1、3.6 温度传感器温度传感器一一.温度温度温度温度是表征物体冷热程度的物理量，它体现了物体是表征物体冷热程度的物理量，它体现了物体内部分子运动状态的特征。内部分子运动状态的特征。温度是工业过程中最普遍而重要的操作参数温度是工业过程中最普遍而重要的操作参数.l 温度不能直接测量。温度不能直接测量。温度的测量都是借助于冷温度的测量都是借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及通过温度传热不同的物体之间的热交换，以及通过温度传递到敏感元件后，其递到敏感元件后，其物理性质随温度变化而进物理性质随温度变化而进行行的。的。热电式传感器热电式传感器将将温度变化温度变化转换成转换成电量电量（电阻、电势（电阻、电势
2、等）。等）。将温度变化转换为将温度变化转换为电阻电阻变化的元件主要有变化的元件主要有热电阻热电阻和和热热敏电阻敏电阻；将温度变化转换为将温度变化转换为电势电势的传感器主要有的传感器主要有热电偶热电偶和和PN结结式传感器式传感器；将将热辐射热辐射转换为电学量的器件有转换为电学量的器件有热电探测器、红外探热电探测器、红外探测器测器等。等。二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标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。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。各类温度计的刻度均由温标确定。2 2、国际上规定的温标
3、有：摄氏温标、华氏温、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。标、热力学温标等。3、几种温标的对比、几种温标的对比 正常体温正常体温为为37 C C，相当于华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？摄氏温度与华氏温度的关系：9/5+32，或59（32）热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是Tt273.15u接触式测温接触式测温:基于基于热平衡热平衡原理原理u即测温敏感元件必须与被测介质接触，是两者即测温敏感元件必须与被测介质接触，是两者处于平衡状态，具有同一温度。处于平衡状态，具有同一温度。u如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。u非接触式测温非接触
4、式测温:利用利用热辐射热辐射原理原理u测温的敏感元件不与被测介质接触，利用物体测温的敏感元件不与被测介质接触，利用物体的的热辐射热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又随温度变化的原理测定物体温度，故又称称辐射测温辐射测温。u如辐射温度计，红外测温仪等。如辐射温度计，红外测温仪等。三三.温度传感器的分类温度传感器的分类测温方法比较 常用温度传感器 测温测温方式方式传感器类型传感器类型测温范测温范围围()()精精度度(%)(%)特点特点常用热电式传感器 热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点 1、它属于、它属于自发电型自发电型传感器：测量时可以传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪
5、表；不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；2、测温范围广、测温范围广：下限可达：下限可达-270 C C，上限，上限可达可达18001800 C C以上；以上；3 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国际计量委国际计量委员会员会的标准。的标准。（一）（一）.热电偶热电偶 温度传感器温度传感器先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结论：当两个结点温度不相同结点温度不相同时，时，回路中将回路中将产生电动势产生电动势。热电极热电极A A右端称右端称为：为：自自由端由端（参考（参考端、端、冷冷端端）1.1.热电偶测温的工作原理热电偶测温的工作原理左端称左
6、端称为：为：测测量端量端（工作（工作端、端、热热端端）热电极热电极B B热电势热电势AB（1）热电效应 当由两种不同的导体或半导体当由两种不同的导体或半导体A A和和B B组成组成一个回路，其一个回路，其两端相互连接两端相互连接时，时，只要两结点只要两结点处的温度不同处的温度不同，一端温度为，一端温度为T T，另一端温度，另一端温度为为T T0 0 ，回路中将产生一个电动势回路中将产生一个电动势，该电动势，该电动势的方向和大小的方向和大小与导体的材料及两接点的温度与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为有关。这种现象称为“热电效应热电效应”。产生的。产生的电动势则称为电动势则称为“热电动势
7、热电动势”。热电动势由两部分电动势组成，一部热电动势由两部分电动势组成，一部分是分是两种导体两种导体的的接触电动势接触电动势，另一部分，另一部分是是单一导体单一导体的的温差电动势温差电动势。（2 2）热电动势热电动势接触电动势接触电动势接触电势（续）TBTAABNNeKTTEln)(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；NAT、NBT 导体A、B在温度为T 时的电子密度。接触电势的大小与接触电势的大小与温度高低温度高低及导体中的及导体中的电子密度电子密度有关。有关。温差电动势温差电动势EA(T
8、，T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的=2V/。温差电动势（续）温差电动势（续）dTTTETTAA0),(0由导体由导体A、B组成的热电偶回路总的热电势为：组成的热电偶回路总的热电势为：总电势 实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分，可以忽略不计，故上式可以写成 AB0ABAB0E(T,T)E(T)-E(T)(2)当参考端温度 恒定时，0TAB0E(T)=CAB0ABE(T,T)E(T)-C(3),(),()()(),(0000TTETTETE
9、TETTEABABABAB结论（1）热电偶回路热电势只与组成热电偶的）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料材料及两端温度及两端温度有关；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）只有用只有用不同性质不同性质的导体的导体(或半导体或半导体)才能组才能组合成热电偶；合成热电偶；相同材料不会产生热电势相同材料不会产生热电势，因为当，因为当A、B两种导体是同一种材料时，两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即也即EAB(T，T0)=0。（3）只有当）只有当热电偶两端温度不同热电偶两端温度不同,热电偶的两导热电偶的两导体体材料不同时才能有热电势产生材料不同时才能有热电势
10、产生。（4 4）导体材料确定后，热电势的大小）导体材料确定后，热电势的大小只与热电只与热电偶两端的温度有关偶两端的温度有关。如果使。如果使E EABAB(T T0 0)=)=常数，则回常数，则回路热电势路热电势E EABAB(T T，T T0 0)就只与温度就只与温度T T有关，而且有关，而且是是T T的单值函数的单值函数.结论（续）通常通常被测温度与热电势的关系由被测温度与热电势的关系由分度表分度表给出，参考端给出，参考端温度为温度为0。温度温度/203040508090100110120130140热电势热电势/mV0.80 1.20 1.60 2.02 3.26 3.38 4.10 4.
11、51 4.90 5.30 5.732、热电偶基本定律（1）均质导体定律 如果热电偶回路中的如果热电偶回路中的两个热电极材料相同两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何无论两接点的温度如何，热电动势为零热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极根据这个定律，可以检验两个热电极材料成材料成分是否相同分是否相同(称为同名极检验法称为同名极检验法)，也可以检查，也可以检查热热电极材料的均匀性电极材料的均匀性。（2）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三只要第三种导体的两接点温度相同种导体的两接点温度相同，则回路中，则回路中总的热总的热电动势不变电动势不变。
12、图图 热电偶中接入第三种导体热电偶中接入第三种导体 中间导体定律的应用中间导体定律的应用1 1TxT0测量导线电压表T0中间导体定律的应用中间导体定律的应用2对于同种热电偶，两端温度为对于同种热电偶，两端温度为T1、T3时产生的热电势为时产生的热电势为该热该热电偶两接点温度为电偶两接点温度为T1、T2和和T2、T3时所产生的热电势的代时所产生的热电势的代数和数和，T2为为T1和和T3之间的任一温度。之间的任一温度。131223,ABABABET TET TET T（3）中间温度定律中间温度定律中间温度定律的应用中间温度定律的应用l 中间温度定律是制定热电偶分度表的理论中间温度定律是制定热电偶分
13、度表的理论基础。热电偶分度表都是以冷端温度为基础。热电偶分度表都是以冷端温度为0时做出的。时做出的。l一般工程测量中冷端都不为零（任一恒定一般工程测量中冷端都不为零（任一恒定值），因此，只要测出热端、冷端的热电值），因此，只要测出热端、冷端的热电势，便可利用利用热电偶分度表求出工作势，便可利用利用热电偶分度表求出工作端的被测温度值。端的被测温度值。例题：例题：温度温度/203040508090100110120130140热电势热电势/mV0.80 1.20 1.60 2.02 3.26 3.38 4.10 4.51 4.90 5.30 5.73下表为某热电偶的分度表，测量电路如图所示，设冷下
14、表为某热电偶的分度表，测量电路如图所示，设冷端温度为端温度为20，数字电压表的读数为数字电压表的读数为4.10mV，热电偶，热电偶与电压表用补偿导线连接，求被测温度与电压表用补偿导线连接，求被测温度Tx。温度温度/203040508090100110120130140热电势热电势/mV0.80 1.20 1.60 2.02 3.26 3.38 4.10 4.51 4.90 5.30 5.73,204.10,0,20204.100.804.90120,04.90120E TxmVE TxE TxEmVEmVTx,0(4).标准电极定律标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的
15、如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。动势也就已知。在工程测量中，由于在工程测量中，由于纯铂纯铂的物理化学性能稳定，的物理化学性能稳定，熔点较高，易提钝，所以目前常将纯铂作为标准电熔点较高，易提钝，所以目前常将纯铂作为标准电极。极。标准电极定律使得热电偶电极的选配提供了方便。标准电极定律使得热电偶电极的选配提供了方便。标准电极定律的应用热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法查表法 我国从我国从1991年开始
16、采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规定的定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且标准。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。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：势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）自由端（冷端）温度必须为温度必须为0 0 C C。K热电偶的分热电偶的分度表度表 比较比较查出的查出的3 3个个热电势，热电势，可以看出可以看出热电势是热电势是否否线性？线性？热电偶回路的热电势是两个接点温度
17、的函数，热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的单值函数。势才是热端温度的单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而引入测量误差。而难以保持恒定，从而引入测量误差。补偿方法：补偿方法：0恒温法；恒温法；补偿导线法；补偿导线法；修正法；修正法；补偿电桥法等。补偿电桥法等。3.热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 (1)0恒温法恒温法mVABABTCC仪表铜导线
18、试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0（2 2）计算修正法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T TH H，利用公，利用公式计算式计算EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)例如，用镍铬例如，用镍铬-镍硅热电偶测炉温，当冷端温度为镍硅热电偶测炉温，当冷端温度为30 30(且为恒定时且为恒定时)，测出热端温度为，测出热端温度为t t时的热电动势为时的热电动势为39.17mV39.17mV，求炉子的真实温度。，求炉子的真实温度。解：由镍铬解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出镍硅热电偶分度表查出E(30E(30，0)=0)=1.203mV1.203mV
19、根据上式计算出根据上式计算出E(tE(t，0)=0)=39.17+39.17+1.203=40.373mv1.203=40.373mv再通过分度表查出其对应的实际温度为：再通过分度表查出其对应的实际温度为：t=977t=977l 思考题：用分度号为思考题：用分度号为K的镍铬的镍铬-镍硅热电偶测量温度，镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为值为500，而这时冷端温度为，而这时冷端温度为60。试问：（。试问：（1）实际的温度应为多少？实际的温度应为多少？（2）如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在）如果热端温度不变，设法使冷
20、端温度保持在20，此时显示仪表的指示值应为多少？，此时显示仪表的指示值应为多少？l 解:（1）显示仪表指示值为）显示仪表指示值为500 时，查表可得此时显时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为示仪表的实际输入电势为20.64mV，由于这个电势，由于这个电势是由热电偶产生的，即：是由热电偶产生的，即：E(t,t0)=20.64mV 同样，查表可得，同样，查表可得，E(t0,0)=2.436mV，则，则 E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076mV 由由23.076mV查表可得：查表可得：t=557 为实际温度。为实际温度。（2）当热端为）当热端为557
21、，冷端为，冷端为20 时，由于时，由于E(20,0)=0.798mV,故有：故有：E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278mV，由此电势，查表可得显示仪表指示值应为由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4（3）补正系数法 将若冷端的温度为将若冷端的温度为T T0 0时，热电偶工作时，热电偶工作端测得的温度为端测得的温度为T Tn n，则被测温度的真实值：，则被测温度的真实值：修正系数时测得的温度冷端温度为冷端温度被测温度的真实值式中，KTTTKTTTnn000T（4）.零点迁移法 用螺用螺丝刀调节丝刀调节仪表面板仪表面板上的上的“机机械零点械零
22、点”，使指针指使指针指到气温到气温t0（图中为图中为40 40 C）的）的刻度上。刻度上。机械零点机械零点指针被预调到室温（指针被预调到室温（40 C）可补偿冷端损失可补偿冷端损失是利用不平衡电桥是利用不平衡电桥(又称冷又称冷端补偿器端补偿器)产生不平衡电压产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。度变化而引起的热电势变化。当当Tu20时，电桥平衡；时，电桥平衡；当当Tu20时，电桥的输出将时，电桥的输出将不为零。如果电桥的输出不为零。如果电桥的输出u满满足：足：回路总电势为：回路总电势为：,20ABuuET,20ABuABET TuET（5）.补
23、偿电桥法补偿电桥法4.热电偶的特点 热电偶输出的热电势在热电偶输出的热电势在mV范围，通常用动圈式仪范围，通常用动圈式仪表、表、电位差计电位差计、示波器和数字式测温仪表等测量。、示波器和数字式测温仪表等测量。5.热电势测量电位差计 u 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。u 标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。与其配套的显示仪表可供选用。u 非标准热电偶在使
24、用范围或数量级上均不及标准化热非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。合的测量。6.常用热电偶 常用热电偶 普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通普通装配型装配型热电偶热电偶的的结构结构放大图放大图 接线接线盒盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包（出厂时用塑料包裹）裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管 铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米
25、薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面铠装型热电偶铠装型热电偶 铠装热电偶的制造工艺：铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠装热电偶特点：铠装热电偶特点：内部的
26、热电偶丝与外界空气隔内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决能解决微小、狭窄场合微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。弯曲、超长等优点。隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线隔爆隔爆型热电偶型热电偶 结构特点结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过用防爆的特殊结构，
27、它的接线盒是经过压铸压铸而成的，而成的，有一定的厚度、隔爆空间，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度机构强度较高；采用螺较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。使用场合：使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学化学工业工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普伴有各种易燃、易
28、爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。炸）。其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶7 7、热电偶冷端的延长、热电偶冷端的延长 采用相对采用相对廉价廉价的补偿导线，可的补偿导线，可延长热电偶的延长热电偶的冷冷端端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。便于敷设。型号型号配用热电偶配用热电偶正正-负负导线外皮颜色导线外皮颜色 正正-负负SCSC铂铑铂铑1010-铂铂红红-绿绿KCKC镍铬镍铬 -镍硅镍硅红红-蓝蓝WCWC5/265/26钨铼钨铼
29、5 5-钨铼钨铼2626 红红-橙橙 补偿导线在补偿导线在0 0100100 C范围内的热电势与配套的范围内的热电势与配套的热电偶的热电势热电偶的热电势相等相等，所以，所以不影响不影响测量精度。测量精度。补偿导线型号（续）补偿导线型号（续）型型号号配用热电配用热电偶偶正正-负负型型号号导线外皮导线外皮颜色颜色 正正-负负100 C时时的的热电势热电势/mVRC R（铂铑（铂铑1313铂）铂）RC红红-绿绿 0.647NC N（镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅）NC 红红-黄黄2.744EX E（镍铬镍铬铜镍铜镍）EX红红-棕棕6.319JXJ（铁铁铜镍铜镍）JX红红-紫紫5.264TX T（铜铜铜镍铜镍
30、）TX红红-白白4.279补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层（2）测量两点之间温差的测量线路）测量两点之间温差的测量线路 测量时，用测量时，用两只同型两只同型号号的热电偶，并配有的热电偶，并配有相同的补偿导线相同的补偿导线，连连接的方法应使各自产接的方法应使各自产生的热电势互相抵消生的热电势互相抵消，这时仪表即可测得这时仪表即可测得T1和和T2的温差。的温差。（3）测量平均温度的测量线路）测量平均温度的测量线路),(011TTEEAB输出电势：),(022TTEEAB),(033TTEEAB3321EEEET回路中的平均热电势（4）测量几点温度之和的测量线路）测量几点温度之
31、和的测量线路),(),(),TE230201ABTTETTETEABABT（热电势经推导可得回路中的总（5）若干支热电偶共用一台仪表的测量线路）若干支热电偶共用一台仪表的测量线路（二）（二）.热电阻传感器热电阻传感器1、测温原理 导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度，温度每增加1,热电阻值要增加0.4%0.6%。、构成电阻温度计的测温敏感元件（1）金属丝热电阻（2）半导体热敏电阻（1 1）铂电阻）铂电阻100)t-C(tBtAt1RR C0200-)BtAt(1RR C6500 320t20t性能性能 在氧化性介质中物理化学性质都很稳定，在氧化性介质中物理化学性质都很稳定，且在
32、且在较宽的温度测量范围内都能保持良好的特性较宽的温度测量范围内都能保持良好的特性，是目前制造电阻的最好材料，但在还原性介质中铂是目前制造电阻的最好材料，但在还原性介质中铂丝易变脆。丝易变脆。式中，为温度为式中，为温度为t时的电阻值；为温度为时的电阻值；时的电阻值；为温度为时的电阻值；A为常为常数数,，为常数，为常数，；C为常数，。为常数，。3013.908 10()AC7015.802 10()BC 12014.2735 10()CC 3.金属丝热电阻铂电阻与温度的变化关系铂电阻与温度的变化关系薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻小型铂热电阻 防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻铂电阻温度显示、变送铂电
33、阻温度显示、变送器器（2 2）铜电阻）铜电阻性能性能 是贵重金属，因此在一些测量精度要求不高，是贵重金属，因此在一些测量精度要求不高，测温范围较小测温范围较小(-50150)的情况下，普遍采用铜电的情况下，普遍采用铜电阻。铜电阻具有阻。铜电阻具有较大的电阻温度系数较大的电阻温度系数，材料容易提，材料容易提纯，铜电阻的纯，铜电阻的阻值与温度之间接近线性关系阻值与温度之间接近线性关系，铜的，铜的价格比较便宜，所以铜电阻在工业上得到广泛应用。价格比较便宜，所以铜电阻在工业上得到广泛应用。铜电阻的铜电阻的缺点缺点是是电阻率较小电阻率较小，稳定性也较差稳定性也较差，容易容易氧化氧化。3.金属丝热电阻（续
34、）金属丝热电阻（续）式中，Rt为温度t时的电阻值；为温度为0时的电阻值；a为温度为0时的电阻温度系数。铜铜电阻与温度的变化关系t0-50150 C RR(1)t010.00428 C 汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铜热电阻4、热电阻测量电路、热电阻测量电路 热电阻把温度量转换成电阻值，这样就可以通过热电阻把温度量转换成电阻值，这样就可以通过测量电阻来测量温度。测量电阻通常可利用测量电阻来测量温度。测量电阻通常可利用欧姆表欧姆表或或电桥电桥。平衡电桥法如图所示。在图平衡电桥法如图所示。在图(a)中，如果电阻中，如果电阻R1=R2，当热电阻，当热电阻Rt阻值随温度变化时，
35、调节电位阻值随温度变化时，调节电位器器Rw的电刷位置的电刷位置x，使电桥处于平衡状态，则有，使电桥处于平衡状态，则有00txRRnRLL、R0电位器有效长度电位器有效长度 和总电阻和总电阻x电刷位置电刷位置（）二线制接法的缺点（）二线制接法的缺点 导线电阻值随环境温度变化而变化，而环境温度变导线电阻值随环境温度变化而变化，而环境温度变化莫测又非处处相同，此种误差难以修正，故工业上化莫测又非处处相同，此种误差难以修正，故工业上常采用三线制接法。常采用三线制接法。5、三线制接法、三线制接法（）三线制接法的接线图（）三线制接法的接线图 由于采用三线制接法热电阻的两根引线由于采用三线制接法热电阻的两根
36、引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，引线电阻值变化造成的误差抵消。电阻值变化造成的误差抵消。（）三线制接法的优点（）三线制接法的优点6.热敏电阻传感器热敏电阻传感器 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是感元件，其特点是电阻率随温度而显著电阻率随温度而显著变化变化。热敏电阻因其电阻温度系数大，。热敏电阻因其电阻温度系数大，灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，寿命长，积小，结构简单；使用方便，寿命长，易于实现远距离测量等特点得到广泛地易于实现远距离测量等特点
37、得到广泛地应用。应用。热敏电阻的热电特热敏电阻的热电特性曲线如右图所示。性曲线如右图所示。热敏电阻的阻值与温度之间的关系可热敏电阻的阻值与温度之间的关系可以用下式表示以用下式表示)T1-T1B(0T0eRR式中，为温度为式中，为温度为T时的电阻值；为温度为时的电阻值；为温度为T0时时的电阻值；的电阻值；B为常数，由材料、工艺及结构决定。为常数，由材料、工艺及结构决定。（1 1）、热敏电阻热电特性）、热敏电阻热电特性0RTR0TRT根据电阻值的温度特性分类根据电阻值的温度特性分类正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTR）负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（TR）临界热敏电阻热敏电阻（临
38、界热敏电阻热敏电阻（TR）根据结构根据结构柱状、柱状、片状、片状、珠状、珠状、薄膜状薄膜状（2）、热敏电阻分类）、热敏电阻分类热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻 贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻 MF58型（珠形）高精型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻正温度系数热敏电阻制作材料以材料钛酸钡（BaTiO3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利
39、用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，一般钛酸钡的居里点为120）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。急剧增加。特性特性 正温度系数，当正温度系数，当温度超过某一个数值温度超过某一个数值时，时，电阻值电阻值朝正向快速变化朝正向快速变化。适用
40、范围适用范围因为这种元件具有因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流无明火，不易燃烧，电压交、直流3 3440V440V均可，使用寿均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。各种电命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。各种电器设备的过热保护、限流，发热源的定温控制。器设备的过热保护、限流，发热源的定温控制。负温度系数热敏电阻制作材料制作材料 负温度系数热敏电阻是以负温度系数热敏电阻是以氧化锰氧化锰、氧化钴
41、、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有氧化物材料都具有半导体性质半导体性质，完完 全类似于全类似于锗、硅晶体材料锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。流子数目增加，自然电阻值降低。特性特性负温度系数，负温度系数，电阻值电阻值随着随着温度升高而降低温度升高而降低。适用范围适用范围负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（负温度系数
42、热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60-60300300）、中温（）、中温（300300600600）、高温（）、高温（600600）三种，有）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛泛 应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。测量流体速度、介质密度，温度控调、温室等的温控系统。测量流体速度、介质密度，温度控制补偿等场合。制补偿等场合。临界温度系数热敏电阻制作材料制作材料以以钒、钡、锶、磷等元素氧化物钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合的混合烧结体
43、，是烧结体，是半玻璃状的半导体半玻璃状的半导体，骤变温度随，骤变温度随添加锗、钨钼等的氧化物而变，这是由于不添加锗、钨钼等的氧化物而变，这是由于不同的杂质掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造同的杂质掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。成的。特性具有具有很大的负温度系数很大的负温度系数，在某一个温度，在某一个温度下电阻值发生急剧变化，具有下电阻值发生急剧变化，具有开关特性开关特性。适用范围适用范围控温报警、温度开关控温报警、温度开关下图所示的五根曲线分别为哪一种热敏电阻？下图所示的五根曲线分别为哪一种热敏电阻？我国产热敏电阻是按部颁标准我国产热敏电阻是按部颁标准SJ1155-82来制定来制定型号，由四
44、部分组成。型号，由四部分组成。第一部分第一部分：主称主称，用字母，用字母M表示表示 敏感元件。敏感元件。第二部分第二部分：类别类别，用字母，用字母Z表示正温度系数表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母热敏电阻器，或者用字母F表示负温度系数表示负温度系数热敏电阻器。热敏电阻器。（）、热敏电阻的型号表示（）、热敏电阻的型号表示第三部分第三部分：用途或特征用途或特征，用一位数字（，用一位数字（0-9）表示。一）表示。一般数字般数字1表示普通用途，表示普通用途，2表示稳压用途（负温度表示稳压用途（负温度系数热敏电阻器），系数热敏电阻器），3表示微波测量用途表示微波测量用途（负温度（负温度系数热敏电阻器）
45、，系数热敏电阻器），4表示旁热式（负温度系数热表示旁热式（负温度系数热敏电阻器），敏电阻器），5表示测温用途，表示测温用途，6表示控温用途，表示控温用途，7表示消磁用途（正温度系数热敏电表示消磁用途（正温度系数热敏电 阻器），阻器），8表示线性型（负温度系数热敏电阻器），表示线性型（负温度系数热敏电阻器），9表示恒表示恒温型（正温度系数热敏电阻器），温型（正温度系数热敏电阻器），0表示特殊型表示特殊型（负温度系数热敏电阻器）（负温度系数热敏电阻器）第四部分第四部分：序号序号，也由数字表示，代表规格、性能。，也由数字表示，代表规格、性能。往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要，在序号后往往厂家出于
46、区别本系列产品的特殊需要，在序号后加加派生序号派生序号，由字母、数字和，由字母、数字和-号组合而成。号组合而成。（）、热敏电阻的型号表示（）、热敏电阻的型号表示(续续)例：M Z 1 1表示序号为1的正温度系数型普通用途热敏电阻敏感元件。（）、热敏电阻的应用热敏电阻的应用热敏电阻几乎在每一个部门都有使用，如家热敏电阻几乎在每一个部门都有使用，如家用电器、制造工业、医疗设备、运输、通信、保用电器、制造工业、医疗设备、运输、通信、保护报警装置和科研等，下面仅举几个例子，介绍护报警装置和科研等，下面仅举几个例子，介绍热敏电阻的应用情况。热敏电阻的应用情况。1)MF581)MF58型高精度负温度系数热
47、敏电阻型高精度负温度系数热敏电阻家用电器如空调机、微波炉、电风扇、电取暖炉等的温度控制与温度检测；办公自动化设备如复印机、打印机、电子腾印机的温度检测或温度补偿；工业、医疗、环保、气象、食品加工设备的温度控制与检测；液面指示和流量测量；手提电话机电源；仪表线圈，集成电路，石英晶体振荡器和热电偶的温度补偿等许多地方。图图 MF58型高精度负温度系数热敏型高精度负温度系数热敏电阻的外形结构电阻的外形结构）测温计）测温计热敏电阻温度面板热敏电阻温度面板表表 热敏电阻热敏电阻 LCD热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测千
48、分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为电阻工作温度为-55-55+315+315，特殊低温热敏，特殊低温热敏电阻的工作温度低于电阻的工作温度低于-55-55，可达，可达-273-273。热敏电阻体温表热敏电阻体温表 热敏电阻用于热敏电阻用于CPUCPU的温度测量的温度测量 热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 光纤传感器光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是是2020世世纪纪7070年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型年代中期发展起来的一种基
49、于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体用光作为敏感信息的载体，用光纤作为，用光纤作为传递敏感信传递敏感信息的媒质息的媒质。（三）光纤温度传感器（三）光纤温度传感器 光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量场等物理量.1 1、光纤结构及其工作原理、光纤结构及其工作原理2R2rn2n1
50、nn2n1纤芯包层光纤结构 光纤是用来传输光的导线光纤是用来传输光的导线,就像金属导线可以就像金属导线可以把电流、电压传输到另一处一样，光纤可以把把电流、电压传输到另一处一样，光纤可以把辐辐射光强和光谱射光强和光谱从一端传送到另一端。从一端传送到另一端。光纤呈圆柱形，它由光纤呈圆柱形，它由玻璃纤维芯玻璃纤维芯(纤芯纤芯)和和玻璃玻璃包皮包皮(包层包层)两个同心圆柱的双层结构组成。两个同心圆柱的双层结构组成。1 1、光纤结构及其工作原理（续）、光纤结构及其工作原理（续）纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这里传输。纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这里传输。纤心折射率纤心折射率n1比比包层折射率包层折
