1、四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术1第第6章章 温度传感器温度传感器四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术2目录v简介v热电偶v热电阻v晶体管和集成温度传感器v本章小结四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术3简 介v什么是温度传感器？v分类四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术4什么是温度传感器？什么是温度传感器？v温度传感器是一种将温度变化转换温度传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。为电量变化的装置。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术5分 类v三类：（1）热电偶是将温度变化转换为电势变化）热电偶是将温度变化转换为电势变化（2）热电阻是将温度变化转
2、换为电阻值的变）热电阻是将温度变化转换为电阻值的变化。化。（3）晶体管和集成温度传感器是将温度的变化转变为电压或电流的变化。v这三种传感器目前在工业产生中已得到广泛应用，并且有与其相配套的显示仪表与记录仪表。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术6热电偶热电偶v热电偶热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。器。v自自19世纪发现热电效应以来，热电偶被越来越广世纪发现热电效应以来，热电偶被越来越广泛地用来测量泛地用来测量1001300范围内的温度，根据范围内的温度，根据需要还可以用来测量更高或更低的温度。它具有需要还可以用来测量更高或更低的温度。它
3、具有结构简单，使用方便，精度高热惯性小，可测结构简单，使用方便，精度高热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记录等优点。录等优点。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术7热电偶v热电偶的基本原理v热电偶的类型及结构v热电势的测量及热电偶的标定v热电偶的传热误差和动态误差四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术8热电偶的基本原理热电偶的基本原理v 一、热电效应一、热电效应v二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律v 三、热电偶冷端温度及其补偿三、热电偶冷端温度及其补偿四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术9热电效应热电效应
4、v 1823年塞贝克年塞贝克(Seebeck)发现在两种不发现在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为称为塞贝克电势塞贝克电势。这个物理现象称为。这个物理现象称为热电热电效应效应。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术10原原 理理v式中，式中，ab为热电势率或塞贝克系数，其值随热为热电势率或塞贝克系数，其值随热电极材料和两接点的温度而定；电极材料和两接点的温度而定；v后来研究指出，热电效应产生的电势后来研究指出，热电效应产生的电势EAB(T,T0)是由珀尔帖是由珀尔帖
5、(Peltier)效应和汤姆逊效应和汤姆逊(Thomson)效效应引起的应引起的。)()(),(00TETEdTTTEABABAB四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术111珀尔帖效应珀尔帖效应接触电势原理图接触电势原理图+ABTeAB(T)-v什么是珀尔帖效应呢？什么是珀尔帖效应呢？v通过上图你又能想到什么呢？通过上图你又能想到什么呢？四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术12珀尔帖效应珀尔帖效应v将同温度的两种不同的金属互相接触。由将同温度的两种不同的金属互相接触。由于不同金属内自由电子的密度不同，在两于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属金属A和和B的接触处会发生自由电子的
6、扩的接触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散现象，自由电子将从密度大的金属A扩扩散到密度小的金属散到密度小的金属B，使，使A失去电子带正失去电子带正电电B得到电子带负电直至在接点处建得到电子带负电直至在接点处建立了强度充分的电杨，能够阻止电子扩散立了强度充分的电杨，能够阻止电子扩散达到平衡为止。两种不同金属的接点处产达到平衡为止。两种不同金属的接点处产生的电动势称为电势，生的电动势称为电势，又称接触电势。又称接触电势。此此效应称为珀尔帖效应。效应称为珀尔帖效应。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术13根据电子理论根据电子理论:温度为温度为T，T0产生的接触电势产生的接
7、触电势方向相反，故回路的接触电势为：方向相反，故回路的接触电势为：BAABBAABnnekTTEnnekTTEln)ln)(00（或BABABAABABnnTTeknnekTnnekTTETEln)(lnln)()(000四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术14 2汤姆逊效应汤姆逊效应v假设在一匀质棒状导体的一假设在一匀质棒状导体的一端加热，则沿此棒状导体有端加热，则沿此棒状导体有温度梯度导体内自由电子将温度梯度导体内自由电子将从温度高的一端向温度低的从温度高的一端向温度低的一端扩散，并在温度较低一一端扩散，并在温度较低一端积累起来，使棒内建立起端积累起来，使棒内建立起一电场。当这电场
8、对电子的一电场。当这电场对电子的作用力与扩散力相平衡时，作用力与扩散力相平衡时，扩散作用即停止。电场产生扩散作用即停止。电场产生的电势称为的电势称为汤姆逊电势或温汤姆逊电势或温差电势。差电势。此效应称为此效应称为汤姆汤姆逊效应。逊效应。AeA(T,To)ToT温差电势原理图温差电势原理图四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术15对于导体对于导体A、B组成的热电偶回路，当接点温度组成的热电偶回路，当接点温度TT0时，回路的时，回路的温差电势等于导体温差电势的代数和，即温差电势等于导体温差电势的代数和，即:综上所述，热电极综上所述，热电极A、B组成的热电偶回路，当接点温度组成的热电偶回路，当
9、接点温度TT0时，其总热电势为：时，其总热电势为：当匀质导体两端的温度分别当匀质导体两端的温度分别是是T、T时，温差电势为时，温差电势为:dTTETETTETBABABA)()()(),(000)()()()(0000dTTEdTTETBABTTBABdTTTEdTTTETTBBA0),(),(00或)()(0TETEABABdTdTdTTTETTETTBTTBTTABA)(),(),(00000冷端的分势电势热端的分势电势)()(0TETEABAB四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术16重要结论：重要结论：v(1)如果热电偶如果热电偶二个电极的材料相同二个电极的材料相同，二个接点温度
10、虽不同，二个接点温度虽不同不会产生电势；不会产生电势；v(2)如果二个电极材料不同但如果二个电极材料不同但两接点温度相同两接点温度相同，也不会产，也不会产生电势；生电势；v(3)当热电偶二个电极的材料不同，且当热电偶二个电极的材料不同，且A、B固定后，固定后，EAB(T,T0)便为二接点温度便为二接点温度T和和T0的函数，即的函数，即:EAB(T,T0)=E(T)-E(T0)v 当当T0保持不变，即保持不变，即E(T0)被认为是常数，则热电势置被认为是常数，则热电势置EAB(T,T0)便为热电偶热端温度便为热电偶热端温度T的函数：的函数：EAB(T,T0)=E(T)-C 由此可知由此可知,EA
11、B(T,T0)和和T有单值对应关系，这是热电偶测有单值对应关系，这是热电偶测温的基本公式。温的基本公式。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术17 热电极的极性：热电极的极性：测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极为负极。在热电势符号热电极为负极。在热电势符号EAB(T,T0)，规定写在前面的，规定写在前面的A、T分别为正极和高温，写在后面的分别为正极和高温，写在后面的B、T0分别为负极和低温。分别为负极和低温。如果它们的前后位置互换，则热电势极性相反，如如果它们的前后位置互换，则热电势极性相反，如:EAB(T,T0)一一EBA(T,T0)
12、EAB(T,T0)=一一EAB(T0,T)判断热电势极性最可靠的方法是将热端稍加热，在冷端用直流判断热电势极性最可靠的方法是将热端稍加热，在冷端用直流电表辨别。电表辨别。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术18 二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律1.均质导体定律均质导体定律 两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。温度有关。如果材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时将产生附如果材质不均匀，则当热电极上
13、各处温度不同时将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差，因此，加热电势，造成无法估计的测量误差，因此，热电极材料的均热电极材料的均匀性匀性是衡量热电偶质量的是衡量热电偶质量的重要指标之一重要指标之一。2中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中插入第三、四种导体，只要插入导体的两端在热电偶回路中插入第三、四种导体，只要插入导体的两端温度相等，且插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布温度相等，且插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。因此，我们可以将毫伏表因此，我们可以将毫伏表(一般为铜线一般为铜线)接入热电
14、偶回路，并接入热电偶回路，并保证两个结点温度一致就可对热电势进行测量，而不影响热保证两个结点温度一致就可对热电势进行测量，而不影响热电偶的输出。电偶的输出。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术193中间温度定律中间温度定律 热电偶在接点温度为热电偶在接点温度为T，T0时的热时的热电势等于该热电偶在接点温度为电势等于该热电偶在接点温度为T，Tn和和Tn，T0时相应的热电势的代数和，时相应的热电势的代数和，即即:EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)如如T0=0,有：有：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)四川省精品课程传感技术四川省精品课程传
15、感技术20三、热电偶冷端温度及其补偿三、热电偶冷端温度及其补偿v 热电偶热电势的大小与热电极材料及两接点的温热电偶热电势的大小与热电极材料及两接点的温度有关。只有在热电极材料一定，其冷端温度度有关。只有在热电极材料一定，其冷端温度T0保持不变的情况下，其热电势么保持不变的情况下，其热电势么EAB(T,T0)才是才是其工作端温度其工作端温度T的单值函数。热电偶的分度表是的单值函数。热电偶的分度表是在热电偶冷端温度等于在热电偶冷端温度等于0的条件下测得的，所的条件下测得的，所以使用时，只有满足以使用时，只有满足T0=0的条件，才能直接的条件，才能直接应用分度表或分度曲线。应用分度表或分度曲线。v
16、在工程测温中，冷端温度常随环境温度的变化而在工程测温中，冷端温度常随环境温度的变化而变化，将引入误差，所以要采取以下的修正或补变化，将引入误差，所以要采取以下的修正或补偿措施。偿措施。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术21补偿措施：v冷端温度修正法v冷端温度自动补偿法v延引热电极法四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术221冷端温度修正法冷端温度修正法 对于冷端温度不等于对于冷端温度不等于0，但能保持恒定，但能保持恒定不变的情况，可采用修正法。不变的情况，可采用修正法。1)热电势修正法热电势修正法2)温度修正法温度修正法四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术231)热电势
17、修正法热电势修正法v 原理：根据中间温度定律，将电势换算到冷端原理：根据中间温度定律，将电势换算到冷端为为0时应为：时应为：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术24v例例 用镍铬一镍硅热电偶测炉温。当冷端温度用镍铬一镍硅热电偶测炉温。当冷端温度T030时，测得热电势为时，测得热电势为E(T,T0)39.17mV，则实际，则实际炉温是多少度炉温是多少度?由由T0 30查分度表得查分度表得E(30，0)1.2mV 则则 E(T,0)E(T，30)十十E(30，0)39.17十十1.240.37(mV)再用再用40.37mv查分度表
18、得查分度表得977，即实际炉温为，即实际炉温为977v若直接用测得的热电势若直接用测得的热电势39.17mv查分度表则其值为查分度表则其值为946，产生，产生31的测量误差。的测量误差。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术252)温度修正法温度修正法v令令T为仪表的指示温度，为仪表的指示温度，T0为冷端温度，则被测的真为冷端温度，则被测的真实温度实温度T，为，为：TT十十kT0v式中式中k为为热电偶的修正系数热电偶的修正系数，决定于热电偶种类和被，决定于热电偶种类和被测温度范围。测温度范围。v例例 上例中测得炉温为上例中测得炉温为946(3917mV)，冷端温度，冷端温度为为30，查表
19、，查表k1.00 则则 T946130976()v与用热电势修正法所得结果相比，只差与用热电势修正法所得结果相比，只差1因而这因而这种方法在工程上应用较为广泛。种方法在工程上应用较为广泛。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术26温度T/补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.531
20、6000.53热电偶补正系数四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术27 2冷冷端端温度自动补偿法温度自动补偿法v热电偶在实际测温中，冷端一般暴露在空气中，受热电偶在实际测温中，冷端一般暴露在空气中，受到周围介质温度波动的影响它的温度不可能恒定到周围介质温度波动的影响它的温度不可能恒定或保持或保持0不变，不宜采用修正法，可用电势补偿不变，不宜采用修正法，可用电势补偿法。法。v产生补偿电势的方法很多产生补偿电势的方法很多,主要介绍主要介绍电桥补偿法电桥补偿法和和pn结补偿法结补偿法。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术28电桥补偿法v说明v补偿原理四川省精品课程传感技术四川省精品课程
21、传感技术29说说 明明v 电桥补偿法是用电桥的不平衡电压电桥补偿法是用电桥的不平衡电压(补偿电势补偿电势)去消去消除冷端温度变化的影响，这种装置称为冷端温度补除冷端温度变化的影响，这种装置称为冷端温度补偿器。偿器。v 桥臂电阻桥臂电阻R1，R2，R3和限流电阻和限流电阻Rs的电阻值几乎的电阻值几乎不随温度变化。不随温度变化。vR Cu为铜电阻，其阻值随温度升高而增大。为铜电阻，其阻值随温度升高而增大。v电桥由直流稳压电源供电。电桥由直流稳压电源供电。v 在某一温度下设计电桥处于平衡状态，则电桥输在某一温度下设计电桥处于平衡状态，则电桥输出为出为0该温度称为电桥平衡点温度或补偿温度。该温度称为电
22、桥平衡点温度或补偿温度。此时补偿电桥对热电偶回路的热电势没有影响。此时补偿电桥对热电偶回路的热电势没有影响。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术30补偿原理补偿原理v 当环境温度变化时，冷端温度随之变化，热电偶当环境温度变化时，冷端温度随之变化，热电偶的电势值随之变化的电势值随之变化E1；v与此同时，与此同时，RCu电阻值也随环境温度变化，使电桥电阻值也随环境温度变化，使电桥失去平衡，有不平衡电压失去平衡，有不平衡电压E2输出。如果设计的输出。如果设计的E1与与E2 数值相等极性相反则选加后互相数值相等极性相反则选加后互相抵消，因而起到冷端温度变化自动补偿的作用。抵消，因而起到冷端温度
23、变化自动补偿的作用。这就相当于将冷端恒定在电桥平衡点温度。这就相当于将冷端恒定在电桥平衡点温度。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术31pn结补偿法结补偿法四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术32 3延引热电极法延引热电极法v 一般恒温装置或补偿器距被测对象较远，一般恒温装置或补偿器距被测对象较远，需要很长的热电极把冷端引到这些装置中，需要很长的热电极把冷端引到这些装置中，这对于贵金属热电偶是很不经济的。可以这对于贵金属热电偶是很不经济的。可以用比较便宜的、在用比较便宜的、在0一一100温度范围内热温度范围内热电性质与工作热电偶相近的导线代替负金电性质与工作热电偶相近的导线代替
24、负金属热电极。属热电极。这种导线常称为延引电极、冷这种导线常称为延引电极、冷端延长线或冷端补偿导线端延长线或冷端补偿导线。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术33说说 明明v不同的热电偶必须选用相应的补偿导线；不同的热电偶必须选用相应的补偿导线；v延伸导线和热电极联接处两接点的温度必须相延伸导线和热电极联接处两接点的温度必须相同，而且不可超过规定的温度范围同，而且不可超过规定的温度范围(一般为一般为0一一100)；v采用延伸导线只是移动了冷端点的位置，当该采用延伸导线只是移动了冷端点的位置，当该处温度不为处温度不为0时，仍须进行冷端温度补偿。时，仍须进行冷端温度补偿。四川省精品课程传感
25、技术四川省精品课程传感技术34mVABABTCC仪表仪表铜导线铜导线试管试管补偿导线补偿导线热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液T0四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术35热电偶的类型及结构热电偶的类型及结构v1对热电极材料的基本要求对热电极材料的基本要求v2热电偶类型热电偶类型v3.热电偶结构热电偶结构四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术36 1对热电极材料的基本要求对热电极材料的基本要求热电特性稳定热电特性稳定，即热电势与温度的对应关系不会，即热电势与温度的对应关系不会变动；变动；热电势要足够大热电势要足够大，这样易于测量热电势，且可得，这样易于测量热电势，且可得到较高
26、的准确度；到较高的准确度；热电势与温度为热电势与温度为单值关系单值关系，最好成线性关系，或，最好成线性关系，或简单的函数关系；简单的函数关系；电阻温度系数和电阻率要小电阻温度系数和电阻率要小，否则热电偶的电阻，否则热电偶的电阻将随工作端温度而有较大的变化影响测量结果的将随工作端温度而有较大的变化影响测量结果的准确性准确性物理性能稳定物理性能稳定，化学成分均匀，化学成分均匀,不易氧化和腐蚀不易氧化和腐蚀材料的材料的复制性好复制性好；材料的材料的机械强度要高机械强度要高。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术37 2热电偶类型热电偶类型v标准化热电偶标准化热电偶v非标准化热电偶非标准化热电偶
27、四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术38标准化热电偶标准化热电偶v铂铑铂铑10-铂铂热电偶热电偶(WRLB)(分度号：分度号：LB一一3)v铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电偶热电偶WRLL)(分度号：分度号：LL一一2)v 镍铬一考铜镍铬一考铜热电偶热电偶(WREA)(分度号：分度号：EA一一2)v 铜一康铜铜一康铜热电偶热电偶(分度号：分度号：CK)四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术39测量范围和准确度测量范围和准确度 热电偶类别热电偶类别代号代号分度号分度号测量范围测量范围（）允许偏差允许偏差 tt铂铑铂铑 30-30-铂铑铂铑 6 6WRRWRRB B600 600 170
28、01700 1.5 1.5 或或 0.25t0.25t铂铑铂铑 10-10-铂铂WRPWRPS S0 0 16001600 1.5 1.5 或或 0.25t0.25t镍铬镍铬 -镍硅镍硅WRNWRNK K0 0 12001200 2.5 2.5 或或 0.75t0.75t镍铬镍铬 -铜镍铜镍WREWREE E0 0 900900 2.5 2.5 或或 0.75t0.75t四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术40非标准化热电偶非标准化热电偶v铁一康铜铁一康铜热电偶热电偶(测温上限为测温上限为600)v钨一钼钨一钼热电偶（测温上限热电偶（测温上限2100）v钨铼系钨铼系热电偶（热电偶（测温
29、上限测温上限2400）v其他：铱铭系热电偶、镍铬一金铁热电偶、其他：铱铭系热电偶、镍铬一金铁热电偶、镍钴一镍铝热电偶、双铂钼热电偶，以及一镍钴一镍铝热电偶、双铂钼热电偶，以及一些非金属热电偶，如热解石墨热电偶等些非金属热电偶，如热解石墨热电偶等四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术413.热电偶结构热电偶结构v1.普通型热电偶普通型热电偶v2.铠装热电偶铠装热电偶v3.小惯性热电偶小惯性热电偶四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术42热电势的测量及热电偶的标定热电势的测量及热电偶的标定v一、热电势的测量一、热电势的测量v二、热电偶的标定二、热电偶的标定四川省精品课程传感技术四川省精
30、品课程传感技术43一、热电势的测量一、热电势的测量v伺服式温度表伺服式温度表v数字式温度表数字式温度表四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术441.伺服式温度表伺服式温度表Ex-IRab=iR可以用可变电阻触点可以用可变电阻触点b的位置标明被测电势值的位置标明被测电势值令令i=0,得到：得到：Ex=IRab四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术45工作原理工作原理 Ex-IRab=iREx被测电势；被测电势；I,i分别为工作电流回路和测量回路的电流；分别为工作电流回路和测量回路的电流；R-a,b间的可变电阻间的可变电阻Rab，检流计内阻和电势源，检流计内阻和电势源Ex 的内阻之和。
31、的内阻之和。令令i=0,得到：得到：Ex=IRab 可以用可变电阻触点可以用可变电阻触点b的位置标明被测电势值的位置标明被测电势值四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术462.数字式温度表数字式温度表使用时必须注意两点：使用时必须注意两点：热电偶输出的热电势一般都很小，在进行热电偶输出的热电势一般都很小，在进行AD转换前，必转换前，必须经过须经过高增益的直流放大高增益的直流放大，常用数据，常用数据放大器。放大器。热电偶的热电特性，一般来讲都是非线性的。欲热电偶的热电特性，一般来讲都是非线性的。欲使显示数或输出脉冲数与被测温度直接相对应，使显示数或输出脉冲数与被测温度直接相对应，必须采取必
32、须采取线性化措施线性化措施。在带有计算机或微处理机。在带有计算机或微处理机的测量系统中，非线性校正的测量系统中，非线性校正(和冷端补偿和冷端补偿)工作，工作，都直接由计算机完成，即所谓都直接由计算机完成，即所谓“软件校正法软件校正法”。但目的用得更多的是所谓但目的用得更多的是所谓“硬件校正法硬件校正法”，即采，即采用非线性校正装置，也称用非线性校正装置，也称“线性化器线性化器”。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术47二、热电偶的标定二、热电偶的标定v 标定的目的是核对标准热电偶热电势一温度标定的目的是核对标准热电偶热电势一温度关系是否符合标准，或确定非标准热电偶的关系是否符合标准，或
33、确定非标准热电偶的热电势一温度标定曲线，也可以通过标定消热电势一温度标定曲线，也可以通过标定消除测量系统的系统误差。除测量系统的系统误差。v标定方法有标定方法有定点法和比较法定点法和比较法。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术48p定点法是以纯元素的沸点或凝固点作为温度定点法是以纯元素的沸点或凝固点作为温度标准。如基准铂铑标准。如基准铂铑10-铂热电偶在铂热电偶在630.755-1064.43的温度间隔内，以金的凝固点的温度间隔内，以金的凝固点1064.43、银的凝固点、银的凝固点961.93、锑凝固、锑凝固点点630.7752作为标准温度进行标定。作为标准温度进行标定。p比较法是将标
34、准热电偶与被标定热电偶之间比较法是将标准热电偶与被标定热电偶之间直接进行比较，比较法又可分为双极法，同直接进行比较，比较法又可分为双极法，同名极法名极法(单极法单极法)和微差法和微差法p这里主要介绍双极法。这里主要介绍双极法。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术4978564321稳稳压压电电源源220V1-调压变压器；调压变压器；2-管式电炉；管式电炉；3标准热电偶；标准热电偶；4-被校热电偶；被校热电偶；5-冰瓶；冰瓶；6-切换开关；切换开关；7-测试仪表；测试仪表；8-试管试管双极法标定系统双极法标定系统四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术50双极法标定系统原理双极法标定
35、系统原理v 标定铂铑一铂热电偶时，将标准热电标定铂铑一铂热电偶时，将标准热电偶与被标定热电偶的工作端用铂丝捆扎在偶与被标定热电偶的工作端用铂丝捆扎在一起，插到管式护内的均匀温度场中，冷一起，插到管式护内的均匀温度场中，冷端分别插在端分别插在0的恒温器中。用自耦变压的恒温器中。用自耦变压器器1调节炉温，当炉温到达所需的标定温调节炉温，当炉温到达所需的标定温度点的度点的10内，且炉温变化每分钟不超过内，且炉温变化每分钟不超过0.2时，就可读数。每一个标定点温度时，就可读数。每一个标定点温度的读数不得少于四次。的读数不得少于四次。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术51图图(a)用于同型号热
36、电偶的自动标定用于同型号热电偶的自动标定四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术52图（图（b)不同型号的热电偶自动标定不同型号的热电偶自动标定tE电阻炉电阻炉被校温被校温度计度计标准温标准温度计度计函数发生器函数发生器减法器减法器记录仪记录仪温度调温度调节器节器程序控程序控制器制器ttBEEBE四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术53图图(a)工作原理工作原理v图图(a)用于同型号热电偶的自动标定用于同型号热电偶的自动标定。它同时。它同时测量电炉温度测量电炉温度t，分别输出热电势，分别输出热电势EB和和Et，在，在减法器内被比较得电势差值减法器内被比较得电势差值E Et-EB，E
37、 输入记录仪进行记录。输入记录仪进行记录。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术54图图(b)工作原理工作原理v图图(b)用于不同型号的热电偶自动标定用于不同型号的热电偶自动标定，如，如用标准铂镑热电偶标定贱金属热电偶，两用标准铂镑热电偶标定贱金属热电偶，两者的热电势不能直接比较因此，由函数者的热电势不能直接比较因此，由函数发生器将标准热电偶输出的热电势发生器将标准热电偶输出的热电势EB转换转换为为EB，然后输入减法器与，然后输入减法器与ET相比较。相比较。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术55热电偶的传热误差和动态误差热电偶的传热误差和动态误差v传热误差传热误差v动态误差动态
38、误差四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术56一、传热误差一、传热误差v采用热电偶测温与其它感温元件一样，是通采用热电偶测温与其它感温元件一样，是通过热电偶与被测介质之间的过热电偶与被测介质之间的热量交换热量交换。v热电偶吸收了被测介质传送来的热量，热电偶吸收了被测介质传送来的热量，一方一方面用以加热，提高自身的温度；同时又向周面用以加热，提高自身的温度；同时又向周围散失热量。围散失热量。v当热交换达到平衡状态时，热电偶的测量端当热交换达到平衡状态时，热电偶的测量端也就达到一个稳定的温度。也就达到一个稳定的温度。但由于热量的散但由于热量的散失，热电偶测量端的温度低于被测介质的温失，热电偶
39、测量端的温度低于被测介质的温度，这时热电偶的显示误差称为度，这时热电偶的显示误差称为传热误传热误差差它是由传导、对流、辐射三种基本热交它是由传导、对流、辐射三种基本热交换形式造成的。换形式造成的。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术57二、动态误差二、动态误差v 用热电偶测量温度时，由于热接点具有一用热电偶测量温度时，由于热接点具有一定的热容量，则热接点从介质今吸收热量定的热容量，则热接点从介质今吸收热量后，加热自身提高温度到稳定值就需要一后，加热自身提高温度到稳定值就需要一定的时间，即热接点的温度变化，在时间定的时间，即热接点的温度变化，在时间上总是滞后于被测介质的温度变化。上总是滞
40、后于被测介质的温度变化。这种这种由于热惯性引起的温度偏差值，称为动态由于热惯性引起的温度偏差值，称为动态响应误差。响应误差。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术58热电阻热电阻v利用感温电阻，把测量温度转化成测量电阻的电阻式测温系利用感温电阻，把测量温度转化成测量电阻的电阻式测温系统，常用于测量统，常用于测量200500范围内的温度。它是利用热电阻范围内的温度。它是利用热电阻和热敏电阻的电阻率温度系数而制成温度传感器的。和热敏电阻的电阻率温度系数而制成温度传感器的。v大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度发生变化，都称大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度发生变化，都称为热电阻，为热电
41、阻，纯金属有正的温度系数，半导体有负的电阻温度纯金属有正的温度系数，半导体有负的电阻温度系数。系数。用金属导体或半导体制成的传感器，分别称为用金属导体或半导体制成的传感器，分别称为金属电金属电阻温度计和半导体电阻温度计阻温度计和半导体电阻温度计。v 随着科学技术的发展，热电阻的应用范围随着科学技术的发展，热电阻的应用范围已扩展已扩展到到15K的的超低温领域。同时在超低温领域。同时在10001200温度范围内也有足够好温度范围内也有足够好的特性。的特性。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术59金属热电阻 一、工作原理、结构和材料一、工作原理、结构和材料 大多数金届导体的电阻，都具有随温度
42、变化的特性。大多数金届导体的电阻，都具有随温度变化的特性。其特性方程式如下其特性方程式如下:RiR01+a(T-T0)式中：式中：Ri,R0分别为热电阻在分别为热电阻在T和和0时的电阻值；时的电阻值；a热电阻的电阻温度系数热电阻的电阻温度系数(1)。对于绝大多数金属导体，对于绝大多数金属导体，a并不是一个常数，而是并不是一个常数，而是温度的函数。但在一定的温度范围内，可近似地看作为温度的函数。但在一定的温度范围内，可近似地看作为一个常数。不同的金属导体，一个常数。不同的金属导体，a保持常数所对应的湿度保持常数所对应的湿度范围不同。范围不同。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术60选作感
43、温元件的材料应满足如下要求：选作感温元件的材料应满足如下要求：1.材料的电阻温度系数材料的电阻温度系数a要越大越好要越大越好，纯金属的纯金属的a比合比合金的高金的高，所以一般均采用纯金属作熟电阻元件；，所以一般均采用纯金属作熟电阻元件；2.在测温范围内，在测温范围内，材料的物理、化学性质应稳定材料的物理、化学性质应稳定；3.在测温范围内，在测温范围内，a保持常数保持常数，便于实现温度表的线，便于实现温度表的线性刻度特性；性刻度特性；4.具有具有比较大的电阻率比较大的电阻率，以利于减少热电阻的体积，以利于减少热电阻的体积，减小热惯性减小热惯性.5.特性复现性好，容易复制特性复现性好，容易复制。比
44、较适合以上要求的材料有：比较适合以上要求的材料有：铂、铜、铁和镍铂、铜、铁和镍。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术611铂热电阻铂热电阻铂的纯度通常用铂的纯度通常用W(100)表示，即表示，即:0630.755:-1900:对对W(100)1.391有有A3.9684710-3B-5.84710-72，C-4.2210-12/4 对对W(100)1.389有有A3.9485110-3.B-5.85110-7/2，C-4.04 10-12/4 0100)100(RRW)1(20BtAtRRt320)100(1 ttCBtAtRRt四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术62 铂电阻
45、一般由直径为铂电阻一般由直径为0.05一一0.07mm铂丝绕在片形云母铂丝绕在片形云母骨架上，铀丝的引线采用银线，引线用双孔瓷绝缘套骨架上，铀丝的引线采用银线，引线用双孔瓷绝缘套管绝缘。管绝缘。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术63铂热电阻的结构四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术64 2铜热电阻铜热电阻v铜丝可用来制造铜丝可用来制造-50150范范围内的工业用电阻温度汁。围内的工业用电阻温度汁。在此温度范围内线性关系好，在此温度范围内线性关系好，灵 敏 度 比 铂 电 阻 高灵 敏 度 比 铂 电 阻 高(a(4.254.28)10-3)容容易得到高纯度材料，复制性易得到高
46、纯度材料，复制性能好。能好。v但铜易于氧化，但铜易于氧化，一般只用于一般只用于150以下的低温测量和没以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介中的温有水分及无侵蚀性介中的温度测量。度测量。通常利用二项式计算测量通常利用二项式计算测量的铜电阻值为的铜电阻值为:RTR01十十a(TT0)显示桌面.scf四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术65分度号 G Cu50Cu100Re()53 50100R100/R01.4250.001 1.4250.002精度等级 R0允许误差（%）0.1 0.1最大允许误差（%）（0.33.5）（0.36.0）t310t310铜热电阻技术特性表铜热电阻技术特性表四
47、川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术66铁电阻和镍电阻p 铁和镍这两种金属的铁和镍这两种金属的电阻温度系数较电阻温度系数较高，电阻率较大高，电阻率较大，故可作成，故可作成体积小、体积小、灵敏度高灵敏度高的的电阻温度计。的的电阻温度计。p其特点是其特点是容易氧化容易氧化、化学稳定性差、化学稳定性差、不易提纯，复制性差，而且电阻值与不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的温度的线性关系差线性关系差。p目前目前应用不多应用不多；四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术67p 热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝绕在热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝绕在云母、云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架石英
48、、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外上，经过固定，外面再加上保护套管。面再加上保护套管。p 但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。和使用寿命。p 对骨架的要求是对骨架的要求是：电绝缘性能好；电绝缘性能好；在高、低温下有足够的机械强度，在高温下有足在高、低温下有足够的机械强度，在高温下有足够的刚度；够的刚度；体膨胀系数要小，在温度变化后不结热电阻丝造体膨胀系数要小，在温度变化后不结热电阻丝造成压力；成压力；不对电阻丝产生化学作用。不对电阻丝产生化学作用。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术68二、测量电路二、测量电路 电阻温度计
49、的测量电路员常用的是电阻温度计的测量电路员常用的是电电桥电路，精度较高的是自动电桥桥电路，精度较高的是自动电桥。为消除由于为消除由于连接导线电阻随环境温度变连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差化而造成的测量误差，常采用，常采用三线和四三线和四线连接法线连接法。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术69热电阻测量电桥的三线连接法四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术70调零的Ra电位器的接触电阻和检流计串联，这样，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状态。四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术71热电阻式温度计优点：性能最稳定，测量范围广、精度也热电阻式温度计优点
50、：性能最稳定，测量范围广、精度也高。特别是在低温测量中得到广泛的应用。高。特别是在低温测量中得到广泛的应用。其缺点是需要辅助电源。热容量大限制了它在动态测量中其缺点是需要辅助电源。热容量大限制了它在动态测量中的应用。的应用。为避免热电阻中流过电流的加热效应，在设计电桥时为避免热电阻中流过电流的加热效应，在设计电桥时,要要使流过热电阻的电流尽量小，一般小于使流过热电阻的电流尽量小，一般小于10mA(?)四川省精品课程传感技术四川省精品课程传感技术72半导体热敏电阻半导体热敏电阻v 一般说来，半导体比金属具有更大的电阻温度系数。一般说来，半导体比金属具有更大的电阻温度系数。v半导体热敏电阻包括正温
