。 （5）防爆热电偶）防爆热电偶 在石油、化工、制药工业中，生产现场有各种易然、易在石油、化工、制药工业中，生产现场有各种易然、易爆等化学气体，这时需要采用防爆热电偶。它采用防爆型爆等化学气体，这时需要采用防爆热电偶。它采用防爆型接线盒，有足够的内部空间、壁厚及机械强度，其橡胶密接线盒，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。因此，即使接线盒封圈的热稳定性符合国家的防爆标准。因此，即使接线盒内部爆炸性混合气体

24、发生爆炸时，其压力也不会破坏接线内部爆炸性混合气体发生爆炸时，其压力也不会破坏接线盒，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆盒，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆效果。效果。隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶2.热电偶组成材料及分度表热电偶组成材料及分度表 为了准确可靠地进行温度测量，必须对热电偶为了准确可靠地进行温度测量，必须对热电偶组成材料严格选择。组成材料严格选择。 目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为: 铂铑铂铑30

25、铂铑铂铑6、 铂铑铂铑10铂、铂、 镍铬镍硅镍铬镍硅 镍铬铜镍（我国通常称为镍铬康铜）。镍铬铜镍（我国通常称为镍铬康铜）。 组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面的为负极。面的为负极。 热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分度表。度表。 八种八种国际通用热电偶：国际通用热电偶： B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 、R:R:铂铑铂铑1313铂铂 、 S:S:铂铑铂铑1010铂铂、 K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 、 N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅、镍硅、 E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍、 J:J:铁铁铜镍、铜镍、 T:T:

26、铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/ mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬 (铝铝) -2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍 (康康 铜铜)270800 C C5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特

27、点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？ 1、热电偶的温度补偿当热端温度为t时，分度表所对应的热电势EAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势EAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0，0)由此可见，EAB(t0，0)是冷端温度t0的函数，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿热电偶测温及参考端温度补偿在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。 （1）、 冷端0恒温法 冰浴法 冰浴法接线图冰浴法接线图

28、1被测流体管道被测流体管道 2热电偶热电偶 3接线盒接线盒 4补偿导线补偿导线 5铜质导线铜质导线 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9试管试管 10新的冷端新的冷端 1) 计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算例例 用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境，参比端在室温环境TH中，测得热电动势中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温，又用室温计测出计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得，故得

29、EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度对应的热端温度T=68。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)（2）冷端温度补偿）冷端温度补偿【例例2.1】 用镍铬用镍铬镍硅热电偶测炉温时，其冷镍硅热电偶测炉温时，其冷端温度端温度30，在直流电位计上测得的热电，在直流电位计上测得的热电势势30.839mV，求炉温。，求炉温。解：解： 查镍铬查镍铬镍硅热电偶分度表镍硅热电偶分度表 （30，0）=1.203 mV EAB(T,0)=E(T,30)+ EAB(30

30、,0) =30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得再查分度表得 T=770。【例例2.2】已知铬合金已知铬合金铂热电偶的铂热电偶的E(100，0) = +3.13 mV，铝合金，铝合金铂热电偶的铂热电偶的E(100，0) = -1.02 mV，求铬合金，求铬合金铝合金组成热电偶材料铝合金组成热电偶材料的热电动势的热电动势E(100，0)。 解：设铬合金为解：设铬合金为A，铝合金为，铝合金为B，铂为，铂为C，即，即 EAC(100，0) = +3.13 mV EBC(100，0) = -1.02 mV 则：则： EAB(100,0) = EAC(100,0) EBC(100,

31、0) = 4.15 mV【例例2.3】用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30，测得热电势EAB（t，t0）为33.29mV,求加热炉温度。EAB（t，0）=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8。解解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得EAB（30，0）1.203mV。可得热电偶一般做得较短，一般为3502000mm。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控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。 （3）、 热电偶补偿导线 解决办法：工程中采用一种补偿导线。在0

32、100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。常用补偿导线 补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层使用补偿导线时注意问题：v补偿导线只能用在规定的温度范围内补偿导线只能用在规定的温度范围内（0100）；）；v热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；相同；v不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；v补偿导线由正、负极需分别与热电偶正、负补偿导线由正、负极需分别与热电偶正、负极相连；极相连；v补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。对于具有零位调整的显示仪表而言，如

33、果热电偶冷端的温度T0的值较为恒定，可采用测温系统未工作前，预先将显示仪表的机械零点调整到T0上，当次系统投入工作后，显示仪表的示值就是实际的被测温度。 （4）、 仪表机械零点调整法 用螺丝刀用螺丝刀调节仪表调节仪表面板上的面板上的“机械零机械零点点”，使，使指针指到指针指到气温气温t0（图图中为中为40 40 C）的的刻度上。刻度上。机械零点机械零点指针被预调到室温（指针被预调到室温（40 C ） 可补偿冷端损失可补偿冷端损失机械零位调整法 （5）、 冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值132213112323()()(

34、1)()UUUUCCABCCR RRR RR RRUEERRRRRRRR冷端补偿器法(补偿电桥法)国产国产WBC型冷端温度补偿器的工作原理图型冷端温度补偿器的工作原理图电桥补偿法电桥补偿法 XT-WBC热电偶热电偶 冷端补偿器冷端补偿器热电偶典型测温线路(a) 普通测温线路；(b)带有补偿器的测温线路；(c)具有温度变送器的测温线路；(d)具有一体化温度变送器的测温线路补偿器温度变送器温度变送器显示仪表显示仪表显示仪表显示仪表tAB补偿导线(a)tAB补偿导线(c)tAB补偿导线(b)tAB铜导线(d) 2.2.4 热电偶测温基本电路热电偶测温基本电路1、测量某一点的温度特殊情况下，热电偶可以

35、串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。2、测量两点间温度差（反向串联）3、测量平均温度（并联或正向串联） 特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。优点：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，且避免了热电偶并联线路存在的缺点，可立即可以发现有断路。缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。热电偶的选择、安装使用和校验v选用应根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择。v安装点要有代表性，

36、安装方法要正确。一般要将热电偶安装在管道的中心线位置，并使热电偶测量端面向流体，使测量端充分与被测介质接触，提高测量准确性，尽可能测得介质的真实温度。v为保证测量精度，要定期校验。方法：用标准热电偶与被校验热电偶在同一校验炉或恒温水槽中进行比对。热电偶测温误差原因v热电偶的非均匀性分度误差是由于热电偶材料粗细不均匀或不纯等原因造成的，使热电偶温差特性与统一的分度表有一定的误差。v 冷端不为零。v热电偶长期处于高温环境下以氧化变质。v各连接点接触不良。v测量仪表精度不高。 取一只100W/220V的灯泡，用万用表测量其阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆。 但是用公式R=U2/P计算得到的额定热

37、态电阻值应为484欧姆。任务二 热电阻传感器 两者差许多倍，由此可见：金属丝在不同温度下的电阻是不同的。热电阻传感器热电阻传感器分类：分类：金属热电阻金属热电阻=热电阻热电阻半导体热电阻半导体热电阻=热敏电阻热敏电阻 利用导体的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，成为热电阻式传感器。热电阻式传感器。1、热电阻、热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。热电阻传感器热电阻传感器优点：优点： （1 1）电阻）电阻- -温度变化具有良好的线性关系

38、；温度变化具有良好的线性关系； （2 2）电阻温度系数大，故测量精度高；）电阻温度系数大，故测量精度高； （3 3）热容量小，反应速度快；）热容量小，反应速度快； （4 4）有较大的测量范围；）有较大的测量范围；200200500500； （5 5）在测量范围内具有高的物理和化学性质，价格）在测量范围内具有高的物理和化学性质，价格较低。较低。 （6 6）易于使用在自动测量和远距离测量中。）易于使用在自动测量和远距离测量中。易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 表表2-2 热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 此外，常用的还有镍热电阻，测温

39、范围-100+300，它的电阻温度系数较高，电阻率也大。但它易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，目前已不多用。 新型热电阻：铑铁电阻、铟铁电阻、锰电阻、碳电阻等。 热电阻的结构热电阻的结构铜电阻丝铜电阻丝 骨架骨架铜引出线铜引出线 铂电阻丝铂电阻丝 银引出线银引出线骨架骨架 接线盒接线盒 热电阻热电阻固定螺纹固定螺纹 引线方式有两线制、引线方式有两线制、 三线制和四线制三线制和四线制, , 二线制引线电阻对二线制引线电阻对测量影响大测量影响大, , 精度低。三线制可以减小连接导线电阻因温度变精度低。三线制可以减小连接导线电阻因温度变化所引起的测量误差。化所引起的测量误差。 四线制可以完全

40、消除误差。四线制可以完全消除误差。薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻 薄膜铂电阻是使用最新的薄膜薄膜铂电阻是使用最新的薄膜技术而制造的温度传感器。与技术而制造的温度传感器。与其他类型的热电阻比较，此产其他类型的热电阻比较，此产品具有适于大批量生产，一致品具有适于大批量生产，一致性好，成本低及尺寸小等特点。性好，成本低及尺寸小等特点。小型铂热电阻小型铂热电阻 防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不

41、会引起爆炸。的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。 汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻学习查学习查 “铂热电阻分度表铂热电阻分度表”热电阻分度表热电阻分度表 应为130.90铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱 旋转式机械旋转式机械设定开关设定开关 拨码式拨码式 设定开关设定开关用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路。热电阻与检测仪表相隔一段距离，因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四线制三种。2. 2. 热电阻的测量电路热电阻的测量电路内部引线方式电阻

42、体二线制电阻体三线制电阻体四线制两线制v这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。v两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。三线制用于工业测量，一般精度 热电阻传感器热电阻传感器热电阻测量电路热电阻测量电路三三线线制制电电桥桥1 12 23 34 4tRUU引线电阻相等引线电阻相等铂电阻铂电阻或铜电阻或铜电阻三线制三线制 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 工业用热电阻一般采用三线制工业用热电阻一般采用三线制 G检流计，检流计，R1 ，R2 ，R3固定电阻，固定电阻，R a零位调节电阻，零位调节电阻， R t 热电阻热电阻四线制接法四线制接法

43、 热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 精密测量中，采用四线制接法精密测量中，采用四线制接法 上一页下一页返回实验室用，高精度测量 四线制接法四线制接法任务三任务三 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 v热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。测温范围在-50350 。 热敏电阻优点：热敏电阻优点： 电阻温度系数大，灵敏度高，热惯性小，电阻温度系数大，灵敏度高，热惯性小，反应速度快，体积小，结构简单，使用方便，寿命长，反应速度快，体积小，结构简单，使用方便，寿命长，易于远距离测量。易于远距离测量。 热敏电阻缺点：热

44、敏电阻缺点：电阻随温度变化曲线为非线性，且同一电阻随温度变化曲线为非线性，且同一型号电阻的产品特性参数有较大差别，难于互相代换。型号电阻的产品特性参数有较大差别，难于互相代换。 分类：分类： 热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC）之分。NTC又可分为两大类：第一类用于测量温度，它的电阻值与温度之间呈严格的负指数关系；第二类为突变型（CTR）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降。12345 热敏电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号 a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠型热敏电阻）珠型热敏电阻 d d）铠装型）铠装型

45、 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号1 1热敏电阻热敏电阻 2 2玻璃外壳玻璃外壳 3 3引出线引出线 4 4紫铜外壳紫铜外壳 5 5传热安装孔传热安装孔 热敏电阻的应用热敏电阻的应用 MF12MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装热敏聚脂塑料封装热敏电阻电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） 贴片式贴片式NTC热敏电热敏电阻阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 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其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻其他形式

46、的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） MF58型（珠形）高精度型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）非标热敏电阻非标热敏电阻非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 热敏电阻温度面板表热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻LCD热敏电阻体温表热敏电阻体温表 NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿。热敏电阻主要用于温度测量和补偿。PTC突变型热敏电阻主要用作温度开关，突变型热敏电阻主要用作温度开关，PTC缓变型缓变型热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内

47、进行温度补热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内进行温度补偿或温度测量。偿或温度测量。CTR热敏电阻主要用作温度开关。热敏电阻主要用作温度开关。热敏电阻的应用热敏电阻的应用1温度测量温度测量 用于测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低用于测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以用在较恶劣的环境下。封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以用在较恶劣的环境下。由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略

48、，使用时采用二线制即可。可以忽略，使用时采用二线制即可。2温度补偿温度补偿 热敏电阻可在一定的温度范围内对某些元件进行温度补热敏电阻可在一定的温度范围内对某些元件进行温度补偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕成，温度升高，偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕成，温度升高，其电阻值增大，引起测量误差，为此可在动圈回路中串入由其电阻值增大，引起测量误差，为此可在动圈回路中串入由负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度引负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度引起的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝起的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联

49、后再与被补偿元件串联。电阻并联后再与被补偿元件串联。热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）3 3、热敏电阻体温表的调试、标定方法、热敏电阻体温表的调试、标定方法 调试时，调试时，应该先调哪一应该先调哪一只电位器，再只电位器，再调哪一只电位调哪一只电位器？器？ 如何检验如何检验表面刻度中其表面刻度中其他各点是否准他各点是否准确？具体步骤确？具体步骤如何进行？如何进行？ v用热敏电阻测量温度时必须先调零，再调满度，最后再验证刻度盘中其他个点温差是否在允许范围内，这一过程称为标定。v在图中具体做法如下：将绝缘的热敏电阻放入32（表头的零位

50、）的温水中，待热量平衡后，调节RP1，使指针在32上，再加热水，用更该一级的温度计监测水温，使其上升到45。待热量平衡后，调节RP2，使指针指在45上。再加入冷水，逐渐将温，检查3245范围内分度的准确性。如果不准确，可重新标度或在带微机情况下，用软件修正。4温度控制温度控制 广泛用于空调、冰箱、热水器、节能灯等家广泛用于空调、冰箱、热水器、节能灯等家用电器的用电器的测温、控温及国防、科技等领域。测温、控温及国防、科技等领域。 热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 1）继电保护）继电保护将突变型热敏电阻埋设在被测物中，并与继电将突变型热敏电阻埋设在被测物中，并与继电器串

51、联，给电路加上恒定电压。当周围介质温器串联，给电路加上恒定电压。当周围介质温度升高到某一数值，电路中的电流可由十分之度升高到某一数值，电路中的电流可由十分之几毫安突变到几十毫安，继电器动作，实现温几毫安突变到几十毫安，继电器动作，实现温度控制或过热保护。度控制或过热保护。热继电器原理图热继电器原理图把三只特性相同的热敏电阻放在电动机绕组中，紧靠绕组处每相各放一只，滴上万能胶固定。经测试，在20时其阻值为10K，100 时其阻值为1K，110 时其阻值为0.6K 。当电动机正常运行时温度较低，三极管。当电动机正常运行时温度较低，三极管VT截止，截止，继电器继电器J不动作。当电动机过负荷或断相或一

52、相接地时，电不动作。当电动机过负荷或断相或一相接地时，电动机温度急剧升高，使热敏电阻阻值急剧减少，到一定值时，动机温度急剧升高，使热敏电阻阻值急剧减少，到一定值时， VT导通，继电器导通，继电器J吸合，电动机断开，实现保护作用。根据吸合，电动机断开，实现保护作用。根据电动机绝缘等级的允许温升调节偏流电阻电动机绝缘等级的允许温升调节偏流电阻R2，确定，确定VT的动的动作点。作点。 电机绕组过热，热敏电阻阻值增大，达到保护程电机绕组过热，热敏电阻阻值增大，达到保护程度，保护电路动作，驱动继电器动作切断电源。度，保护电路动作，驱动继电器动作切断电源。保护电路保护电路继电器继电器热敏电阻热敏电阻电动机

53、电动机热敏电阻热保护热敏电阻热保护 2）温度上下限报警温度上下限报警 温度上下限报警电路温度上下限报警电路图中图中Rt为为NTC热敏电阻，采用运算放大器构成迟滞电压比较热敏电阻，采用运算放大器构成迟滞电压比较器，当温度器，当温度T等于设定值时，等于设定值时，Uab=0，VT1 ，VT2都截止。都截止。 当当T升高时，升高时，Rt减小。减小。Uab0，VTl导通，导通，LED1发光报警；发光报警； 当当T下降时，下降时，Rt增加。增加。Uab0，VT2导通，导通，LED2发光报警。发光报警。3）电子节能灯及电子镇流器预热启动）电子节能灯及电子镇流器预热启动 如果节能灯灯丝未经预热突加高压启动，则

54、将导致灯丝材如果节能灯灯丝未经预热突加高压启动，则将导致灯丝材料严重溅射，使灯管提前发黑报废，使用料严重溅射，使灯管提前发黑报废，使用PTC热敏电阻，在启热敏电阻，在启动时先预热灯丝动时先预热灯丝l s左右，然后再加高压点亮灯管，能有效地防左右，然后再加高压点亮灯管，能有效地防止灯管两端发黑，同时能防止三极管等灯具线路元件受启动瞬止灯管两端发黑，同时能防止三极管等灯具线路元件受启动瞬间大电流及高反压冲击，使灯具寿命延长间大电流及高反压冲击，使灯具寿命延长10倍以上。倍以上。工业工业流量流量计计3 34 4不流动环境不流动环境 当液体流动时，铂电阻当液体流动时，铂电阻4 4温度随流速变化，铂电阻

55、温度随流速变化，铂电阻3 3温温度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。铂电阻铂电阻流动环境流动环境铂电阻铂电阻当液体不流动时，两个当液体不流动时，两个铂电阻等温，电桥平衡铂电阻等温，电桥平衡v它采用两个铂热电阻探头Rt1和Rt2 ，分别接在电桥的两个相邻桥臂上。 Rt1放在被测介质的流通管道的中心，它所耗散的热量与被测介质的平均流速成正比。 Rt2放在温度与被测介质相同、但不受介质流速影响的连通小室中。当被测介质处于静止状态时，将电桥调到平衡状态，检流计P指零；当介质以平均流速流动时，由于介质流动要带走热量，因而Rt1的温度下降，引起其

56、阻值下降，电桥失去平衡，检流计P有相应指示。可以将检流计P按平均流速或流量标定，这样就构成了直读式热电阻流速表或流量计。1tR液面液面位置位置检测检测 常温电阻常温电阻冷冷电电阻阻总电流总电流液面高低液面高低影响影响输出电流输出电流v给NTC热敏电阻施加一定的加热电流，它的表面温度将高与周围的空气温度，此时它的阻值较小。当液面高于它的安装高度时，液体将带走它的热量，使之温度下降、阻值升高。判断它的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。v汽车油箱中的油位报警传感器就是利用以上原理制作的。热敏电阻在汽车中还用于测量油温、冷却水温等。2.4 集成温度传感器集成温度传感器 2.4.1 集成温度传感器

57、工作原理及特点集成温度传感器工作原理及特点 集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型、器。目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型、电压输出型和数字信号输出型。其工作温度范围约电压输出型和数字信号输出型。其工作温度范围约在在-50+150。电流型电流型IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工艺元件集成在一块芯片上艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技术再通过激光修版

58、微加工技术,制造制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热力学温度，即力学温度，即1A/K；其次，因电流型输出恒流，所以传感；其次，因电流型输出恒流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达器具有高输出阻抗。其值可达10M。这为远距离传输深井。这为远距离传输深井测温提供了一种新型器件。测温提供了一种新型器件。电压型电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器集成在同一芯片上集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故制成一四端器件。因器件有放大器；故输出电压高、线性输出为输

59、出电压高、线性输出为10mV；另外；另外,由于其具有输出由于其具有输出阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类IC温度传感器特别适合于工业现场测量。温度传感器特别适合于工业现场测量。VT1、VT2为差分对管，由恒流为差分对管，由恒流源提供的源提供的I1、I2分别为分别为VT1、VT2的集电极电流，则的集电极电流，则 ： 集成温度传感器的测温原理)ln(21IIqkTUbe)ln(21IIqkTUbe 电流输出型集成温度传感器原理电流输出型集成温度传感器原理: 对管对管VT1、VT2作为恒流源作为恒流源负载，负载，VT3、VT4作为感温

60、元件，作为感温元件，VT3、VT4发射极面积之比为发射极面积之比为 ，此时电流源总电流为：此时电流源总电流为：2.4.2 常用集成温度传感器及其应用常用集成温度传感器及其应用1电流输出型集成温度传感器电流输出型集成温度传感器ln2221qRkTRUIIbeTln2221qRkTRUIIbeT8KA/1由上式可知，当R、为恒定量时，IT与T成线性关系。若R=358欧，则电路输出温度系数为。 AD590是电流输出型集成温度传感器的代表产品，工作直流为是电流输出型集成温度传感器的代表产品，工作直流为+4+30v，输出阻抗约为，输出阻抗约为l0M，具有良好的互换性，在，具有良好的互换性，在-55+15