温检测接触式测温

本章学习的主要内容有:1、了解温度测量的基本概念和方法；2、了解热电偶、热电阻和热敏电阻的工作原理，以及它们的分类及特点；3、了解一些新型非接触测温传感器的原理第四章温度检测目前一页\总数四十一页\编于二十三点第一节测温方法及温标一、温度测量的基本概念

温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。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！低温高温目前二页\总数四十一页\编于二十三点二、温标

温标——衡量温度的统一标准尺度。温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。

目前三页\总数四十一页\编于二十三点几种温标的对比正常体温为37C，相当于华氏温度多少度？目前四页\总数四十一页\编于二十三点热力学温标（K）

热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K）。威廉·汤姆逊·开尔文勋爵像目前五页\总数四十一页\编于二十三点三、温度测量及传感器分类

温度传感器按照测量方法可分为接触式和非接触式；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。

目前六页\总数四十一页\编于二十三点几种温度测量方法

示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨目前七页\总数四十一页\编于二十三点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目前八页\总数四十一页\编于二十三点红外温度计目前九页\总数四十一页\编于二十三点第二节接触式测温接触式传感器热电阻:温度变化—电阻变化金属材料:热电阻半导体材料:热敏电阻中温低温热电偶:温度变化—热电动势变化常用于高温领域目前十页\总数四十一页\编于二十三点1主要优点

1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；2、测温范围广：下限可达-270C，上限可达1800C以上；是目前接触式测温中应用最广泛的热电式传感器。3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。一、热电偶测温（接触式、热电式）目前十一页\总数四十一页\编于二十三点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A2工作原理

热电极B热电势AB目前十二页\总数四十一页\编于二十三点从实验到理论：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。

目前十三页\总数四十一页\编于二十三点结论----若热电偶两电极材料相同,那么即使两端温度不同，闭合回路的总热电势仍为零。若热电偶两电极材料不同,而两端温度相同,闭合回路中也不会产生总热电势。所以,热电偶的工作条件是:电极由不同材料组成,且两接触端温度不一样。4热电势的大小仅与热电极材料和两端温度有关。目前十四页\总数四十一页\编于二十三点普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰工业热电偶结构示意图1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶丝1234目前十五页\总数四十一页\编于二十三点热电偶的分度表

热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法。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。

目前十六页\总数四十一页\编于二十三点K热电偶的分度表比较查出的3个热电势，可以看出热电势是否线性？目前十七页\总数四十一页\编于二十三点3热电偶的种类及结构

八种国际通用热电偶：B:铂铑30—铂铑6R: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目前十八页\总数四十一页\编于二十三点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——?目前十九页\总数四十一页\编于二十三点几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析

哪几种热电偶的测温上限较高？结论：哪几种热电偶的线性较差？哪一种热电偶的灵敏度较高？哪一种热电偶的灵敏度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？目前二十页\总数四十一页\编于二十三点4热电偶基本定律1、均质导体定则均质导体构成的闭合回路,不可能产生热电效应，构不成热电偶。

热电偶的电极均匀性越好，则其质量越好。目前二十一页\总数四十一页\编于二十三点2、中间导体定律导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要导体C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。

意义：可用测量仪表直接测量热电势目前二十二页\总数四十一页\编于二十三点意义：为制定分度表奠定了理论基础3、中间温度定律ABABTToTnTn热电偶AB在接点温度为T和To的热电势EAB(T,To)应当等于它在接点温度T、Tn和Tn、To的热电势的代数和,即

EAB(T,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To)目前二十三页\总数四十一页\编于二十三点5热电偶的冷端处理

必要性：1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定，因此将产生误差。2、一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。目前二十四页\总数四十一页\编于二十三点采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。

型号配用热电偶正-负导线外皮颜色正-负SC铂铑10-铂红-绿KC镍铬-镍硅红-蓝WC5/26钨铼5-钨铼26

红-橙

补偿导线在0～100C范围内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。A补偿导线法目前二十五页\总数四十一页\编于二十三点补偿导线外形A’B’屏蔽层保护层目前二十六页\总数四十一页\编于二十三点B冷端温度测量计算法计算修正

当热电偶的冷端温度t00C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势EAB（t，t0）与冷端为0C时所测得的热电势EAB（t，0C）不等。可以利用下式计算并修正测量误差：

EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）目前二十七页\总数四十一页\编于二十三点C冷端恒温法将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0C不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。工业应用中，一般把冷端放在电加热的恒温器中，使其维持在某一恒定的温度。目前二十八页\总数四十一页\编于二十三点冰浴法

在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在0C不变。目前二十九页\总数四十一页\编于二十三点

XT-WBC热电偶冷端补偿器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值，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。

D电桥补偿法目前三十页\总数四十一页\编于二十三点二、热电阻测温（接触式、电阻式）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。目前三十一页\总数四十一页\编于二十三点

取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。

目前三十二页\总数四十一页\编于二十三点★热电阻材料特点（1）高温度系数、高电阻率（2）较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质（3）良好的输出特性（4）良好工艺性易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻目前三十三页\总数四十一页\编于二十三点小型铂热电阻

目前三十四页\总数四十一页\编于二十三点汽车用水温传感器及水温表

铜热电阻目前三十五页\总数四十一页\编于二十三点三线制测量电桥四线制接法目前三十六页\总数四十一页\编于二十三点三、热敏电阻热敏电阻的温度特性04080120160200106104102100温度℃电阻CTRNTCPTC负温度系数热敏电阻：NTC正温度系数热敏电阻：PTC

临界温度系数热敏电阻：CRT

半导体结构：金属氧化物：钴Co、锰Mn