第六章_热电式传感器

1、第六章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器 温度变化温度变化 电量变化的装置电量变化的装置 分类分类热电偶传感器：温度变化热电偶传感器：温度变化 热电势的变化（有源传感器）热电势的变化（有源传感器）热电阻：温度变化热电阻：温度变化 电阻的变化电阻的变化金属材料金属材料 热电阻热电阻半导体材料半导体材料 热敏电阻热敏电阻 6.1 热电偶传感器一一. 热电偶测温原理热电偶测温原理1、热电效应：两种不同材料的金属导体A、B组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。ABT热端T0冷端 热电偶回路 热电极EAB(T,T0)（热电势） 热电偶测温系统示意图 T0T0

2、ABTEAB(T,T0)（热电势）两热电极相同时，总电动势为0结论：结论：问题：需要满足什么条件，才能产生热电势？问题：需要满足什么条件，才能产生热电势？影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关两接点温度相同时，总电动势为0二二. 热电偶的种类与结构热电偶的种类与结构(1)铂铑10-铂热电偶 这种热电偶分度号为“S”。其特点是热电性能稳定，精度高。常用作标准热电偶或用于高温测量。（2）镍铬-镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“K”。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。（3）镍铬-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“E”。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。1、

3、常用热电偶接线盒热电极热端绝缘管保护管2、结构型式普通型热电偶 优点优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。 铠装型热电偶薄膜热电偶 特点特点：热接点可以做得很小（m），具有热容量小、反应速度快（s）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。 三三. 热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿冷端温度补偿的目的冷端温度补偿的目的消除冷端温度变化的影响消除冷端温度变化的影响消除不为消除不为0C的影响的影响补偿方法补偿方法补偿导线：补偿导线：冷端温度校正法：冷端温度校正法：冰浴法：冰浴法：补偿电桥法：补偿电桥法：延伸热电极，将冷端移动到新的位置

4、（恒温仪表室）。延伸热电极，将冷端移动到新的位置（恒温仪表室）。利用中间温度定律进行修正。利用中间温度定律进行修正。冷端冷端0C恒温法恒温法工业上常用的一种冷端自动补偿法工业上常用的一种冷端自动补偿法工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化。工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化。 热电阻 热敏电阻。热电阻的温度特性：电阻随温度升高而增大。热电阻的温度特性：电阻随温度升高而增大。 6.2 电阻式温度传感器一、热电阻一、热电阻电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；v 作为热电阻的材料要求：作为热电阻的材料要求：电阻率尽可能大，以便减

5、小电阻体尺寸；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜使用最广泛的热电阻材料是铂和铜热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；电阻与温度的关系最好接近于线性；v常用热电阻常用热电阻 铂热电阻铂热电阻其物理、化学性质非常稳定，且易提纯。线性度好，复现性好，主要其物理、化学性质非常稳定，且易提纯。线性度好，复现性好，主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标

6、准的传递。作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。 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。 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，R0分为分为50和和100两种，分两种，分度号分别为度号分别为Pt50和和Pt100。铜热电阻铜热电阻n应应 用用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：测量范围：50150n 优优 点：点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、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。加工，价格便宜。n 缺缺 点：点：易于氧化，一般只用于易于氧化

7、，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀以下的低温测量和没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大。积较大。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R R0 0按国内统一设计取按国内统一设计取5050和和100100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50Cu50和和Cu100Cu100。普通工业用热电阻式温度传感器普通工业用热电阻式温度传感器铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图 二、热敏电阻二、热敏电阻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。优 点：