第3章 温度传感器课件

第3章温度传感器1掌握温度的概念、温度的测量方法了解温度的测量原理、温度传感器的种类及应用学习目的23.1温标及温度的测量方法3.2膨胀式温度计3.3电阻式温度传感器3.4热电偶温度传感器3.5集成温度传感器3.6辐射式温度传感器本章小结主要内容返回主目录33.1温标及温度的测量方法温度测量的基本概念:温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内部分子无规则剧烈运动程度的标志,分子运动越剧烈，温度就越高。

模拟图：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！43.1.1温标用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。华氏温标（℉）——在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为F。摄氏温标(℃)——在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度℃，符号为t。热力学温标（K）——规定分子运动停止时的温度为绝对零度（0K），符号为T。热力学温标的零点—绝对零度，是宇宙低温的极限，宇宙间一切物体的温度可以无限地接近绝对零度但不能达到绝对零度（如宇宙空间的温度为0.2K）。温标3种温标的换算关系为53.1.2温度的测量方法温度不能直接测量，需要借助于某种物体的物理参数随温度冷热不同而明显变化的特性进行间接测量。温度传感器就是通过测量某些物理量参数随温度的变化而间接测量温度的。温度传感器是由温度敏感元件（感温元件）和转换电路组成的，如下图所示。温度感温元件转换电路温度显示图3-1温度传感器的组成框图6温度测量方法接触式——感温元件与被测对象接触，彼此进行热量交换，使感温元件与被测对象处于同一环境温度下，感温元件感受到的冷热变化即是被测对象的温度。常用的接触式测温的温度传感器主要有热膨胀式温度传感器、热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体温度传感器等。非接触式——利用物体表面的热辐射强度与温度的关系来测量温度的。通过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强度来确定被测物的温度。常见的非接触式测温传感器有：辐射高温计、光学高温计、比色高温计、热红外辐射温度传感器等。7接触测量8非接触测量红外线测温9温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。

10介绍几种温度测量方法

示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨11变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇低温时显示蓝色温度升高后变为红色12红外温度计133.2膨胀式温度计工作原理——利用物体受热体积膨胀的原理而制成的，多用于现场测量及显示。分类——按选用的物质不同，可分为液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、气体膨胀式温度计3种类型。测温范围——膨胀式温度计可以测量-200～700℃范围的温度。在机械热处理测温中，常用于测量碱槽、油槽、法兰槽、淬火槽及低温干燥箱的温度，也广泛用于测量设备、管道和容器的温度。特点——这种温度计结构简单，制造和使用方便，价格低，但外壳薄脆、易损坏，大部分不适于远距离测温，必须接触测量。143.2.1玻璃液体温度计

将酒精、水银、煤油等液体充入到透明有刻度的玻璃吸管中，两端密封，就制成玻璃液体温度计。它是利用玻璃感温泡内的液体受热体积膨胀与玻璃体积膨胀之差来测量温度的。

15酒精温度计——量度范围约为-114℃～78℃水银温度计——大多用于液体、气体及粉状固体温度的测量，测温范围为-30℃～+300℃玻璃液体温度计煤油温度计——量度范围约为-30℃～150℃。

平常看到装有红色工作物质的温度计，温度计的刻度在100℃以下，一般都是煤油温度计，而不是酒精温度计。163.2.2固体膨胀式温度计工作原理——利用膨胀系数不同的两种金属材料牢固地粘贴在一起制成的。典型的固体膨胀式温度计是双金属温度传感器，如图3-3所示。图3-3

双金属片工作原理图3-4

双金属温度计双金属温度计测温范围为-100℃～+600℃，探头长度可以达到1米长，可用于测量液体、蒸汽及气体介质温度。特点：现场显示温度，直观方便，抗震性能好，结构简单，牢固可靠，使用寿命长，但精度不高。

17结构图3-5双金属温度计的结构

可以做成轴向型、径向型、135º型及万向型。连接方式有：可动外螺纹、可动内螺纹、固定螺纹、固定法兰、卡套螺纹、卡套法兰、无固定安装等连接18双金属温度传感器常用于恒温箱、加热炉、电饭锅（电饭煲）、电熨斗等温度控制.图3-6双金属温度传感器用于控制温度示意图图3-7双金属控制电饭锅温度193.2.3气体膨胀式温度计图3-8气体膨胀式温度计气体膨胀式温度计是基于密封在容器中的气体或液体受热后体积膨胀，压力随温度变化而变化的原理测温的，所以该温度计又称为压力式温度计。当温包受热后，其内部的工作介质温度升高，体积膨胀，压力增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧管产生变形，并由传动机构带动指针偏转，指示相应的温度值。20气体膨胀式温度计根据填充物的不同氮气、氯甲烷、水银），可分为:

气体压力式温度计、蒸汽压力式温度计和液体压力式温度计。测温范围为-100℃～+700℃。主要用于远距离设备的气体、液体、蒸汽的温度测量，也能用于温度控制和有爆炸危险场所的温度测量。21体积热膨胀式

不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。

气体的体积与热力学温度成正比223.3电阻式温度传感器电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的原理来测量温度的，即材料的电阻率随温度的变化而变化，这种现象称为热电阻效应。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。23把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为金属热电阻，分类简称热电阻传感器；把由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。243.3.1金属热电阻传感器工作原理——利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测温的。图3-9金属热电阻传感器测量示意图

主要材料——铂和铜。测温范围——-220850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至-272℃，高温可测量至1000℃。25易提纯、复制性好的金属材料才可用于制作热电阻

261.

铂热电阻1.

铂热电阻的电阻-温度特性铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的测量范围为-200～850℃。27薄膜型及普通型铂热电阻

28小型铂热电阻

29防爆型铂热电阻

30

-200～

0℃的温度范围内为：

Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]0～

850℃的温度范围内为：

Rt=R0(1+At+Bt2)

式中Rt和R0分别为t和0℃时的铂电阻值；A、B、和C为常数，其数值为

A=3.9684×10-3/℃B=-5.847×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃分度号分别为Pt10、Pt50、Pt100，其中Pt100最常用。铂热电阻不同分度号对应有相应分度表，即Rt–t的关系

3132铂热电阻纯度用R100/R0=（1.385）表示铂丝的纯度，比值越大，纯度越高，测量越精确。我国工业用铂电阻R100/R0=1.391～1.389，国际上规定R100/R0≥1.392

书中的A、B、C的值是分度号为Pt100332.

铜热电阻的电阻-温度特性

由于铂是贵金属，在测量精度要求不高，温度范围在-50150℃时普遍采用铜电阻。铜电阻与温度间的关系为：

Rt=R0(1+a1t+a2t2+a3t3)

由于a2,a3比a1小得多，所以可以简化为：

Rt≈R0(1+a1t)

式中，Rt是温度为t时铜电阻值；R0是温度为0℃时铜电阻值；

a1是常数；a1=4.28×10-3℃-1铜电阻的R0常取100Ω、50Ω两种，分度号为Cu100、Cu50。34特点：铜易于提纯，价格低廉，电阻--温度特性线性较好。但电阻率仅为铂的几分之一。铜电阻所用阻丝细而且长，机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100℃以上或腐蚀性介质中使用时，易氧化，稳定性较差。只能用于低温及无腐蚀性的介质中。35汽车用水温传感器及水温表

铜热电阻363.热电阻传感器的结构热电阻传感器的结构电阻体由电阻丝和电阻支架组成。由于铂的电阻率大，而且相对机械强度较大，通常铂丝直径在0.03～（0.07mm±0.005）mm之间，可单层绕制，电阻体可做得很小。铜的机械强度较低，电阻丝的直径较大，一般为（0.1±0.005）mm的漆包铜线或丝包线分层绕在骨架上，并涂上绝缘漆而成。图3-10热电阻传感器的结构37由于铜电阻测量的温度低，一般多用双绕法，即先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两个端头处于支架的同一端。这样工作电流从一根热电阻丝进入，从另一根丝反向出来，形成两个电流方向相反的线圈，其磁场方向相反，产生的电感就互相抵消，故又称无感绕法。这种双绕法也有利于引线的引出。384.热电阻传感器的测量电路热电阻传感器外接引线如果较长时，引线电阻的变化使测量结果有较大误差，为减小误差，可采用三线制电桥连接法测量电路或四线电阻测量电路。图3-12

两线制测量图3-13

三线制电桥测量电路图3-14四线制恒流源测量电路39图3-15

热电阻引线方式无论三线制或四线制测量电路，都必须从热电阻感温体的根部引出导线，不能从热电阻的接线端子上分出，如下图所示。否则同样会存在引线误差。403.3.2半导体热敏电阻

半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件，热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定工艺制成的感温元件。

热敏电阻在电路中的符号：

41热敏电阻分类正温度系数（PTC）热敏电阻;负温度系数（NTC）热敏电阻;临界温度电阻器（CTR）(在某一特定温度下电阻值会发生突变)各种热敏电阻的特性曲线1—突变型NTC2—负指数型NTC3—线性型PTC4—突变型PTC温度的测量温控开关电路42热敏电阻结构MF12型NTC热敏电阻聚酯塑料封装热敏电阻43玻璃封装NTC热敏电阻MF58型热敏电阻44454.热敏电阻的应用没有外保护层的热敏电阻只能用于干燥的环境中，在潮湿、腐蚀性等恶劣环境下只能用密封的热敏电阻。测量时先对仪表进行标定。将绝缘的热敏电阻放入32℃（表头的零位）的温水中，待热量平衡后，调节RP1，使指针在32℃上。再加热水，用更高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，逐渐降温，反复检查32～45℃范围内刻度的准确性。

热敏电阻体温表原理图46返回本章目录47热敏电阻温度面板表

热敏电阻

LCD48热敏电阻体温表

493.4热电偶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、测温点小、准确度高、热惯性小、响应速度快、便于维修、复现性好；测温范围广，一般为-270℃～+2800℃；直接输出电信号，不需要转换电路。适于远距离测量、自动记录、集中控制等优点。在温度测量中占有很重要的地位。缺点是存在冷端温度补偿问题。503.4.1热电偶温度传感器的工作原理1.热电效应两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电路时，若两接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应。该电动势称为热电动势。图3-20热电偶测温原理图51从实验到理论：热电效应

1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）

。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

52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。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB53结点产生热电势的微观解释及图形符号

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A和B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A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。

自由电子＋ABeAB（

T）T542.热电动势的组成图3-23

热电偶回路总热电势两种导体的接触电势

图3-21两种导体的接触电势图3-22单一导体的温差电势温差电势很小单一导体的温差电动势

接触电动势的数值取决于两种导体的性质和接触点的温度，而与导体的形状及尺寸无关55总热电动势表达式则总的热电动势就只与热端温度t成单值函数关系，即

温差电势很小，可忽略不计

总热电势表达式to恒定eAB（to）=C热端接触电势

冷端接触电势

A导体的温差电势

B导体的温差电势

56附录CK型热电偶分度表K型（镍铬—镍硅）热电偶温度范围（-90～1300℃）（参考端温度为0℃）热电势

mV

0102030405060708090-0-0.000-0.392-0.777-1.156-1.527-1.889-2.243-2.586-2.920-3.242+00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.387.7372008.1378.5368.9389.3419.74510.15110.56110.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.72115.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.81739.31039.70340.09640.48840.897100041.29641.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82849.19249.5549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398—————————57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我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）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的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0C。附录C列出了工业中常用的镍铬-镍硅（K）热电偶的分度表。58如何利用热电偶的分度表

假设热电偶的冷端温度为0C，工业中常用的镍铬-镍硅（K）热电偶的分度表，查出10C、

110C时的热电势?59如何由热电偶的热电势查热端温度值

设冷端为0C，根据以下电路中的毫伏表的示值及K热电偶的分度表，查出热端的温度tx。603.热电偶的基本定律（1）

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，同样不影响电路中的总热电动势。EABC(t,to)=EAB(t，to)图3-24中间导体定律

第三种导体61证明中间导体定律

图3-24

中间导体定律当t=t0时所以62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，可以将热电动势通过导线接至测量仪表进行测量,且不影响测量精度。可采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行温度测量，只要保证两热电极插入地方的温度相同即可。图3-25

连接仪表的热电偶测量回路图3-26开路热电偶测温63（2）中间温度定律在热电偶测量电路中，测量端温度为t，自由端为to，中间温度为t′，则（t，to）的热电势等于（t，t′）与（t′，to）热电势代数和。即

图3-27

中间温度定律两式相加得

64中间温度定律的意义利用该定律，可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。另外，可以选用廉价的热电偶A′、B′代替t′到t0段的热电偶A、B，只要在t′、t0温度范围内A′、B′与A、B热电偶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，增加测量距离，降低测量成本。热电势只取决于冷、热接点的温度，而与热电极上的温度分布无关。

在实际测量中，对冷端温度进行修正，常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。

65（3）参考电极定律

如图3-28所示，已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在接点温度为（t，t0）时的热电动势分别为EAC（t，t0），EBC（t，t0），则相同温度下，由A，B两种热电极配对后的热电动势EAB可按下面公式计算为

图3-28参考电极定律66参考电极定律举例例1已知铂铑30—铂热电偶的E（1084.5℃，0℃）=13.937mV，铂铑6—铂热电偶的E（1084.5℃，0℃）=8.354mV，求：铂铑30—铂铑6热电偶在同样温度条件下的热电动势。解:设A为铂铑30电极，B为铂铑6电极，C为纯铂电极EAB（1084.5℃，0℃）=EAC（1084.5℃，0℃）-EBC（1084.5℃，0℃）=13.937mV-8.354mV=5.622mV67参考电极定律的意义参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作，只要获得有关电极与参考电极配对的热电势，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。由于纯铂丝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标准电极。68起主要作用的是两个接点的接触电势热电偶具有以下性质：（1）当两热电极材料相同时，不论接点温度相同与否，回路总热电势均为零。（2）当热电偶两个接点温度相同时，不论电极材料相同与否，回路总热电势均为零。（3）只有当电极材料不同，两接点温度不同时，热电偶回路才有热电势。当电极材料选定后，两接点的温差越大，热电势也就越大。（4）回路中热电势的方向取决于热端的接触电势方向或回路电流流过冷端的方向。693.4.2热电极的材料及常用热电偶根据热电偶的测量原理，理论上任何两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但实际应用中，但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。组成热电偶材料要满足以下条件：1）在测量温度范围内，热电性能稳定，不随时间和被测介质变化，物理化学性能稳定，能耐高温，在高温下不易氧化或腐蚀等。2）导电率要高，电阻温度系数小。3）热电势随温度的变化率要大，并希望该变化率最好是常数。4）组成热电偶的两电极材料应具有相近的熔点和特性稳定的温度范围。5）材料的机械强度高，来源充足，复制性好，复制工艺简单，价格便宜。70热电偶的种类及结构

八种国际通用热电偶：

B:铂铑30—铂铑6、R:铂铑13—铂、S:铂铑10—铂、

K:镍铬—镍硅、N:镍铬硅—镍硅、E:镍铬—铜镍、J:铁—铜镍、T:铜—铜镍

用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝S、R、B属于贵金属热电偶。N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。S分度号的精确度等级最高。R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右。B分度号在室温下热电动势极小。N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强。71几种常用热电偶的测温范围及热电势

分度号

名称

测量温度范围

1000C热电势/mVB铂铑30－铂铑650～1820C4.834R铂铑13—铂-50～1768C10.506S铂铑10—铂-50～1768C9.587K镍铬－镍铬(铝)-270～1370C41.276E镍铬－铜镍(康铜)-270～800C——?723.4.3热电偶传感器的结构根据安装连接形式可分为:固定螺纹连接，固定法兰连接，活动法兰连接，无固定装置等形式图3-30铠装热电偶也称缆式热电偶，它是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物熔铸在一起，外套不锈钢管等.热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用73图3-31薄膜热电偶用真空镀膜技术等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶薄膜热电偶：测量范围为-200～500℃，热电极材料多采用铜—康铜、镍铬—铜、镍铬—镍硅等，用云母作绝缘基片，主要适用于各种表面温度的测量。当测量范围为500～1800℃时，热电极材料多用镍铬—镍硅、铂铑—铂等，用陶瓷做基片。74普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰75普通装配型热电偶的

结构放大图

接线盒引出线套管

固定螺纹

（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）

不锈钢保护管

76铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）

BA绝缘材料铠装型热电偶横截面77隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒电缆线78其他热电偶外形小形K型热电偶793.4.4热电偶冷端温度补偿

由于热电偶的分度表是在冷端温度为0℃时测得的，如果冷端温度不为零，测得的热电势就不能直接去查相应的分度表。根据热电偶的测温原理，热电偶回路的热电势只与冷端和热端的温度有关，当冷端温度保持不变时，热电势才与测量端温度成单值对应关系。但在实际测量时，冷端温度常随环境温度变化而变化，不能保持恒定，因而会产生测量误差。为了消除或补偿冷端温度的影响，常采用以下几种方法。801．0℃冷端恒温法（冰浴法）将热电偶的冷端置于0℃的恒温器内，保持为0℃。此时测得的热电势可以准确的反映热端温度变化的大小，直接查对应的热电偶分度表即可得知热端温度的大小。在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间的保持在0℃不变。81冰浴法接线图被测流体管道热电偶接线盒补偿导线铜导线毫伏表冰瓶冰水混合物试管新的冷端822．冷端恒温法当热电偶的冷端温度t0≠0℃时，测得的热电动势EAB（t，t0

）

≠

EAB（t，0℃）。若冷端温度t0>0℃，则EAB（t，t0

）＜EAB（t，0℃）。

将冷端置于其他恒温器内，使之保持温度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。

利用中间温度定律即可求出测量端相对于0℃的热电势。83此方法在热电偶与动圈式仪表配套使用时特别实用。可以利用仪表的机械调零点将零位调到与冷端温度相同的刻度上，也就相当于先给仪表输入一个热电势，在仪表使用时所指示的值即为对应的温度值，也即实际测量的温度的大小。843.补偿导线法（延引电极法）实际测温时，由于热电偶的长度有限，冷端温度将直接受到被测介质温度和周围环境的影响.例如，热电偶安装在电炉壁上，电炉周围的空气温度的不稳定会影响到接线盒中的冷端的温度，造成测量误差。图3-32补偿导线法85图3-32补偿导线法为了使冷端不受测量端温度的影响，可将热电偶加长，但同时也增加了测量费用。所以一般采用在一定温度范围内（0～100℃）与热电偶热电特性相近且廉价的材料代替热电偶来延长热电极，这种导线称为补偿导线，这种方法称为补偿导线法。如图3-32所示。A′、B′为补偿导线，根据补偿导线的定义有:86热电偶补偿导线的作用如果参考端温度不稳定，会使温度测量误差加大。为使热电偶测量准确，在测温时，可采用配套的补偿导线将参考端延伸到温度稳定处再进行温度测量。所以，补偿导线只起延长热电偶的作用，不起任何温度补偿作用，但与热电偶有相同的功用。又因补偿导线比热电偶便宜，使用补偿导线可节约测量经费。87

使用补偿导线必须注意两个问题：①两根补偿导线与热电偶相连的接点温度必须相同，接点温度不超过100℃

；②不同的热电偶要与其型号相应的补偿导线配套使用，且必须在规定的温度范围内使用，极性不能接反。在我国，补偿导线已有定型产品，如表3-1所示。

88表3-1常用热电偶补偿导线热电偶名称分度号材料极性补偿导线成分护套颜色金属颜色铂铑—铂S铜铜镍+-Cu0.57﹪～0.6﹪Ni，其余Cu红绿紫红褐镍铬—镍硅镍铬—镍铝K铜康铜+-Cu39﹪41﹪Ni，1.4%～1.8%Mn，其余Cu红棕紫红白镍铬—铜镍镍铬—康铜E镍铬考铜+-8.5﹪～10﹪Cu，其余Cu56%Cu，44%Ni紫黄黑白894.电桥补偿法电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压，来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。图3-33电桥补偿法电阻温度系数较大如图3-33所示。当t0=0℃时，将电桥调至平衡状态，a、b两点电位相等，电桥对仪表读数无影响；电阻温度系数较小90当热电偶冷端温度上升时，热电势值将减小，但电阻阻值增加，电桥失去平衡，a—b间显现的电位差，如果适当选取桥臂电阻，便可使正好等于减小的热电势值，仪表读出的热电势值便不受自由端温度变化的影响，即起到了自动补偿的作用。4.电桥补偿法图3-33电桥补偿法电阻温度系数较大电阻温度系数较小注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。915热电偶的应用及配套仪表

由于我国生产的热电偶均符合ITS-90国际温标所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的动圈式显示仪表命名为XC系列。有指示型（XCZ）和指示调节型（XCT）等系列品种。与K型热电偶配套的动圈仪表型号为XCZ-101或XCT-101等。数字式仪表也有指示型（XMZ）和指示调节型（XMT）等几种系列品种。

92XMZ系列智能数字显示仪表外形

933.4.5热电偶测温电路（1）测量某一点温度（一个热电偶和一个仪表配用的基本电路）仪表的读数为：

补偿导线图3-34热电偶测量某一点温度94（2）测量两点温度之差的电路两支同型号的热电偶反向串联仪表的读数为：

注：用热电偶测量两点温度之差时，千万不能直接相减两温度点的温度图3-35测量两点温度之差95（3）测量两点间温度和的电路两支同型号的热电偶正向串联仪表的读数为：

该电路的特点是：输出的热电势较大，提高了测试灵敏度，可以测量微小温度的变化。并且因为热电偶串联，只要有一支热电偶烧断，仪表即没有指示，可以立即发现故障。图3-36测量两点间温度和96（4）测量两点间平均温度的电路两支同型号的热电偶并联图中每一支热电偶分别串接了均衡电阻R1、R2，其作用是在t1、t2不相等时，在每一支热电偶回路中流过的电流不受热电偶本身内阻不相等时的影响，所以R1、R2的阻值很大。仪表的读数为：

该电路的缺点：当某一热电偶烧断时，不能立即察觉出来，会造成测量误差

图3-37测量两点间平均温度97（5）多点温度测量线路该种连接方法要求每只热电偶型号相同，测量范围不能超过仪表指示量程，热电偶的冷端处于同一温度下。多点测量电路多用于自动巡回检测中，可以节约测量经费。图3-38一台仪表分别测量多点温度通过波段开关，可以用一台显示仪表分别测量多点温度。983.4.6热电偶的应用热电偶用于金属表面温度的测量

一般当被测金属表面温度在200～300℃左右或以下时，可采用粘接剂将热电偶的结点粘附于金属表面。

当被测表面温度较高，而且要求测量精度高和响应时间常数小的情况下，常采用焊接，将热电偶的头部焊于金属表面。

992.测控应用由毫伏定值器给出设定温度对应的毫伏数，当热电偶测量的热电势与定值器输出的数值有偏差时，说明炉温偏离设定值，此偏差经放大器放大后送到调节器，再经晶闸管触发器推动晶闸管执行器，从而调整炉丝加热功率，消除偏差，达到温控的目的。1003.热电偶用于管道内温度的测量

管道内温度测量热电偶的安装方法。热电偶的安装应尽量做到使测温准确、安全可靠及维修方便。不管采用何种安装方式，均应使热电偶插入管道内有足够的深度。安装热电偶时，应将测量端迎着流体方向。返回本章目录1013.5集成温度传感器集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流和电压特性与温度的关系，把感温元件（PN结）与有关的电子线路集成在很小的硅片上封装而成。其具有体积小、线性好、反应灵敏、价格低、抗干扰能力强等优点。由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器通常测量150℃以下的温度。102测温原理

PN结的温度特性

二极管的正向电压降UD以-2mV/℃变化

103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和数字型集成温度传感器。

模拟型的输出信号形式有电流型、电压型和频率型。

电压型的灵敏度多为10mV/℃（以摄氏温度0℃作为电压的零点）；

电流型的灵敏度多为1μA/K（以绝对温度0K作为电流的零点）；

数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。集成温度传感器分类电流型——输出阻抗很高，可用于远距离精密温度遥感和遥测，而且不用考虑接线引入损耗和噪声电压型——输出阻抗低，易于同信号处理电路连接频率型——易与微型计算机连接三端式两端式输出端个数

1043.5.1集成温度传感器基本工作原理其中VT1、VT2为差分对管，由恒流源提供的I1、I2分别为VT1、VT2的集电极电流，则△Ube为

k——玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）；Q——电子电荷量；T——绝对温度；——VT1和VT2发射极面积之比。只要I1/I2为恒定值，则△Ube与温度T为单值线性函数关系。这就是集成温度传感器的基本工作原理。图3-40集成温度传感器原理图1053.5.2电压输出型集成温度传感器VT1、VT2为差分对管，调节电阻R1，可使I1=I2，当对管VT1、VT2的β值大于等于1时，电路输出电压U0为

若R1=940Ω，R2=30Ω，Ƴ=37，则电路输出温度系数为10mV/K。注意：T（K）=t（℃）+273.15图3-41电压输出型温度传感器106电压输出型集成温度传感器——

LM35/45LM35/45的外形及引脚图

107电压输出型集成温度传感器

——

LM35/45

LM35/45构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器108在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路散热风扇集成温度ICCPU插座CPU散热片1093.5.3电流输出型集成温度传感器对管VT1、VT2作为恒流源负载，VT3、VT4作为感温元件，VT3、VT4发射极面积之比为Ƴ，此时电流源总电流IT为：

由上式可得知，当R、Ƴ为恒定量时，IT与T成线性关系。若R=358Ω，Ƴ=8，则电路输出温度系数为1µA/K。图3-42电流输出原理电路图110电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590是电流输出型温度传感器的典型产品。

111AD590封装示意图空脚（接地）112电流-电压转换电路（10mV/K）

增加负载电阻的阻值可提高输出电压。1133.5.4集成温度传感器的应用1.温度测量AD590在25℃（298.15K）时，理想输出电流为298.15µA。将AD590串联一个可调电阻，在已知温度下调整电阻值，使输出电压UR满足1mV/K的关系(如25℃时，UR应为298.15mV)。调整好以后，固定可调电阻，即可由输出电压UR读出AD590所测得热力学温度。图3-43

绝对温度测量1142.热电偶参考端的补偿集成温度传感器用于热电偶参考端的补偿电路AD590应与热电偶参考端处于同一温度下。AD580是一个三端稳压器，其输出电压Uo=2.5V