1、传感器应用传感器应用课程教学资源建设课程教学资源建设 建设院校：建设院校：主要参与企业：主要参与企业：顺德顺德职业技术学院职业技术学院广东美的集团广东美的集团广东新宝电器广东新宝电器佛山市顺德区美智电子佛山市顺德区美智电子佛山市顺德区高迅电子佛山市顺德区高迅电子应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术温度传感器及应用应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术主要内容主要内容v 第一节第一节 概概 论论v 第二节第二节 热电偶温度传感器热电偶温度传感器v 第三节第三节 热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感
2、器v 第四节第四节 IC IC温度传感器温度传感器v 第五节第五节 其他温度传感器其他温度传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术学习内容与学习目标学习内容与学习目标v通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、分类和发展趋势分类和发展趋势v了解热电偶三定律及相关计算了解热电偶三定律及相关计算v掌握热敏电阻不同类型的特点及应用场合掌握热敏电阻不同类型的特点及应用场合v掌握集成温度传感器使用方法掌握集成温度传感器使用方法v了解其他温度传感器工作原理了解其他温度传感器工作原理应应用用电电子子技技术术专专业
3、业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术l温度是与人类生活息息相关的物理量温度是与人类生活息息相关的物理量l在在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度开始使用温度传感器检测温度l人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系环保等部门都与温度有着密切的关系l工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右半左右l在家电产品的控制中，温度的检测也是无处不在在家电产品
4、的控制中，温度的检测也是无处不在温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。第一节第一节 概概 论论应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 一、温度的基本概念一、温度的基本概念热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度程度能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量量温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺温标：表示温度
5、大小的尺度是温度的标尺应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 温标温标u热力学温标热力学温标u国际实用温标国际实用温标u摄氏温标摄氏温标u华氏温标华氏温标应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术1848年威廉年威廉汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。根据热力学中的卡诺定理，如果在温度根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为的热源与温度为T2的冷源之间实现了
6、卡诺循环，则存在下列关系式。的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式。1 1热力学温标热力学温标Q1热源给予热机的传热量热源给予热机的传热量 Q2热机传给冷源的传热量热机传给冷源的传热量2121QQTT1954年，国际计量会议选定年，国际计量会议选定水的三相点为水的三相点为273.16，并以它，并以它的的1/273.16定为一度定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即，这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术2 2国际实用温标国际实用温标1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度
7、，用年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位是开尔文，符号为表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点定义为水三相点热力学温度的热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。，这是建立温标的惟一基准点。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3 3摄氏温标摄氏温标 是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气是工程上最通用的温度标尺。
8、摄氏温标是在标准大气压压(即即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度每一等份称为摄氏一度(摄氏度摄氏度 )，一般用小写字母，一般用小写字母t表表示。与热力学温标单位开尔文并用。示。与热力学温标单位开尔文并用。摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下：T=t+273.15 Kt=T-273.15 应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4 4华氏温标华氏温标规定在标准大气压下冰的融点为规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点
9、为华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，份，每一等份称为华氏一度，符号用符号用 ，它和摄氏温度的关系如下：，它和摄氏温度的关系如下：m=1.8n+32 n=5/9(m-32)应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 二、温度传感器的特点与分类二、温度传感器的特点与分类u 随物体的热膨胀相对变随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化化而引起的体积变化u 蒸气压的温度变化蒸气压的温度变化u 电极的温度变化电极的温度变化u 热电偶产生的电动势热电偶产生的电动势u 光电效应光电效应1 温度传感器的物理原
10、理u热电效应热电效应u介电常数、导磁率的温度介电常数、导磁率的温度变化变化u 物质的变色、融解物质的变色、融解u 强性振动温度变化强性振动温度变化u 热放射热放射u 热噪声热噪声应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术l特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随温度呈线性变化温度呈线性变化l除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低l特性随时间变化要小特性随时间变化要小l重复性好，没有滞后和老化重复性好，没有滞后和老化l灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检
11、测对象的影响小灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响小l机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好l能大批量生产，价格便宜能大批量生产，价格便宜l无危险性，无公害等无危险性，无公害等2.温度传感器应满足的条件应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3.温度传感器的种类及特点l 接触式温度传感器l 非接触式温度传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3.温度传感器的种类及特点l 接触式温度传感器接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接接触式温度传感器的特点：
12、传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3.温度传感器的种类及特点l 非接触式温度传感器非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发非接触式温度传感器主要是利用
13、被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。量不会产生消耗；反应快等。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术物物理理现现象象 体积热膨胀体积热膨胀 电阻变化电阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物
14、质物质 颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料 液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计 2.玻璃制水银温度玻璃制水银温度计计3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计 6
15、.气体压力温度计气体压力温度计1 热铁氧体热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金合金应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 公元公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。属式温度传感器。1950年以后，相继研制成半导体热敏电年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速
16、发展、又陆续阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。研制出各种类型的温度传感器。三、温度传感器的发展概况三、温度传感器的发展概况应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术1常用热电阻常用热电阻 范围：范围：-260850；精度：；精度：0.001。改进后可连续。改进后可连续工作工作2000h，失效率小于，失效率小于1，使用期为，使用期为10年。年。2管缆热电阻管缆热电阻 测温范围为测温范围为-20500，最高上限为，最高上限为1000，精度为，精度为0.5级。级。3陶瓷热电阻陶瓷热电阻 测量范围为测量范围为20
17、0+500，精度为，精度为0.3、0.15级。级。4超低温热电阻超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量两种碳电阻，可分别测量268.8253-272.9272.99的温度。的温度。5热敏电阻器热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合使适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。用。经济性好、价格便宜。（）接触式温度传感器（）接触式温度传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术l l辐射高温计辐射高温计 用来测量用来测量 1000 1000以上高温。分四种：光学以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。高
18、温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。2 2光谱高温计光谱高温计 前苏联研制的前苏联研制的YCIIYCII型自动测温通用光谱高型自动测温通用光谱高温计温计,其测量范围为其测量范围为40040060006000，它是采用电子化自动跟踪，它是采用电子化自动跟踪系统，保证有足够准确的精度进行自动测量。系统，保证有足够准确的精度进行自动测量。3 3超声波温度传感器超声波温度传感器 特点是响应快特点是响应快(约为约为10ms10ms左右左右)，方向，方向性强。目前国外有可测到性强。目前国外有可测到50005000的产品。的产品。4 4激光温度传感器激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量适用
19、于远程和特殊环境下的温度测量。如。如NBSNBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为，精度为1 1。美国麻省理工学院在研制一种激光温度计，最。美国麻省理工学院在研制一种激光温度计，最高温度可达高温度可达80008000，专门用于核聚变研究。瑞士，专门用于核聚变研究。瑞士Browa BorerBrowa Borer研究中心用激光温度传感器可测几千开研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)(K)的高温。的高温。（二）非接触式温度传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 1超高温与超
20、低温传感器，如超高温与超低温传感器，如+3000以上和以上和250以以下的温度传感器。下的温度传感器。2提高温度传感器的精度和可靠性。提高温度传感器的精度和可靠性。3研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。感器。4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶型热电偶以及各类非接触式温度传感器。以及各类
21、非接触式温度传感器。5发展适应特殊测温要求的温度传感器。发展适应特殊测温要求的温度传感器。6发展数字化、集成化和自动化的温度传感器发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。（三）温度传感器的主要发展方向（三）温度传感器的主要发展方向应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用温差热电偶（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。它除具有最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传便于远传
22、或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。动态温度的测量。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术热电偶的工作原理热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿冷端处理及补偿热电偶的选择、安装使用和校验热电偶的选择、安装使用和校验第第二二
23、节节 热电偶传感器热电偶传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术两种不同的导体或半导体两种不同的导体或半导体A A和和B B组合成组合成如图所示如图所示闭合回路，闭合回路，若导体若导体A A和和B B的连接处温度不同（设的连接处温度不同（设T TT T0 0），则在此闭合回），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应现象叫做热电效应。这种现象早在。这种现象早在18211821年首先由西拜克年首先由西拜克（SeeSeebackback）发现）发现,所以又称
24、西拜克效应。所以又称西拜克效应。回路中所产生回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势温差电势和接触电势和接触电势热电偶原理图TT0AB 一、热电偶的工作原理热端冷端应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术1.接触电势接触电势原理图+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷，e=1.610-19C；k波尔兹曼常数，k=1.3810-23 J/K；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。接触电势的大小与温
25、度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术AeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生的温差电动势，时所产生的温差电动势，例如在例如在0时，铜的时，铜的=2V/。2.温差电势dTTTeTTAA0),(0温差电势原理图应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南
26、铁道职业技术湖南铁道职业技术由导体材料由导体材料A A、B B组成的闭合回路，其接点温度分别为组成的闭合回路，其接点温度分别为T T、T T0 0,如果如果T TT T0 0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：路总电势：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T
27、0时的电子密度；A、B导体A和B的汤姆逊系数。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术根据电磁场理论得根据电磁场理论得EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=f(T)-C=g(T)由于由于NA、NB是温度的单值函数是温度的单值函数dTNNekTTETTBAAB0ln),(0在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得：并做成表格，以供备查。由公式可得：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(
28、T0)=EAB(T，0)-EAB(T0，0)热电偶的热电势，等于两端温度分别为热电偶的热电势，等于两端温度分别为T 和零度以及和零度以及T0和和零度的热电势之差。零度的热电势之差。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术结论：结论：1、热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度、热电偶回路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、粗细无关有关；与热电偶的长度、粗细无关 2、只有用不同性质的导体、只有用不同性质的导体(或半导体或半导体)才能组合成热电偶；才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当相同材料不会产生热电势，因为
29、当A、B两种导体是同一种两种导体是同一种材料时，材料时，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0 3、只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不、只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生同时才能有热电势产生应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4 4、导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温、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。如果使度有关。如果使E EABAB(T T0 0)=)=常数，则回路热电势常数，则回路热电势E EABAB(T T，T T0 0)就只与温度就只与温度
30、T T有关，而且是有关，而且是T T的单值函数，这就是利用热的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理电偶测温的原理 5 5、对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点、对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为温度分别为T T1 1、T T2 2、T Tn n ，冷端温度为零度的热电势。，冷端温度为零度的热电势。其热电势为其热电势为 E E=E EABAB（T T1 1）+E EBCBC（T T2 2）+E ENANA（T Tn n）应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温由一种均质导体组
31、成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势即不产生电动势)；反之，如果；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。用两种不同材料作为电极。二、热电偶回路的性质1.1.均质导体定律均质导体定律应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2.中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此一个由几种不同导体
32、材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。和为零。由由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则三种材料组成的闭合回路，则应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术两点结论：两点结论：l）将第三种材料）将第三种材料C接入由接入由A、B组成的热电偶回路，如图，组成的热电偶回路，如图，则图则图a中的中的A、C接点接点2与与C、A的接点的接点3，均处于相同温度，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即之中，此回路的总电势不变，即同理，图同理，图b中中C
33、、A接点接点2与与C、B的接点的接点3，同处于温度，同处于温度T0之之中，此回路的电势也为：中，此回路的电势也为：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三种材料接入热电偶回路图应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术ET0T0TET0T1T1T电位计接入电位计接入 热电偶回路热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保，只要保证电位计与连
34、接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回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。路中原来的热电势。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，它们相互间热电势的关系为：热端的温度又分别相等，它们相互间热电势的关系为：应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资
35、资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3.中间温度定律 如果不同的两种导体材料组成热电偶回路如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别其接点温度分别为为T1、T2(如图所示如图所示)时时,则其热电势为则其热电势为EAB(T1,T2)；当接点；当接点温度为温度为T2、T3时，其热电势为时，其热电势为EAB(T2,T3)；当接点温度为；当接点温度为T1、T3时，其热电势为时，其热电势为EAB(T1,T3)，则，则BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术
36、湖南铁道职业技术EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EA B（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当题提供了依据。如当T2=0时，则：时，则：应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术热电偶和热电阻及显示仪表的分度号热电偶和热电阻及显示仪表的分度号 是国际电工委员会【是国际电工委员会【IECIEC】发表的相关技术标准】发表的相关技术标准 国际国际温标温标，我国于，我国于19881988年采用该标
37、准，该标准以表格的形式年采用该标准，该标准以表格的形式 简简称分度表称分度表，规定每种热电偶，规定每种热电偶/阻在阻在-271-271度度23002300度每一个温度每一个温度点上，各种热电偶度点上，各种热电偶/阻的输出参数。并且给各种热电偶阻的输出参数。并且给各种热电偶/阻阻命名统一代号，也叫分度号命名统一代号，也叫分度号 K K：代表镍铬：代表镍铬-镍硅热电偶，镍硅热电偶，E E：代表镍铬：代表镍铬-铜镍热电偶，铜镍热电偶，S S：代表铂铑：代表铂铑10-10-铂热电偶，铂热电偶，B B：代表铂铑：代表铂铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶，热电偶，PT100 PT100：代表铂热电阻。：代
38、表铂热电阻。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术热电偶材料应满足：热电偶材料应满足：l 物理性能稳定，热电特性不随时间改变；物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；l 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l 便于制造；便于制造；l 复现性好，便于成批生产。复现性好，便于成批生产。三、热电偶的常用材料与结构三、热电偶的常用材料与结构应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道
39、职业技术 1 1铂铂铂铑热电偶铂铑热电偶(S(S型型)分度号分度号LB3LB3工业用热电偶丝：工业用热电偶丝：0.5mm，实验室用可更细些。，实验室用可更细些。正极：正极：铂铑合金丝铂铑合金丝,用用90铂和铂和10铑铑(重量比重量比)冶炼而成。冶炼而成。负极：负极：铂丝。铂丝。测量温度：测量温度：长期：长期：1300、短期：、短期：1600。（一）热电偶常用材料（一）热电偶常用材料应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 2 2镍铬镍铬镍硅镍硅(镍铝镍铝)热电偶热电偶(K(K型型)分度号分度号EU2EU2工业用热电偶丝：工业用热电偶丝：1.22.
40、5mm，实验室用可细些。，实验室用可细些。正极：正极：镍铬合金镍铬合金(用用88.489.7镍、镍、910铬，铬，0.6硅，硅，0.3锰，锰，0.40.7钴冶炼而成钴冶炼而成)。负极：负极：镍硅合金镍硅合金(用用95.797镍镍,23硅硅,0.40.7钴冶炼而成钴冶炼而成)。测量温度：测量温度：长期长期1000，短期，短期1300。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3镍铬考铜热电偶(E型)分度号为EA2工业用热电偶丝工业用热电偶丝:1.22mm，实验室用可更细些，实验室用可更细些正极：正极：镍铬合金镍铬合金负极：负极：考铜合金（用考铜合金（
41、用56铜，铜，44镍冶炼而成）镍冶炼而成）测量温度：测量温度：长期长期600，短期，短期800特点：特点：l 价格比较便宜，工业上广泛应用价格比较便宜，工业上广泛应用l 在常用热电偶中它产生的热电势最大在常用热电偶中它产生的热电势最大l 气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变 质，适于在还原性或中性介质中使用质，适于在还原性或中性介质中使用 应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4铂铑30铂铑6热电偶(B型)分度号为LL2正极：铂铑合金（用正极：铂铑合金（用70铂，铂，30铑冶炼而成）。铑冶炼而成）
42、。负极：铂铑合金（用负极：铂铑合金（用94铂，铂，6铑冶炼而成）。铑冶炼而成）。测量温度：长期可到测量温度：长期可到1600，短期可达，短期可达1800。特点：特点：l 材料性能稳定，测量精度高。材料性能稳定，测量精度高。l 还原性气体中易被侵蚀。还原性气体中易被侵蚀。l 低温热电势极小，冷端温度在低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。以下可不加补偿。l 成本高。成本高。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术（二）常用热电偶的结构类型 1 1工业用热电偶工业用热电偶 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、下图为典型工业用热电偶
43、结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。也可不装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图1接线盒；2保护套管 3绝缘套管 4热电偶丝1234应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术(a)(b)(c)(d)132 2 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型化（直径从优点是小型化（直径从12mm到到0.25mm）、寿命长、热惯性小，使）、寿命长、热惯性小，使用方便。用方便。测温范围在测温范
44、围在1100以下的以下的有：镍铬有：镍铬镍硅、镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式考铜铠装式热电偶热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。型式如图。铠装式热电偶断面结构示意图 1 金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3 3快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料
45、蒸镀到绝缘板上而形成用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.010.lm)4123快速反应薄膜热电偶1热电极;2热接点;3绝缘基板;4引出线因此，特别适用于对壁面温度因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时的快速测量。安装时,用粘结剂用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁目前我国试制的有铁镍、镍、铁铁康铜和铜康铜和铜康铜三种康铜三种,尺寸尺寸为为 6060.2mm;绝缘基板用绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在料纸等；测温范围
46、在300以以下；反应时间仅为几下；反应时间仅为几ms。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术 4 4快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶用直径为用直径为0.050.lmm的铂铑的铂铑10一铂铑一铂铑30热电偶装在热电偶装在U型石型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要注意它的动态标定，测量精度可达土注意它的动态标定，测量精度可达土57。142 35678 91110快速消耗微
47、型 1刚帽；2石英；3纸环；4绝热泥；5冷端；6棉花；7绝缘纸管；8补偿导线；9套管；10塑料插座；11簧片与引出线应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术四、冷端处理及补偿原因原因l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为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；度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，为依据，否则会产生误差。否则会产生误差。应应用用电电子子技技术术专专业业
48、教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术方法方法u 冰点槽法冰点槽法u 计算修正法计算修正法u 补正系数法补正系数法u 零点迁移法零点迁移法u 冷端补偿器法冷端补偿器法u 软件处理法软件处理法四、冷端处理及补偿应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术1.冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个种办法仅限于科学实验中使用。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，浸入连接点短路，必须把连接
49、点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术2.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算例例 用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境，参比端在室温环境TH中中，测得热电动势，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出，又用室温计测出TH=2 1 ,查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知，查
50、此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知，EAB(21,0)=0.832mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度对应的热端温度T=68。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3.补正系数法把参比端实际温度把参比端实际温度TH乘上系数乘上系数k，加到由，加到由EAB(T，TH)查分查分度表所得的温度上，成为被测温度度表所得的温度上，成为被测温度T。用
