第2章 温度检测

第二章温度检测1.二温度不能相加或相减；

温度的基本概念宏观概念---是物体冷热程度的表示.

热平衡的两物体，其温度相等。温度量的特殊性微观概念---是大量分子运动平均强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。3.温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。

2.无标准量直接进行比较测量；

本章重点内容

电阻式温度传感器；热电偶传感器；集成数字温度传感器。本章要求

了解温度传感器的作用、地位和分类；熟悉热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合；理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿方法；掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特点、工作原理和使用方法；了解其他温度传感器工作原理。温度的高低必须用数字来说明，温标就是温度的一种数值表示方法。2.1温标及测量方法2.1.1温标温标：为了保证温度量值的统一而建立的用来量度物体温度高低的标准尺度。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。

国际上用得较多的温标有：1.经验温标(华氏温标、摄氏温标、列氏温标)；2.热力学温标；3.国际实用温标。摄氏温标

华氏温标列氏温标1.经验温标：借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法或经验公式确定的温标。特点：（1）以物体热胀冷缩现象为基础。（2）把在两温度点之间体积的总变化分为若等份，每个等份定义为1度。2.1.1温标1）摄氏温标：2.1.1温标分度方法：标准大气压下纯水的冰点定为0度，沸点定为100度，中间等分100份，每一份为1度，记为℃。1742年，瑞典天文学家摄尔修斯提出。将一大气压下冰水混合物的温度规定为100℃，水的沸点为0℃，两者间均分成100个刻度，和现行的摄氏温标刚好相反。第二年他的学生克利斯把刻度颠倒过来，即冰点为0度，沸点为100度，即现行的摄氏温标并一直被沿用至今。标准仪器：水银玻璃温度计。摄氏温标已纳入国际单位制。1990国际温标（ITS-90）对摄氏温标和热力学温标进行统一，规定摄氏温标由热力学温标导出，0℃=273.15K，划分不变。摄氏温标为世界上绝大多数国家，尤其是亚洲国家采用的温度单位。

2）华氏温标：2.1.1温标德国物理学家和仪器制造师华伦海于1714年提出。他在研究水银时，发现液体水银对温度十分敏感，凝固点低，且沸点特高。他便发明了水银温度计，创立了第一个温度标准——华氏温标，人们用“℉“表示。分度方法：标准大气压下纯水的冰点定为32度，沸点为212度，中间等分180份，每一份为1度，记为℉。标准仪器：水银玻璃温度计。1970年代以前，英国及其前殖民地国家多使用华氏温标，20世纪后期，全球绝大多数国家开始向国际单位制转换，使用摄氏温标替代了华氏温标，到现在，只有美国、开曼群岛、伯利兹等极少数国家仍保留华氏温标为法定计量单位。3）列氏温标：2.1.1温标分度方法：标准大气压下纯水的冰点为0度，沸点为80度，中间等分80份，每一份为1度，记为OR。

法国科学家列奥米尔于1731年提出的。水的冰点被订为列氏0度，而沸点则为列氏80度。标准仪器：水和酒精玻璃温度计。列氏温标仅在德国和法国的部分场合使用三者换算关系：2.1.1温标

摄氏温标、摄氏温标、摄氏温标均是依据液体受热膨胀原理来建立温标和制造温度计的。由于不同物质的性质不同，它们受热膨胀的情况也不同，故上述三种温标难以统一。2.热力学温标（开尔文温标，开氏温标，绝对温标）2.1.1温标1848年开尔文首先提出以热力学第二定律为基础，建立了温度仅与热量有关而与物质无关的热力学温标。又称开尔文温标。用“K”表示。开尔文宣称：要得到低于摄氏零下273度的温度是不可能的，并把这点称为绝对零度。它和摄氏温标的关系是：TK＝TC＋273人的正常体温为37℃，换算成绝对温度就是310度。

3.国际实用温标（国际温标）

t,K,T

之间的换算关系：2.1.1温标为了解决国际上温度标准的统一和实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度，又使用方便、容易实现的温标，即国际使用温标，又称国际温标。1968年国际实用温标规定：热力学温度是基本温度，用符号T表示。单位为开尔文（符号为K）。1K定义为水三相点温度的1/273.16。

接触测量法非接触测量法接触测量法：测温敏感元件直接与被测介质接触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，使两者具有相同温度，达到测量的目的。

2.1.2温度测量的主要方法优点：直观可靠，精度较高。缺点：①感温元件影响被测温度场的分布；

②接触不良等带来测量误差；

③高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。非接触测量法：利用物质的热辐射原理，感温元件不与被测介质接触，通过辐射和对流实现热交换，达到测量目的。

2.1.2温度测量的主要方法优点：

①不干扰被测对象的温度场；

②连续测量不会产生消耗；

③热惯性小，可达千分之一秒，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度反应快等。缺点：

①制造成本较高；

②容易受到外界因素的干扰；

③测量精度较低。超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和-250℃以下。提高温度传感器的精度和可靠性。研制家用电器、汽车及农畜业所需的价廉的温度传感器。发展新型产品。发展适应特殊测温要求的温度传感器。发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。

2.1.3

温度传感器的主要发展方向2.2电阻式温度传感器定义：利用导体和半导体的电阻率随温度变化的性质制成的传感器称为电阻式温度传感器。实现：温度的变化→元件电阻值的变化检测对象：温度、与温度有关的参数。2.2电阻式温度传感器大部分半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属导体高，温度每升高1C

，电阻约减小2％～6％。

→负温度系数大多数金属在温度升高1C

时电阻将增加0.4％～0.6％。→正温度系数思考：若温度升高，元件电阻值会发生怎样的变化？分类：按制造材料分为金属热电阻和半导体热敏电阻。2.2.1金属热电阻传感器1.热电阻类型目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂、铜和镍。

1）铂热电阻：一种贵金属。测温范围：-200℃～850℃电阻和温度的关系：优点：精度高，稳定性好，性能可靠，耐氧化性好。容易提纯，复现性好，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。有较高的电阻率。型号：目前工业用铂热电阻有100（Pt100）和10(Pt10)两种。缺点：在高温下易受还原性介质污染而变脆，并改变电阻与温度的关系。价格贵。应用场合：一般用于制造基准热电阻、标准热电阻.2.2.1金属热电阻传感器2）铜热电阻电阻和温度的关系：型号：工业用铜热电阻有50（Cu50）和100（Cu100）两种。应用场合：测量精度要求不高，测量范围较小的情况。2.2.1

金属热电阻传感器测温范围：-50℃～150℃缺点：电阻率小，电阻体积较大；

制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械强度就不高，或者就要长，使体积增大。热惯性较大，稳定性较差；容易氧化，工作上限150℃.优点：电阻值与温度的关系几乎呈线性；温度系数大，灵敏度较高。材料易提纯，价格低廉。2.2.1金属热电阻传感器2.热电阻的结构

主要由电阻体、骨架、绝缘套管和接线盒等组成。2.2.1金属热电阻传感器

w

平衡电桥法如果电阻R1=R2，当热电阻Rt阻值随温度变化时，调节电位器Rw的电刷位置x，使电桥处于平衡状态，则有★3、热电阻传感器的测量电路测量电阻通常可利用欧姆表或电桥电路。其中：L，R0：电位器有效长度和总电阻

x：电刷位置2.2.1金属热电阻传感器2.2.1金属热电阻传感器4、热电阻的基本误差热电阻的基本误差指示仪表的误差电阻体自热误差：由流过电阻体的电流引起。一般工业热电阻工作电流被限制在6mA以内，这样自热温差就不会超过0.1C。引线电阻误差为了减小或消除引线电阻的影响，一般采用三线制和四线制接法。三线制四线制二线制2.2.1金属热电阻传感器二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式。这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。二线制2.2.1金属热电阻传感器三线制：将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。三线制2.2.1金属热电阻传感器2.2.2半导体热敏电阻传感器热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质制成。常用半导体材料有铁,镍,锰,钴,钼,镁,铜的氧化物或其他化合物.结构上主要有:片型、杆型和珠型。NTC二极管封装根据不同用途有多种封装结构；使用温区宽；稳定性和可靠性高。环氧封装、小型化、精度高；可靠性高、响应时间快；引线采用聚脂漆包线、耐热、绝缘性好2.2.2

半导体热敏电阻传感器1.特性热敏电阻的主要特性有温度特性和伏安特性。

1）温度特性按温度特性分为：

负温度系数（NTC）型正温度系数（PTC）型临界负温度系数（CTR）型负温度系数热敏电阻：简称NTC，型号用MF表示。特性如曲线1所示。在工作温度范围内，电阻随温度上升而非线性下降，温度系数为-(1～6)%/℃.曲线2为缓变型:其温度系数为0.5%/℃～8%/℃;曲线3为开关型:在居里点附近的温度系数可达10%/℃～60%/℃。

正温度系数热敏电阻：简称PTC，型号用MZ表示。在工作温度范围内，其电阻值随温度上升而非线性增大。临界负温度系数热敏电阻：简称CTR。CTR是一种开关型NTC，特性如曲线4所示.在临界温度附近，阻值随温度上升而急剧减小。2.2.2

半导体热敏电阻传感器2.2.2半导体热敏电阻传感器

a.小电流范围内：端电压和电流成正比。b.电流增加到一定数值，温度升高反而阻值下降，端电压下降。c.根据热敏电阻的允许功耗线来确定电流，测温中电流不能太高。2）伏安特性

静态情况下热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之间的关系。

2.2.2

半导体热敏电阻传感器大多数半导体热敏电阻是NTC热敏电阻,具有很高的负电阻温度系数，特别适用于-50～300℃之间测温。2.工作原理半导体材料的电阻率随温度变化而变化.两点重要说明:各种热敏电阻的阻值在常温下很大，不必采用三线制或四线制接法，给使用带来方便。低温热敏电阻：其工作温度低于-50℃。常温热敏电阻：其工作温度范围为-50～300℃。高温热敏电阻：其工作温度高于300℃。2.2.2

半导体热敏电阻传感器3、主要参数1.标称电阻值（冷电阻）环境温度25℃±0.2℃下测得的电阻值，单位：Ω2.耗散系数热敏电阻器温度变化1℃所耗散的功率变化量，单位：W/℃3.电阻温度系数热敏电阻的温度变化1℃时电阻值的变化率，通常指20℃时的温度系数.(%)/℃4.

热容量热敏电阻的温度变化1℃时，所需吸收或释放的能量，单位：J/℃5.

时间常数2.2.2

半导体热敏电阻传感器4、热敏电阻的特点优点：灵敏度高，其灵敏度比热电阻要大1～2个数量级；很好地与各种电路匹配，而且远距离测量时几乎无需考虑引线电阻的影响；体积小；热惯性小，响应速度快，适用于快速变化的测量场合；结构简单坚固，能承受较大的冲击、振动。2.2.2

半导体热敏电阻传感器缺点：阻值与温度的关系非线性严重；元件的一致性差，互换性差；元件易老化，稳定性较差；除特殊高温,低温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻只适合-50～300℃范围，使用时必须注意。思考题:1.怎么区分普通电阻和热敏电阻？

主要看参数。热敏电阻的型号是(NTC)MF或(PTC)MZ，如:NTC47D－10

。2.热敏电阻怎样看阻值?

例如NTC47D－10代表意义?

NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器,后面的47

代表电阻47欧姆,10代表引脚之间的距离.

3.NTC10D-11热敏电阻可以用什么型号热敏电阻替换?

这是个10Ω，两引脚距离尺寸为11mm的负温度系数的热敏电阻，只有相同电气参数的才能代换，两引脚距离尺寸可以不一致。4.热敏电阻型号为NTC10D2-7和NTC10D-7这个型号有什么区别?

是同一个型号。可能在结构上略有区别。5.热敏电阻和陶瓷电容怎么区分

?

外观上看陶瓷电容边缘较薄。测量时热敏电阻会有阻值，一般零点几K～几十K，陶瓷电容电阻无穷大。思考题:温度测量-----NTC温度控制-----NTC温度补偿-----NTC过热保护-----PTC5.热敏电阻的应用2.2.2

半导体热敏电阻传感器1)温度测量2.2.2半导体热敏电阻传感器2)温度控制温度测量原理图的指示仪表用运算放大器代替。运算放大器的作用：比较器2.2.2

半导体热敏电阻传感器温度较低→高电阻→VTH﹥V1→运算放大器接通→继电器被激励→加热器供电→温度逐渐升高2.2.2半导体热敏电阻传感器温度较高→电阻逐渐降低→电桥平衡（通过零点）→放大器关断→切断加热器加热器保持关断→电阻冷却→电桥反方向通过零点。电位器R1的位置设定温度，通常选热敏电阻的基准阻值为控制中点的值。电位计的值任选，一般在1K～10K。R1R13.温度补偿4.过热保护2.2.2半导体热敏电阻传感器2.3薄膜热传感器适用范围：物体表面、快速和小间隙场所的温度测量。一、金属薄膜热电阻发展方向：体积越来越小、阻值越来越大、测温范围越来越广。1.薄膜热传感器的结构在基片上采用真空沉积技术将铂粉附着在陶瓷基片上，再将引线烧结固定。2.薄膜热电阻的测温机理与铂热电阻类似，薄膜热电阻是基于纯金属材料的电阻率随温度的升高而增加的原理来测量温度。二、多晶硅薄膜热电阻

温度传感器的发展方向之一，利用多晶硅薄膜的电阻率随温度变化的特性，可集成性好。1.多晶硅薄膜热电阻的结构2.多晶硅薄膜热电阻测温机理2.3薄膜热传感器2.4热电偶传感器

2.4.1热电偶测温原理温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。1.热电偶的特点：

1.结构简单，测量范围宽：-271℃～2800℃2.准确度高、热惯性小。

3.热容量小，可用于快速及动态温度的测量。2.热电偶的分类：1.按材料分类:2.按用途分类:3.热电偶的测温原理

热电阻测温原理基于热电效应。★1)热电效应：

两种不同的导体（半导体）两端接触在一起组成闭合回路，当两个接点的温度不相同时，回路中就会有电流通过，两端之间就存在电动势。这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。

(重要：两线,两端)2.4.1热电偶测温原理热电偶：两种不同导体(半导体)组成的闭合回路。

热电(动)势：闭合回路两端产生的电势。热电流：闭合回路中流过的电流。

热电极：导体A、B。

参考端(冷端)：温度为参考温度的一端（T0）

工作端(热端)：置于被测温度（T）的一端。几个名词:

2.4.1热电偶测温原理两根异质材料的接触电动势＋导线两端的温差电动势EAB（T，T0）=f(T)-f(T0)

实验证明：当热电偶材料一定时，热电偶的总热电动势是热电偶两端温度的函数差，即：2)热电动势的组成2.4.1热电偶测温原理(1)两种导体的接触电动势两种导体A,B接触的时候，由于导体内的自由电子密度不同，若NA>NB．电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散，导体A失去了电子而具有正电位,导体B接收到扩散来的电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时A、B之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。2.4.1热电偶测温原理EAB(T)：A、B两种材料在温度为T时的接触电动势；

K：玻耳兹曼常数(1.38×10-6)；

e：电荷常数(1.6021892×10-19)；NA(T)、NB(T)：A、B两种材料在温度T时的自由电子密度。结论：

接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度比值有关。数学表达式：2.4.1热电偶测温原理回路中总的接触电势为：热电偶原理图TT0ABT点的接触电势为：T0点的接触电势为：思考：1.两个相同导体组成的闭合回路两端有没有接触电势？

2.若两个不同导体组成闭合回路两端温度相同，回路中接触电势是多少？2.4.1热电偶测温原理（2）单一导体的温差电动势

对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且T>TO，如下图所示。

单一导体温差电动势导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电动势，这个电动势称为单一导体的温差电动势。2.4.1热电偶测温原理数学表达式:对于由A、B两种导体构成的闭合回路，在A、B两导体上产生的温差电动势之和为：思考：1.两个相同导体组成闭合回路的两端温度不同，回路中温差电动势是多少？

2.两个不同导体组成闭合回路的两端温度相同，有没有温差电动势？2.4.1热电偶测温原理若NA﹥NB,T﹥T0，则必存在两个接触电势和两个温差电势，回路总电势为：（3）回路总电势

回路中接触电势与温差电势之和T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB结论：热电偶总电动势与电子密度NA、NB及两接点温度T、T0有关2.4.1热电偶测温原理导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关，与导体A、B的中间各处温度无关。只有当热电偶的两导体材料和两端温度均不相同时才能有热电势产生。热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。（4）重要结论：2.4.1热电偶测温原理热电偶总电动势与电子密度NA、NB及两接点温度T、T0有关，而电子密度取决于热电偶材料的特性。当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EAB(T，T0)成为温度T和To的函数差，即：实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过分度表来确定。（5）分度表：2.4.1热电偶测温原理如果能使冷端温度t0

固定，则总电势就只与温度T成单值函数关系注意：热电势与热端温度之间关系是非线性，但在温度变化较小的范围内为了便于查表运算通常看作线性。分度表-----参考端温度为0℃时，通过实验建立起来的热电势

与测量端温度之间的对照表。2.4.1热电偶测温原理4、热电偶基本定律(1)均质导体定律由同一种均质导体或半导体组成的闭合回路，无论导体截面、长度如何以及温度如何分布，都不会产生热电动势。结论:

热电偶必须采用两种不同材料作为电极。若热电极材料

不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。

2.4.1热电偶测温原理（2）中间导体定律

在将热电偶回路中接入第三种导体C，只要保持第三导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电动势保持不变，即接入导体C后对回路总电动势无影响。TABCTT结论:可采取任何方式焊接导线，将热电势通过导线接至测量仪表进行测量，不影响测量精度。2.4.1热电偶测温原理电位计接入热电偶回路例如:根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。ET0T0TET0T1T1T2.4.1热电偶测温原理(3)中间温度定律热电偶测量回路中，若两结点温度为T，TO，中间温度为ＴO′则有：

EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)例如：

EAB(T,0)=EAB(T,20)+EAB(20,0)结论：

1.该定律可用于消除热电偶冷端温度变化影响。

2.若已知分度表，就可求出冷端为任意温度的热电动势。

2.4.1热电偶测温原理(4)标准电极定律（也称组成定律）2.4.1热电偶测温原理当温度为(T，T0)时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势之代数和，即：在接点温度为时,：EAB(T，T0)=EAC(T，T0)﹢ECB(T，T0)或者：EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作。例2.1:当T为100℃，T0为0℃时，铬合金—铂热电偶E(100℃，0℃)=+3.13mV，铝合金—铂热电偶的E(100℃，0℃)=-1.02mV，求铬合金—铝合金组成热电偶的热电势E(100℃，0℃)。解：设铬合金为A，铝合金为B，铂为C。即：EAC(100℃，0℃)=+3.13mVEBC(100℃，0℃)=-1.02mV

则：EAB(100℃,0℃)=EAC–EBC=+4.15mV2.4.1热电偶测温原理2.4.2热电极材料及常用热电偶一、热电极材料

理论上任何两种导体均可配成热电偶，实际上热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，在不同介质中测量时不容易被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；机械强度高，复现性好，价格便宜，便于成批生产。

实际上一般采用一些合金和化合物。1）标准热电偶2.4.2热电极材料及常用热电偶2）非标准热电偶用于一些特殊场合目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为:铂铑30－铂铑6(B型)

铂铑10－铂(S型)

镍铬－镍硅(K型)

镍铬－考铜(E型)组成热电偶的两种材料前面的为正极，后面的为负极。二、常用热电偶分为标准化和非标准化两种。2.4.3热电偶的结构一.普通型热电偶主要用于测量气体,蒸汽,液体等介质的温度

标准型工业用热电偶:1-热电极（热端）

2-绝缘瓷管

3-保护套管

4-接线座

5-接线柱

6-接线盒2.4.3热电偶的结构二.铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶丝、绝缘材料和金属套管经拉伸加工而成的组合体。这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用。铠装热电偶：1-热电极2-绝缘材料3-金属套管4-接线盒5-固定装置

问题引出①热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；

解决方法补偿导线法

计算法

冰浴法

补偿电桥法

软件处理法

★一.冷端温度补偿2.4.4热电偶冷端温度补偿及常用测温电路②热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。1.补偿导线法

问题引出一.冷端温度补偿热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响;热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响;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。

解决方法把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方补偿导线选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线。造成浪费一.冷端温度补偿实现了冷端迁移。降低了成本。功能表2.1常用热电偶的补偿导线一.冷端温度补偿国际电工委员会也制定了补偿导线的国际标准，适合于标准化热电偶使用。◆不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同。

使用补偿导线注意问题一.冷端温度补偿◆连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应。

◆补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测量带来误差。◆热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度。

◆补偿导线的作用只是延长热电偶的参考端，当t0≠0时，还需进行其他补偿与修正。

2.计算法

设：冷端温度为t0（t0≠0）被测温度为t

修正公式冷端t0的热电势测量得出的热电势

被测温度t的热电势一.冷端温度补偿当热电偶冷端温度不是0℃，而是t0时，根据热电偶的中间温度定律，可得热电动势的计算校正公式。

用铜-康铜热电偶测炉温时，测得参考端温度t1＝21℃；测量端和参考端间的热电动势E(t,t1)＝1.979mV，试求实际炉温。例一.冷端温度补偿查此种热电偶的分度表可知E(21℃，0)＝0.84mV，可得到：

E(t，0)=E(t,t1)+E((t1,0)=E(t,21℃)+E(21℃,0)=1.979+0.84

=2.819mV再查分度表，由2.819mV查得到实际炉温t=69℃。解一.冷端温度补偿注意既不能只按1.979mV查分度表，认为t=49℃,也不能把49℃直接加上21℃，认为t=70℃。由分度表查得E(20,0)=0.113mv则E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.433mv再查分度表得其对应的被测温度t=808℃练习：用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势为7.32mv，求被测对象的实际温度t。解一.冷端温度补偿3.冰浴法仅适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用一.冷端温度补偿把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、R4(RCu)(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0℃下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu),此时Uc=0,电桥对仪表读数无影响。

4.补偿电桥法（冷端补偿器法）一.冷端温度补偿T0﹥0→URCu升高→UC左正右负4.补偿电桥法（冷端补偿器法）工作原理T0=0→Uc=0T0﹤0→URCu降低→UC左负右正适当选择电桥参数，可在0～40℃和-20～20℃的范围起补偿作用。

一.冷端温度补偿使用补偿电桥注意问题◆根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥。不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。◆注意补偿温度的起点：在20℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20℃；在0℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0℃。一.冷端温度补偿◆桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。冷端温度恒定T0：但T0不为0℃时，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。冷端温度T0波动：可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。

5.软件处理法注意后一种情况处理时若多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜采用冷端集中方法(利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处)，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。

一.冷端温度补偿（d）(a)测量某点温度。热电偶串、并联测温时，应注意两点：1.必须应用同一分度号的热电偶；2.两热电偶的参考端温度应相等。二.热电偶测温基本电路(c)测两点温度之和：两热电偶正向串联。(b)测量两点平均温度：两个热电偶并联。(d)测量两点温差：两热电偶反向串联。2.5辐射式温度传感器

利用物体的辐射能随温度变化的原理制成的,应用时只需把传感器对准物体，而不必与被测物体直接接触。

应用场合：检测运动物体的温度和小的被测对象的温度并可进行遥测。

一、热辐射:

物体受热，激励了原子中带电粒子，使一部分热能以电磁波的形式向空间传播，它不需要任何物质作媒介（即在真空条件下也能传播），这种能量的传播方式称为热辐射（简称辐射）。

辐射能量的大小与波长、温度有关。

二、黑体:

所谓黑体是指能对落在它上面的辐射能量全部吸收的物体。

2.5.1辐射测温的物理基础黑体辐射能量与波长、温度之间的关系2.5.1辐射测温的物理基础2.5.1辐射测温的物理基础三、辐射基本定律1.普朗克定律:普朗克定律揭示了在各种不同温度下黑体辐射能量按波长分布的规律，其关系式

——黑体的单色辐射强度，单位时间内辐射出在波长λ附近单位波长的能量。2.5.1辐射测温的物理基础2.斯忒藩-波耳兹曼定律:斯忒藩--波耳兹曼定律确定了黑体的全辐射与温度的关系式

上式表明，黑体的全辐射能是和它的绝对温度的四次方成正比，所以这一定律又称为四次方定律。工程上常见材料，一般都遵循这一定律，并称之为灰体。黑度:把灰体全辐射能E与同一温度下黑体全辐射能E0相比较，得到物体的另一个特征量黑度ε=E/E0，反应了物体接近黑体的程度。2.5.2辐射测温方法一、亮度法:

是指被测对象投射到检测元件上的是被限制在某一特定波长的光谱辐射能量，而能量的大小与被测对象温度之间的关系是普朗克公式所描述的一种辐射测温方法。即比较被测物体与参考源在同一波长下的光谱亮度，并使二者的亮度相等，从而确定被测物体的温度，典型测温传感器是光学高温计。二、全辐射法:

全辐射法是指被测对象投射到检测元件上的是对应全波长范围的辐射能量，而能量的大小与被测对象温度之间的关系是由斯忒藩--波耳兹曼所描述的一种辐射测温方法，典型测温传感器是辐射温度计（热电堆）。2.5.2辐射测温方法三、比色法:被测对象的两个不同波长的光谱辐射能量投射到一个检测元件上，或同时投射到两个检测元件上，根据它们的比值与被测对象温度之间的关系实现辐射测温的方法，比值与温度之间的关系由两个不同波长下普朗克公式之比表示，典型测温传感器是比色温度计。2.5.2辐射测温方法2.7光纤传感器工作原理:光纤工作的基础是光的全反射。玻璃光纤的基本结构示意图时，射入的光线在光纤的界面上产生全反射。2.7光纤传感器当端面入射的光满足全反射条件时

即使用时应使入射光处于2θc的光锥角内，光纤才能理想地导光。否则，这些光线便从包层中逸出而产生漏光。

光纤分类:按传输的模式分为单模和多模两类。——光纤的数值孔径，用NA表示，是光线的一个重要参数。2.8集成温度传感器

定义：利用感温元件（常为PN结）的电流、电压特性与温度的关系，把温敏晶体管及其辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器。特点：

①最大的优点在于输出结果与绝对温度成正比，即理想的线性输出。

②

体积小、线性好、反应灵敏、应用广泛。③PN结不能耐高温，通常测量150℃以下的温度。

在绝对温度零度时,它们的输出电量均为零。

分类：按输出量不同可分为：

电压型(10mV/℃

)、电流型（1μA/℃）和数字输出型三大类。PTAT电路：其中VT1、VT2为差分对晶体管，它产生与绝对温度成正比的电压和电流。恒流源提供的I1、I2分别为VT1、VT2的集电极电流。电阻R上的压降△Ube为两管的基极-发射极压降之差：

只要I1/I2为一恒定值，则△Ube与温度T为单值线性函数关系。2.8.1集成温度传感器基本工作原理γ——VT1、VT2发射极面积比。

K——波尔兹曼常数；

T——绝对温度;

q——电子电荷量；电压型集成温度传感器是指输出电压与温度成正比的温度传感器。2.8.2电压型集成温度传感器µpc616A/C常用电压型集成温度传感器有µpc616、LM135、LM35、AN6701等多种。NEC公司的µpc616是典型产品之一。μPC616A的测量范围是-40～+125℃，而μPC616C测量范围是-25～+85℃。

2.8.2电压型集成温度传感器µpc616A/Cµpc616A/C方框图和封装图结构上包括三部分:

温度传感器部分、

稳压部分、

运算放大器部分。一、工作原理μPC616为四端电压输出型，在测温范围内，对应于热力学温度T每变化1K,就输出10mV的电压。

温度传感器部分具有10mV/K的温度系数，输出电压的绝对值在T=25℃时为2.982V（对应于298.2K），可以方便地把输出值转换成绝对温度值。2.8.2电压型集成温度传感器

µpc616A/C稳压部分：具有温度补偿电路，因而使输出电压十分稳定。运算放大器在电路中具有两个功能：1.测温时，反相输入端与输出端连接成电压跟随器，输出信号与所测绝对温度（K）相对应，输出电压与温度的对应值为10mv／K；2.温度控制时，反相输入端单独使用作为设定值的输入端。

二、应用实例1.基本应用电路由于3、4脚之间有一个相当于6.85V的稳压管。为使稳压管能正常工作，外加电源应大于6.85V并需串入一个电阻，常取±15V，阻值的大小根据工作电流（约1mA）和外加电压来确定。电路中的1脚、2脚相连，第3脚与1，2脚之间具有10/K的温度系数，而且输出电压：

V0=（10mV／K）×T，

T为绝对温度。R的确定2.8.2电压型集成温度传感器µpc616A/C传感器的2脚作温度设定值的输入端，通过调节电位器Rw，使它的电阻值定在与某一温度相对应的电压值上。当外界温度超过或低于此温度时，1脚会输出高电平或低电平，完成对温度的判断，进而实现对温度的控制或进行报警。

2.温度控制电路2.8.2电压