1、4 温度检测温度检测自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统 第二版第二版化学工业出版社化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社Contents4.1测温方法及温标4.2 接触式测温4.3 非接触式测温4.4 光纤温度传感器4.5 测温实例自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.1 测温原理及方法测温原理及方法v 测温原理v 测温方式 接触式：传热和对流，热接触，破坏被测对象热平衡，置入误差，对测温元件要求高 非接触式：热辐射，响应快，对被测对象干扰小，可测高温、运动对象，强电磁干扰、强腐蚀自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1
2、.1 测温原理及方法测温原理及方法测温方式类别原理典型仪表测温范围/接触式测温膨胀类利用液体、气体的热膨胀及物质的蒸气压变化玻璃液体温度计-100600压力式温度计-100500利用两种金属的热膨胀差双金属温度计-80600热电类利用热电效应热电偶-2001800电阻类固体材料的电阻随温度变化铂热电阻-260850铜热电阻-50150热敏电阻-50300其他电学类半导体器件的温度效应集成温度传感器-50150晶体的固有频率随温度而变化石英晶体温度计-50120光纤类利用光纤的温度特性或作为传光介质光纤温度传感器-50400非接触式测温光纤辐射温度计2004000辐射类利用普朗克定律光电高温计8
3、003200辐射传感器4002000比色温度计5003200温度检测方法的分类温度检测方法的分类自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社双金属温度计、压力温度计双金属温度计、压力温度计自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社温度传感器的种类及特点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l 非接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器的特点接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度：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，降低了被测物体温度，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
4、体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方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温度的前提条件是被测物体的热容量要足够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。大。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出红外线，主要是利用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。其制造成本较高，测量精度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：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象却较低。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；连续测量不会产生消耗；反应快等。的
5、温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.2 温标温标v 温标：衡量温度的标尺，规定温度起点及基本单位v 经验温标：华氏温标：冰点32F，水沸点212F 摄氏温标：冰点0，水沸点100 换算关系：32 1.8FCtt自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.1.2 温标温标v 国际实用温标 热力学温度：符号 ，单位开尔文，K 摄氏温度：符号 ，单位摄氏度，v ITS-90国际温标规定了17个定义固定点 三相点：三相共存 熔点或凝固点：固液共存 沸点：气液共存90T90t9090273.15tT自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学
6、工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.1 测温原理 基于热电效应 闭合回路中的总热电势：一定时，000,TABABABABTET TSdTeTeT0T0ABeTC 0,ABABET TeTC自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点（1 1）它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直）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；接驱动动圈式仪表；（2 2）测温范围广：）测温范围广：广泛用于广泛用于-200-200+1300+1300范围的温度测量。范围的温度测量。下限可达下限可达-270-270
7、 C C，上限可达上限可达28002800 C C以上；以上；（3 3）精度高：）精度高：0.10.10.20.2，仅次于热电阻。由于热电偶具有良，仅次于热电阻。由于热电偶具有良好的复现性和稳定性，所以国际实用温标中规定热电偶作为好的复现性和稳定性，所以国际实用温标中规定热电偶作为复现复现630.74630.741064.431064.43范围的标准仪表。范围的标准仪表。（4 4）动态特性好。由于热电偶的测量端可以制成很小的接点，）动态特性好。由于热电偶的测量端可以制成很小的接点，响应速度快，其时间常数可达毫秒级甚至微秒级。响应速度快，其时间常数可达毫秒级甚至微秒级。（5 5）结构简单，制造极
8、为方便。）结构简单，制造极为方便。（6 6）用途非常广泛。除了用来测量各种流体的温度外，还常）用途非常广泛。除了用来测量各种流体的温度外，还常用来测量固定表面的温度。用来测量固定表面的温度。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v T 端：测量端或热端v 端：参比端或冷端v 热电偶产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成回路，两端接点处的温度不同；v 热电势大小只与热电极材料及两端温度有关，与热偶丝的粗细长短无关；v 热电极材料确定以后，热电势大小只与温度有关。0T热电效应原理热电效应原理接触电动势接触电动势温差电动势温差电动势)()(),(00TET
9、ETTEABABAB自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社7.2.17.2.1热电偶的工作原理热电偶的工作原理热热电极电极A A自由端自由端（参考端、（参考端、冷端）冷端）测量（工作测量（工作端、热端）端、热端）热热电极电极B B热电势热电势AB 通过上面的演示，你能得出什么结论通过上面的演示，你能得出什么结论 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 总热电势总热电势E EABAB(T,T(T,T0 0)为两接点温度为两接点温度T T、T T0 0的函数，如果保的函数，如果保持持T T0 0温度不变，则温度不变，则E EABAB(T,T(T,T0 0)与与T T有单值对应关
10、系；有单值对应关系；E EABAB(T,T(T,T0 0)=E(T)-C )=E(T)-C 结论：结论：如果热电偶两个电极的材料相同，则如果热电偶两个电极的材料相同，则 、即使即使接点温度不同，也不会产生电势；接点温度不同，也不会产生电势；ABABnn如果热电偶两个电极的材料不同，但两接点温度相同，即如果热电偶两个电极的材料不同，但两接点温度相同，即 ，也不会产生电势；，也不会产生电势；0TT自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.2 热电偶的应用定则 1）均质导体定则：同种均质导体构成的闭合回路不能产生热电势 2）中间导体定则：热电偶回
11、路中介入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响 3）中间温度定则：00,ABABCABCET TET TET T自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社热电偶的工作定律热电偶的工作定律 1)1)均匀导体定律均匀导体定律(Law of homogeneous circuits)由单一的均匀金属构成的热电偶闭合回路由单一的均匀金属构成的热电偶闭合回路(即满足即满足 ，无论冷、热端的温差多大，也不会产生热电动势。无论冷、热端的温差多大，也不会产生热电动势。ABAB()nn，利用均匀导体定律对热电偶电极丝材质的均匀性的检验实验利用均匀导体定律对热电偶电极丝材质
12、的均匀性的检验实验 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社0T0T1T2TmV 121221212,ABCABBCCAABET TETETETET TET T当当T T1 1=T=T2 2,则则121212,0,0,0,ABCABET TET TET T因此因此:2222220That is:ABBCCABCCAABETETETETETET 2 2）中间导体定律）中间导体定律（Law of intermediate metal）1212121212,ABCABABABABET TETETET TET TET T自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社),(),(),(3221
13、31ttEttEttEABABAB1t2t3t1t3t 3 3）中间温度定律中间温度定律（Law of intermediate temperature）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,其接点温度分别为其接点温度分别为t t1 1、t t2 2时时,则其热电势为则其热电势为E EABAB(t t1 1,t,t2 2)；当接点温度为当接点温度为t t2 2、t t3 3时，其热电势为时，其热电势为E EABAB(t t2 2,t t3 3)；当接点温度为当接点温度为t t1 1、t t3 3时，其热电势为时，其热电势为E EABAB(t t1 1,t t
14、3 3)，则，则自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.3 常用工业热电偶 1）铂铑合金、铂系列热电偶 2）廉价金属热电偶 3）难融合金热电偶自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社热电偶的常用类型和结构热电偶的常用类型和结构1.1.标准化热电偶标准化热电偶自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 1 1）铂）铂铂铑热电偶铂铑热电偶(S(S型型)工业用热电偶丝：工业用热电偶丝：0.5mm0.5mm，实验室用可更细些。实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝正极：铂铑合金丝,用用9090铂和铂和1010铑铑(重量比重量比)冶炼而成
15、。冶炼而成。负极：铂丝。负极：铂丝。测量温度：长期：测量温度：长期：13001300、短期：、短期：16001600。特点：特点：n 材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶 或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n 测量温度较高，一般用来测量测量温度较高，一般用来测量10001000以上高温。以上高温。n 在高温还原性气体中（如气体中含在高温还原性气体中（如气体中含CoCo、H H2 2等）易被侵等）易被侵 蚀，需要用保护套管。蚀，需要用保护套管。n 材料属贵金属，成本较高。材料属贵金属，成
16、本较高。n 热电势较弱。热电势较弱。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 2 2）镍铬）镍铬镍硅镍硅(镍铝镍铝)热电偶热电偶(K(K型型)工业用热电偶丝：工业用热电偶丝：1.221.22.5mm5mm，实验室用可细些。实验室用可细些。正极：镍铬合金正极：镍铬合金(用用88.488.489.789.7镍、镍、9 91010铬，铬，0.60.6硅，硅，0.30.3锰，锰，0.40.40.70.7钴冶炼而成钴冶炼而成)。负极：镍硅合金负极：镍硅合金(用用95.795.79797镍镍,2,23 3硅硅,0.4,0.40.70.7钴冶炼钴冶炼而成而成)。测量温度：长期测量温度：长期10001
17、000，短期，短期13001300。特点：特点：u 价格比较便宜，在工业上广泛应用。价格比较便宜，在工业上广泛应用。u 高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SOSO2 2，H H2 2S S等气体中易被侵蚀。等气体中易被侵蚀。u 复现性好，热电势大复现性好，热电势大。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社3 3）镍铬）镍铬考铜热电偶考铜热电偶(E(E型型)工业用热电偶丝工业用热电偶丝:1.2:1.22mm2mm，实验室用可更细些。实验室用可更细些。正极：镍铬合金正极：镍铬合金负极：考铜合金（用负极：考铜合金（用5656铜，铜，4444镍冶炼而成
18、）。镍冶炼而成）。测量温度：长期测量温度：长期600600，短期，短期800800。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。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化
19、学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.4 工业热电偶结构型式 1）普通型 热容量大，热惯性大，对温度变化的响应慢11热电偶接点；热电偶接点；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒接线盒自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社热电偶的结构热电偶的结构 1 1）普通热电偶）普通热电偶 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝下图为典型工业用热电偶结构示意图。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，也可不缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不
20、装保护套管，以减小热惯性。装保护套管，以减小热惯性。工业热电偶结构示意图工业热电偶结构示意图1 1接线盒；接线盒；2 2保险套管保险套管33绝缘套管绝缘套管44热电偶丝热电偶丝1234自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社安装螺纹安装螺纹安装法兰安装法兰自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢保护管不锈钢保护管 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社(a)(b)(c)(d)132 2 2）铠装式热电偶）铠装式热电偶优点是小型化（直
21、径从优点是小型化（直径从12mm12mm到到0.25mm0.25mm）、）、寿命、寿命、热惯性小，使用方便。热惯性小，使用方便。测温范围在测温范围在11001100以下的以下的有：镍铬有：镍铬镍硅、镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶考铜铠装式热电偶。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，可分为四种型式拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。如图。铠装式热电偶断面结构示意图铠装式热电偶断面结构示意图 1 金属套管金属套管;2绝缘材料绝缘材料;3热电极热电极(a)碰底型碰底
22、型;(b)不碰底型不碰底型;(c)露头型露头型;(d)帽型帽型自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.2.1.4 工业热电偶结构型式 2）铠装型 热容量小，热惯性小，对温度变化的响应快，挠性好，可弯曲，可安装在狭窄或结构复杂的测量场合铠装热电偶工作端的结构铠装热电偶工作端的结构自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社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长达上百米铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套保护套管（铠体）管（铠体）自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温v 4.
23、2.1.5 热电偶参比端温度的处理v 参比端温度不恒定会引入误差 1）补偿导线法补偿导线法的测量回路补偿导线法的测量回路11测温接点；测温接点；22补偿导线；补偿导线；33冷端；冷端；44铜导线；铜导线；55测温仪表测温仪表自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿为什么在热电偶测温时要对冷端温度进行补偿？为什么在热电偶测温时要对冷端温度进行补偿？总热电势总热电势E EABAB(T,T(T,T0 0)为两接点温度为两接点温度T T、T T0 0的函数的函数热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法分度表分度表获获得
24、热电势与温度的对应值。直接从热电偶的分度表查温度与得热电势与温度的对应值。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：热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为自由端（冷端）温度必须为0 0 C C。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社比较查出的比较查出的3 3个个热电势，可以热电势，可以看出热电势是看出热电势是否否线性？线性？假设热电偶的冷假设热电偶的冷端温度为端温度为0 0 C C，请查出请查出100100 C C、0 0 C C、100100 C C 时时的热电势。的热电势。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温
25、 2）参比端温度测量计算法：测量参比端温度，对原公式进行修正 3）参比端恒温法：保持参比端温度恒定为已知温度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 1.01.0恒温恒温法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T T0 0=0=0。这种办法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连接点短路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，浸入同一冰点槽，使，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。相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水
26、溶液T0自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 冷端温度修正法冷端温度修正法适用于冷端温度恒定不变的情况适用于冷端温度恒定不变的情况热电势修正法：热电势修正法：利用中间温度定律公式：利用中间温度定律公式：E EABAB(T,0)=E(T,0)=EABAB(T,(T,T Tn n)+)+E EABAB(T(Tn n,0),0)计算修正。计算修正。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 T，参比端在室温环境参比端在室温环境T Tn n中，测中，测得热电动势得热电动势E EABAB(T T，T Tn n)=1.999mV1.999mV，又用室温计测出又用室温计测出T T
27、n n=21,=21,查此种查此种热电偶的分度表可知，热电偶的分度表可知，E EABAB(21,0)=0.832mV(21,0)=0.832mV，故得故得:E EABAB(T T，0)0)=E=EABAB(T T，21)21)+E+EABAB(21(21，T T0 0)=1.999+0.8321.999+0.832=2.831(mV)2.831(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.831mV2.831mV对应的热端温度对应的热端温度T T=68=68。注意注意:既不能只按既不能只按1.999mV1.999mV查表，认为查表，认为T T=49=49，也不能把也不能把4949加上加上2121
28、，认为，认为T T=70=70。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社补偿导线法补偿导线法：补偿导线是一对与热电偶配用的导线，在工作范围内与被补偿的热电偶具有相同的电势温度曲线。显示TABABT0T0T0：热电偶原冷端温度（现场，冷端易变不稳）T0：新冷端温度（控制室，较为恒定或低于T0）A、B：热电偶电极，A、B：补偿导线。用补偿导线（性能在0100内与A、B相近）将热电偶的冷端延伸出来，至较为恒定的地方，只要两接点（A与A、B与B）的温度T0相同，总输出电势与接点温度T0无关，只与热端T、新冷端温度T0有关。补偿导线的作用补偿导线的作用：维持冷端温度恒定；提高测量精度，维持冷端温
29、度恒定；提高测量精度，减少测量误差；节约能源，节约贵金属材料。减少测量误差；节约能源，节约贵金属材料。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.1 热电偶测温热电偶测温 4）补偿电桥法：利用不平衡电桥产生相应电势，补偿热电偶由于参比端温度变化而引起的热电势变化。补偿电桥补偿电桥自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4、补偿电桥法、补偿电桥法：原理：利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而原理：利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。引起的热电势变化值。如图：热电偶的冷端同电桥同处于T0的温场中。rCu是铜电阻是铜电阻，r1、r
30、2、r3为固定电阻。取20时，电桥平衡，r1 r2 r3 rCu20，有UCD0Eo=EE当冷端T0，rCu，电桥不平衡，UCD有输出；而对热电偶当T0、T不变，E)0,()0,(),(00TETETTEABABAB Eo=E+UCD，UCD正好补偿E下降的部分，达到T0变化，总电势输出得到补偿而保持恒定的目的自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值?设冷端为设冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的示值及根据以下电路中的毫伏表的示值及K K热电偶的分度热电偶的分度表，查出热端的温度表，查出热端的温度t tx x 。
31、自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 热电偶的选用热电偶的选用 在实际测温时，被测对象是很复杂的。应在熟悉被测对象、在实际测温时，被测对象是很复杂的。应在熟悉被测对象、掌握各种热电偶特性的基础上，根据使用气氛、温度的高低掌握各种热电偶特性的基础上，根据使用气氛、温度的高低等因素正确选择热电偶。选择时可从以下几方面考虑：等因素正确选择热电偶。选择时可从以下几方面考虑：1使用温度使用温度2 2使用气氛使用气氛3 3减小或消除冷端温度的影响减小或消除冷端温度的影响4 4热电偶丝的直径与长度热电偶丝的直径与长度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 热电偶的测量电路及应用热电偶的
32、测量电路及应用1 1测量某一点的温度测量某一点的温度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社2 2热电偶的串联或并联使用热电偶的串联或并联使用 热电偶正向串联热电偶正向串联热电偶反向串联热电偶反向串联热电偶并联热电偶并联 (1)(2)(3)(1)、(3)用于测大型设备多点的平均温度(2)用于测温差自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性v 4.2.2.1 金属热电阻 电阻温度系数 热电阻材料：电阻温度系数和电阻率较大（铂，铜等）铂热电阻：时，时，电阻和温度的关系呈平滑特性，可建立分度表方便计算。000
33、1TRRRTT0tC 201R tRAtBt0tC 2301100R tRAtBtCtt自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 材料要求材料要求 （1 1）材料的电阻温度系数）材料的电阻温度系数大，且为常数；大，且为常数；值的定义是：值的定义是：温度从温度从00变化到变化到100100时，电阻值的相对变化率时，电阻值的相对变化率。值的大小表示了热电阻的灵敏度，它是由值的大小表示了热电阻的灵敏度，它是由R R100100/R R0 0所决定的，热所决定的，热电阻材料纯度越高，则电阻材料纯度越高，则R R100100/R R0 0值越大，那么热电阻的精度和稳定值越大，那么热电阻的精度和稳
34、定性就越好。性就越好。R R100100/R R0 0是热电阻材料的重要技术指标。是热电阻材料的重要技术指标。（2 2）电阻率）电阻率较大，特性复现性好；较大，特性复现性好；值表示在单位体积时的电阻值。值表示在单位体积时的电阻值。=dR/dV对于一定的电阻值来说，对于一定的电阻值来说，值越大则表明热电阻的体积越小，则值越大则表明热电阻的体积越小，则热容量小，动态特性就好。热容量小，动态特性就好。100010000d/1 d111dd100100RRRR RRtRtRR自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 (4)(4)对感温元件骨架材料的要求对感温元件骨架材料的要求热电阻丝必须在骨架
35、的支持下才能构成测温元件，因此要求骨架材热电阻丝必须在骨架的支持下才能构成测温元件，因此要求骨架材料的体膨胀系数要小，此外还要求其机械强度和绝缘性能良好，耐料的体膨胀系数要小，此外还要求其机械强度和绝缘性能良好，耐高温、耐腐蚀。常用的骨架材料有高温、耐腐蚀。常用的骨架材料有云母云母、石英石英、陶瓷陶瓷、玻璃玻璃和和塑料塑料等，根据不同的测温范围和加工需要可选用不同的材料。等，根据不同的测温范围和加工需要可选用不同的材料。（3 3）材料的物理、化学性质稳定；）材料的物理、化学性质稳定；n铂是一种贵金属。它的特点是铂是一种贵金属。它的特点是精度高，稳定性好，性能可靠精度高，稳定性好，性能可靠，尤，
36、尤其是其是耐氧化性能耐氧化性能很强。很强。铂在很宽的温度范围内约铂在很宽的温度范围内约12001200 C C以下都能保证上述特性。以下都能保证上述特性。铂很铂很容易提纯容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm(0.02mm或更细或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的电铂有较高的电阻率阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。n缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小,价格贵；价格贵；常用热电阻常用热电阻(RTD)(RTD)
37、1 1铂热电阻的温度特性铂热电阻的温度特性自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 2.2.铜热电阻的温度特性铜热电阻的温度特性n 在一般测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使在一般测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使用铜电阻。它可用来测量用铜电阻。它可用来测量5050150 150 C C 的温度，在这的温度，在这温度范围内，铜电阻和温度呈线性关系：温度范围内，铜电阻和温度呈线性关系：q 铜电阻的缺点是电阻率小铜电阻的缺点是电阻率小.所以制成相同阻值的电阻所以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，时，铜电阻丝要细，这样机械强度就不高，或者就要长
38、，使体积增大。此外铜很容易氧化，所以它的工作上限为使体积增大。此外铜很容易氧化，所以它的工作上限为150 150 C C 。但铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。但铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。01TRRT304.25 4.28 10/C自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 3）热电阻结构：(a)普通型；(b)铠装型热电阻结构热电阻结构(a)(a)普通型普通型(b)(b)铠装型铠装型11电阻体；电阻体；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒；接线盒；77芯柱；芯柱；88电
39、阻丝；电阻丝；99保护膜；保护膜；1010引线端引线端自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 4）热电阻引线方式：二线制，三线制，四线制 精度递增热电阻的测量热电阻的测量自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 4）热电阻引线方式：二线制和三线制的接线方式举例v 接线方式举例：二线制和三线制两线制接线方式两线制接线方式三线制接线方式三线制接线方式自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社热电阻热电阻三线制接法三线制接法0uER1RtR3R2热电阻的三线制接法 UoR1R2RtR3r1r3r2ErrrrR
40、rRRrRt321231自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社小型铂热电阻小型铂热电阻 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.2 热电阻测温热电阻测温v 4.2.2.2 热敏电阻v 用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件v 温度检测主要用负温度系数v 优点：电阻温度系数是金属电阻的十几倍，灵敏度高；引线电阻对测温没有影响；体积小，响应快，结构简单，寿命长各种热敏电阻特性各种热敏电阻特性自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社半导体热敏电阻半导体热敏电阻(the
41、rmistors)热敏电阻的特点热敏电阻的特点 1 1电阻温度系数的范围甚宽电阻温度系数的范围甚宽 有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大1010100100倍左右。倍左右。2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好 可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm0.2mm。3 3阻值在阻值在1 110M1
42、0M之间可供自由选择之间可供自由选择 使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 4 4稳定性好稳定性好 商品化产品已有商品化产品已有3030多年历史，加之近年在材料与工艺上不多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。据报道，在断得到改进。据报道，在0.010.01的小温度范围内，其稳定性可的小温度范围内，其稳定性可达达0.00020.0002的精度。相比之下，优
43、于其它各种温度传感器。的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。5 5原料资源丰富，价格低廉原料资源丰富，价格低廉 烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。这是十分可贵的特点。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社7.4.1 7.4.1 热敏电阻的结构热敏电阻的结构(a)圆形热敏电阻圆形热敏电阻(b)珠形热敏电阻珠形热敏电阻(c)柱形热敏电阻柱形热敏电阻(d)(d)热敏电阻的结构热敏电阻的结构(
44、e)(e)热敏电阻在电路中的符号热敏电阻在电路中的符号自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 MF12MF12型型NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 玻璃封装玻璃封装NTCNTC热敏电阻热敏电阻MF58 MF58 型热敏电阻型热敏电阻自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 贴片贴片式式NTCNTC热敏电阻热敏电阻自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社4.2.3 集成温度传感器集成温度传感器v 晶体管基极射极正向压降随温度升高而减少 V1、V2：镜像管 V3、V4：温度检测用晶体管，二
45、者发射极面积比为m R、m一定时，输出电流与 温度有良好的线性关系 0lnbeeKTAUUqI集成温度传感器原理图集成温度传感器原理图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 集成温度传感器及应用集成温度传感器及应用 集成温度传感器在集成温度传感器在2020世纪世纪8080年代问世，采用硅半导体集成工艺年代问世，采用硅半导体集成工艺而制成。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量而制成。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用及模拟信号输出功能的专用ICIC，因此亦称为，因此亦称为ICIC温度传感器、硅传温度传感器、硅传感器或单片集成温度传感器。
46、其主要特点是功能单一感器或单片集成温度传感器。其主要特点是功能单一(仅测量温仅测量温度度)、测温误差小、价格低、响应速度快、体积小、微功耗，适、测温误差小、价格低、响应速度快、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。集成温度传感器是利用晶体管的集成温度传感器是利用晶体管的b-eb-e结压降的不饱和值结压降的不饱和值U Ubebe与热力与热力学温度学温度T T和通过发射极的电流和通过发射极的电流I I的下述关系实现对温度的检测。即的下述关系实现对温度的检测。即bebe1be2lnkTUUUq式中：式中：T
47、T为绝对温度；为绝对温度；k k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数(1.38(1.3810-23J/K)10-23J/K)；q q为电为电子电荷子电荷(1.59(1.5910-19C)10-19C)。正比于绝对温度正比于绝对温度T T，这就是集成温度，这就是集成温度传感器的基本原理。传感器的基本原理。beU自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1 1集成模拟温度传感器集成模拟温度传感器集成模拟温度传感器具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等集成模拟温度传感器具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要
48、的逻辑控制电路集成在单片制电路集成在单片ICIC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的集成模拟温度传感器可分为见的集成模拟温度传感器可分为电压型电压型和和电流型电流型。电压型的温。电压型的温度系数约为度系数约为10 mV/K10 mV/K，电流型的温度系数约为，电流型的温度系数约为 A/KA/K。这就很容。这就很容易从它们输出信号的大小换算成绝对温度，而且其输出电压或易从它们输出信号的大小换算成绝对温度，而且其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。典型产品有：电流输出型有电流与绝对温度成线性关系。典型产品有：电流输出型有AD590AD590，AD592AD5
49、92等，电压输出型有等，电压输出型有MAX6610/6611MAX6610/6611，LM3911LM3911，LM335LM335，LM45LM45，AD22103AD22103等。等。11)1)电流输出型温度传感器电流输出型温度传感器AD590AD590自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 电流型电流型ICIC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工艺元件集成在一块芯片上，再通过激光修版微加工技术，制工艺元件集成在一块芯片上，再通过激光修版微加工技术，制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热造出性能优良的测温传感器。
50、这种传感器的输出电流正比于热力学温度，即力学温度，即1 1 ；其次，因电流型输出恒流，所以传感器；其次，因电流型输出恒流，所以传感器具有高输出阻抗，其值可达具有高输出阻抗，其值可达20 M20 M。所以它不必考虑选择开关。所以它不必考虑选择开关或或CMOSCMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差，适用于多点多路转换器所引入的附加电阻造成的误差，适用于多点温度测量和远距离温度测量及控制。输出电流信号传输距离可温度测量和远距离温度测量及控制。输出电流信号传输距离可达到达到1 km1 km以上，这为远距离传输深井测温提供了一种新型器件。以上，这为远距离传输深井测温提供了一种新型器件。A/KAD5
