溫度傳感器演講稿

1、hutulaotou 溫度傳感器原理及其應用溫度傳感器原理及其應用1 概述概述2 金屬熱電阻金屬熱電阻3 熱敏電阻熱敏電阻4 熱電偶熱電偶5 紅外傳感器紅外傳感器6 集成溫度傳感器集成溫度傳感器hutulaotou1 概述概述1.1 溫度傳感器的類型和特點溫度傳感器的類型和特點溫度是一個重要的物理量，它反映了物體冷溫度是一個重要的物理量，它反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理量和化學熱的程度，與自然界中的各種物理量和化學過程相聯(lián)系。過程相聯(lián)系。 測溫的方法很多，僅從測量體與被測介質(zhì)接測溫的方法很多，僅從測量體與被測介質(zhì)接觸與否來分，有觸與否來分，有接觸式測溫接觸式測溫和和非接觸測溫非接觸

2、測溫兩兩大類。大類。接觸式測溫是基于熱平衡原理，非接觸式測接觸式測溫是基于熱平衡原理，非接觸式測溫是利用物質(zhì)的熱輻射原理進行測量。溫是利用物質(zhì)的熱輻射原理進行測量。 hutulaotou溫度傳感器的分類溫度傳感器的分類hutulaotou常用材料溫度傳感器的類型、測溫范圍和特點如下：常用材料溫度傳感器的類型、測溫范圍和特點如下：hutulaotou1.2 溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用溫度傳感器應用極其廣泛，家用的空調(diào)系統(tǒng)、溫度傳感器應用極其廣泛，家用的空調(diào)系統(tǒng)、冰箱、電飯煲、電風扇等都要用到溫度傳感器；冰箱、電飯煲、電風扇等都要用到溫度傳感器；工業(yè)、航空、海洋開發(fā)、生物制藥都需要溫度工業(yè)、

3、航空、海洋開發(fā)、生物制藥都需要溫度傳感器。傳感器。例如：例如：Intel公司在其公司在其Pentium處理器中集成了處理器中集成了一個遠程二極管溫度傳感器，能更直接測到一個遠程二極管溫度傳感器，能更直接測到CPU核心的溫度變化，通過一根引線接出，由核心的溫度變化，通過一根引線接出，由外部傳感器芯片處理，在溫度過熱時，便自動外部傳感器芯片處理，在溫度過熱時，便自動降低降低CPU主頻或加大風扇功率。主頻或加大風扇功率。 hutulaotou1.3 溫度傳感器的發(fā)展溫度傳感器的發(fā)展1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 主要能夠進行非電量和電量之間的轉(zhuǎn)換。主要能夠進行非電量和電量之間的轉(zhuǎn)

4、換。2）模擬集成溫度傳感器）模擬集成溫度傳感器 模擬集成溫度傳感器是采用硅半導體集成工藝而制模擬集成溫度傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，其優(yōu)點是：功能單一、測量誤差小、價格低、成的，其優(yōu)點是：功能單一、測量誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需進行非線性校準，外圍合遠距離測溫、控溫，不需進行非線性校準，外圍電路簡單。電路簡單。3）智能溫度傳感器）智能溫度傳感器 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。由集成化向智

5、能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。hutulaotou智能傳感器智能傳感器是指具有信息檢測、信息處理、信息記是指具有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器，它不僅具有傳憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器，它不僅具有傳統(tǒng)傳感器的所有功能，而且還具有數(shù)據(jù)處理、故障統(tǒng)傳感器的所有功能，而且還具有數(shù)據(jù)處理、故障診斷、非線性處理、自校正、自調(diào)整以及人機通訊診斷、非線性處理、自校正、自調(diào)整以及人機通訊等許多功能。等許多功能。hutulaotou智能傳感器：智能傳感器：有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可對檢測數(shù)值有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可對檢測數(shù)值進行分析、修正和誤差補償。智能傳感器可通過用進行

6、分析、修正和誤差補償。智能傳感器可通過用軟件對信號濾波，還能用軟件實現(xiàn)非線性補償或其軟件對信號濾波，還能用軟件實現(xiàn)非線性補償或其他更復雜的環(huán)境因素補償，因而提高了測量準確度。他更復雜的環(huán)境因素補償，因而提高了測量準確度。有自診斷、自校準功能，提高了可靠性。智能傳感有自診斷、自校準功能，提高了可靠性。智能傳感器可以檢測工作環(huán)境，并當環(huán)境條件接近臨界極限器可以檢測工作環(huán)境，并當環(huán)境條件接近臨界極限時能給出報警信號；當智能傳感器因內(nèi)部故障不能時能給出報警信號；當智能傳感器因內(nèi)部故障不能正常工作時，通過內(nèi)部測試環(huán)節(jié)，可檢測出不正常正常工作時，通過內(nèi)部測試環(huán)節(jié)，可檢測出不正常現(xiàn)象或部分故障?，F(xiàn)象或部分故

7、障。可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)復合測量，擴大了檢測與適可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)復合測量，擴大了檢測與適用范圍。智能傳感器很容易實現(xiàn)多個信號的測量與用范圍。智能傳感器很容易實現(xiàn)多個信號的測量與運算。運算。hutulaotou2 金屬熱電阻金屬熱電阻利用導體或半導體的電阻率隨溫度變化的特性制成的利用導體或半導體的電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做傳感器叫做熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器，它主要用于對溫度和與，它主要用于對溫度和與溫度有關的參量進行檢測。溫度有關的參量進行檢測。測溫范圍主要在中、低溫區(qū)域（測溫范圍主要在中、低溫區(qū)域（ -200 650 ）。）。在高溫方面，也出現(xiàn)了多種用于在高溫方面，也出現(xiàn)了

8、多種用于1000 1300 的的電阻溫度傳感器。其測溫元件可分為金屬熱電阻和半電阻溫度傳感器。其測溫元件可分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。導體熱敏電阻兩大類。 hutulaotou2.1 金屬熱電阻的結構金屬熱電阻的結構 熱電阻是由熱電阻是由電阻體電阻體、保護套保護套和和接線盒接線盒等主要部件組成，等主要部件組成，電阻體是熱電阻的最主要部分。雖然各種金屬材料的電阻體是熱電阻的最主要部分。雖然各種金屬材料的電阻率均隨溫度變化，但作為熱電阻的材料，則要求：電阻率均隨溫度變化，但作為熱電阻的材料，則要求： 電阻溫度系數(shù)要大，以便提高熱電阻的靈敏度；電阻溫度系數(shù)要大，以便提高熱電阻的靈敏度； 電

9、阻率盡可能大，以便在相同靈敏度下減小電阻體電阻率盡可能大，以便在相同靈敏度下減小電阻體尺寸；尺寸； 熱容量要小，以便提高熱電阻的響應速度；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應速度； 在整個測量溫度范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理和化學在整個測量溫度范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理和化學性能；性能； 電阻與溫度的關系最好接近線性關系，具有良好的電阻與溫度的關系最好接近線性關系，具有良好的可加工性，且價格便宜?？杉庸ば?，且價格便宜。hutulaotou熱電阻的結構形式可根據(jù)實際使用制作成各種形狀，熱電阻的結構形式可根據(jù)實際使用制作成各種形狀，圖示為金屬熱電阻的外形與樣式。圖示為金屬熱電阻的外形與樣式。它們通常是根據(jù)它

10、的部件組成，將雙線電阻絲繞在用它們通常是根據(jù)它的部件組成，將雙線電阻絲繞在用石英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，可以測石英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，可以測量的量的 -200 500 溫度。溫度。 金屬熱電阻的外形與樣式金屬熱電阻的外形與樣式hutulaotou金屬熱電阻保護套主要有玻璃、陶瓷或金屬等類金屬熱電阻保護套主要有玻璃、陶瓷或金屬等類型，主要防止有害氣體腐蝕，防止氧化（尤其是型，主要防止有害氣體腐蝕，防止氧化（尤其是銅熱電阻），水分侵入會造成漏電，影響阻值。銅熱電阻），水分侵入會造成漏電，影響阻值。熱電阻也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方熱電阻也可以是一層薄膜，采用電鍍

11、或濺射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上，占用體積很小，如法涂敷在陶瓷類材料基底上，占用體積很小，如右圖所示。右圖所示。金屬熱電阻結構圖金屬熱電阻結構圖薄膜金屬熱電阻結構圖薄膜金屬熱電阻結構圖hutulaotou2.2 金屬熱電阻的工作原理金屬熱電阻的工作原理 熱電阻是利用物質(zhì)的變化特性制成的，將溫度的變化量變換熱電阻是利用物質(zhì)的變化特性制成的，將溫度的變化量變換成與之有一定關系的電阻值的變化量，通過對電阻值的測量成與之有一定關系的電阻值的變化量，通過對電阻值的測量實現(xiàn)對溫度的測量。目前應用較多的熱電阻材料有鉑和銅以實現(xiàn)對溫度的測量。目前應用較多的熱電阻材料有鉑和銅以及鐵、鎳等。及鐵、鎳等。1）鉑熱

12、電阻）鉑熱電阻 按按IEC標準，鉑電阻的測溫范圍為標準，鉑電阻的測溫范圍為-200 650 。鉑電阻。鉑電阻的阻值與溫度之間的關系，即特性方程如下：的阻值與溫度之間的關系，即特性方程如下： 當溫度當溫度 時：時： 當溫度當溫度 時：時： 在在 范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Rt的表達式可近似線性為：的表達式可近似線性為： CtC0200)100(1 32ttCBtAtRRotCtC65001 2BtAtRRotCC1000)1 (AtRRothutulaotou2）銅熱電阻）銅熱電阻 在測量精度不太高，測量范圍不大的情況下，可以采在測量精度不太高，測量范圍不大的情況下，可以采用銅電阻代替鉑電阻，銅熱電阻靈敏

13、度比鉑電阻高，用銅電阻代替鉑電阻，銅熱電阻靈敏度比鉑電阻高，價格便宜，也能達到精度要求。價格便宜，也能達到精度要求。銅熱電阻外觀形式銅熱電阻外觀形式hutulaotou 銅電阻的缺點是電阻率較低，電阻體的體積較大，銅電阻的缺點是電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性也較大，在熱慣性也較大，在100以上易氧化，因此只能用于以上易氧化，因此只能用于150 以下低溫及無水分、無腐蝕性的介質(zhì)中。以下低溫及無水分、無腐蝕性的介質(zhì)中。3）其它熱電阻）其它熱電阻 上述兩種熱電阻對于低溫和超低溫測量性能不理想，上述兩種熱電阻對于低溫和超低溫測量性能不理想，而銦、錳、碳等熱電阻卻是測量低溫和超低溫理想而銦、錳、碳

14、等熱電阻卻是測量低溫和超低溫理想材料。材料。銦電阻：用高純度的銦絲繞成電阻，可在室溫至銦電阻：用高純度的銦絲繞成電阻，可在室溫至4.2K溫度范圍內(nèi)使用。溫度范圍內(nèi)使用。 錳電阻：在錳電阻：在263K溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度變化大，溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度變化大，靈敏度高。缺點是材料脆，難拉成絲。靈敏度高。缺點是材料脆，難拉成絲。碳電阻：適合用液氦溫域（碳電阻：適合用液氦溫域（ 4.2K ）的溫度測量，價）的溫度測量，價廉，對磁場不敏感，但熱穩(wěn)定較差。廉，對磁場不敏感，但熱穩(wěn)定較差。hutulaotou2.3金屬熱電阻的應用電路金屬熱電阻的應用電路 金屬熱電阻廣泛的應用在缸體、油管、水管、紡機、金屬

15、熱電阻廣泛的應用在缸體、油管、水管、紡機、空調(diào)、熱水器等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。空調(diào)、熱水器等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機及恒溫等汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機及恒溫等場合也經(jīng)常使用。場合也經(jīng)常使用。1）熱電阻的連接法）熱電阻的連接法 在實際使用時，金屬熱電阻的連接方法不同，其測在實際使用時，金屬熱電阻的連接方法不同，其測量精度也不同，最常用的測量電路的電橋電路，可量精度也不同，最常用的測量電路的電橋電路，可采用三線或四線電橋連接法。采用三線或四線電橋連接法。hutulaotou為了高精度地測量溫度，可將電阻測量儀設計成四為了高精度地測量溫度，可

16、將電阻測量儀設計成四線制測量電路。線制測量電路。熱電阻的三線制接法原理圖熱電阻的三線制接法原理圖 熱電阻的四線制接法原理圖熱電阻的四線制接法原理圖hutulaotou2）Pt100三線制測溫原理三線制測溫原理 三線制測溫電路可以巧妙地克服電阻隨溫度的變化三線制測溫電路可以巧妙地克服電阻隨溫度的變化而對整個電路產(chǎn)生的影響，它適合于遠距離的測量。而對整個電路產(chǎn)生的影響，它適合于遠距離的測量。hutulaotou3）Pt100四線制測量電路四線制測量電路 四線制測量電路采用恒流源供電，它是從熱電阻兩端四線制測量電路采用恒流源供電，它是從熱電阻兩端引出引出4根線，接線時電路回路和電壓測量回路獨立分根線

17、，接線時電路回路和電壓測量回路獨立分開接法，測量精度高，但是需要導線多，它也適合遠開接法，測量精度高，但是需要導線多，它也適合遠距離測量。距離測量。hutulaotou3 熱敏電阻熱敏電阻3.1 熱敏電阻的結構熱敏電阻的結構熱敏電阻是由一些金屬氧化物的粉末按一定比例混熱敏電阻是由一些金屬氧化物的粉末按一定比例混合燒結而成的半導體。通過不同的材質(zhì)組合，能得合燒結而成的半導體。通過不同的材質(zhì)組合，能得到熱敏電阻不同的電阻值及不同的溫度特性。到熱敏電阻不同的電阻值及不同的溫度特性。熱敏電阻主要由熱敏探頭熱敏電阻主要由熱敏探頭1、引線、引線2、殼體、殼體3等構成。等構成。熱敏電阻器的結構及符號熱敏電阻

18、器的結構及符號hutulaotou 熱敏電阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器件的。熱敏電阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器件的。二端和三端器件為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路中二端和三端器件為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路中獲得功率。四端器件則為旁熱式。獲得功率。四端器件則為旁熱式。 根據(jù)不同的使用要求，可以把熱敏電阻做成不同的形狀和結根據(jù)不同的使用要求，可以把熱敏電阻做成不同的形狀和結構，其典型結構如圖所示。構，其典型結構如圖所示。hutulaotou熱敏電阻的外觀熱敏電阻的外觀hutulaotou3.2 熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性 熱敏電阻按其物理特性分為

19、三大特性，即：負溫度熱敏電阻按其物理特性分為三大特性，即：負溫度系數(shù)熱敏電阻系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR。熱敏電阻阻值溫度特性曲線熱敏電阻阻值溫度特性曲線hutulaotou1）負溫度系數(shù)熱敏電阻）負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC的溫度特性：的溫度特性： 負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷和氧化鋁負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制成。等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制成。 它們具有半導體性質(zhì)，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響它們具有半導體性質(zhì)，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應快

20、、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應用于需要定應快、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應用于需要定點測溫的自動控制電路中，如冰箱、空調(diào)等。點測溫的自動控制電路中，如冰箱、空調(diào)等。2）正溫度系數(shù)熱敏電阻）正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC的溫度特性的溫度特性 正溫度系數(shù)熱敏電阻是以鈦酸鋇為基本材料，再摻正溫度系數(shù)熱敏電阻是以鈦酸鋇為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫燒結而成。入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫燒結而成。3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR的溫度特性的溫度特性 臨界溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR的特性是在某一特性溫的特性是在某一特性溫度下電阻值會發(fā)生變化，也屬于負

21、溫度系數(shù)，主要度下電阻值會發(fā)生變化，也屬于負溫度系數(shù)，主要用于溫度開關類的控制。用于溫度開關類的控制。hutulaotou3.3 熱敏電阻的主要參數(shù)和優(yōu)點熱敏電阻的主要參數(shù)和優(yōu)點 熱敏電阻的主要參數(shù)有熱敏電阻的主要參數(shù)有 ： 標稱阻值標稱阻值 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 散熱系數(shù)散熱系數(shù) 時間常數(shù)時間常數(shù) 熱敏電阻與金屬電阻比較的優(yōu)點熱敏電阻與金屬電阻比較的優(yōu)點 ： 由于有較大的電阻溫度系數(shù)，所以靈敏度很高，可測得微小由于有較大的電阻溫度系數(shù)，所以靈敏度很高，可測得微小溫度的變化；溫度的變化； 熱敏電阻元件根據(jù)需要可制作成多種形狀；熱敏電阻元件根據(jù)需要可制作成多種形狀； 熱敏電阻的阻值很大，當遠距離測量

22、時導線電阻的影響可不熱敏電阻的阻值很大，當遠距離測量時導線電阻的影響可不考慮；考慮；具有較好的穩(wěn)定性。具有較好的穩(wěn)定性。 hutulaotou3.4熱敏電阻的應用電路熱敏電阻的應用電路 熱敏電阻應用廣泛，常用于家用空調(diào)、汽車空調(diào)、熱敏電阻應用廣泛，常用于家用空調(diào)、汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、熱水器、飲水機、暖風機、洗碗機、冰箱、冷柜、熱水器、飲水機、暖風機、洗碗機、消毒柜、洗衣機、烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫消毒柜、洗衣機、烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等場合的溫度測量與控制的場合。箱等場合的溫度測量與控制的場合。hutulaotou1）NTC熱敏電阻實現(xiàn)單點溫度控制電路如圖所示。熱敏電阻實現(xiàn)單點溫

23、度控制電路如圖所示。hutulaotou2）PTC熱敏電阻組成的測溫電路熱敏電阻組成的測溫電路0100的測溫電路是應用廣泛的電路之一，實現(xiàn)的形式的測溫電路是應用廣泛的電路之一，實現(xiàn)的形式也是多種多樣，下圖是采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻組成的也是多種多樣，下圖是采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻組成的電路。電路。 熱敏電阻測量單點溫度原理圖熱敏電阻測量單點溫度原理圖hutulaotou3）CPU溫度檢測溫度檢測 電腦在使用過程中，當電腦在使用過程中，當CPU工作繁忙的時候，工作繁忙的時候，CPU溫度往往升高，若不加處理，會造成溫度往往升高，若不加處理，會造成CPU的燒毀，的燒毀，在在CPU插槽中，用熱敏電阻測

24、溫，然后通過相關電插槽中，用熱敏電阻測溫，然后通過相關電路進行處理，實施保護。路進行處理，實施保護。用熱敏電阻實現(xiàn)過熱保護原理圖用熱敏電阻實現(xiàn)過熱保護原理圖hutulaotou 4）單相異步電動機起動）單相異步電動機起動 對于啟動時需要較大功率，運動時功率又較小的這類單相對于啟動時需要較大功率，運動時功率又較小的這類單相電動機（冰箱壓縮機、空調(diào)機等），往往采用啟動后將啟電動機（冰箱壓縮機、空調(diào)機等），往往采用啟動后將啟動繞組通過離心開關將其斷開。動繞組通過離心開關將其斷開。如采用如采用PTC熱敏電阻作為啟動線圈自動通斷的無觸點開關熱敏電阻作為啟動線圈自動通斷的無觸點開關時，則效果更好，壽命更長

25、。時，則效果更好，壽命更長。單相異步電動機起動用熱敏電阻原理圖單相異步電動機起動用熱敏電阻原理圖hutulaotou4 熱電偶熱電偶4.1 熱電偶的分類與結構熱電偶的分類與結構 熱電偶結構形式很多，按熱電偶結構劃分有熱電偶結構形式很多，按熱電偶結構劃分有普通熱普通熱電偶電偶、鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶薄膜熱電偶、表面熱電偶表面熱電偶。 普通熱電偶：工業(yè)上常用的熱電偶一般由熱電極、普通熱電偶：工業(yè)上常用的熱電偶一般由熱電極、絕緣管、保護套管、接線盒、接線盒蓋組成。這種絕緣管、保護套管、接線盒、接線盒蓋組成。這種熱電偶主要用于氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的測溫。熱電偶主要用于氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)

26、的測溫。 鎧裝熱電偶：由熱電偶絲、絕緣材料（氧化鐵）、鎧裝熱電偶：由熱電偶絲、絕緣材料（氧化鐵）、不銹鋼保護管組合在一起經(jīng)拉制工藝制成。不銹鋼保護管組合在一起經(jīng)拉制工藝制成。 薄膜熱電偶：由兩種金屬薄膜連接在一起的特殊結薄膜熱電偶：由兩種金屬薄膜連接在一起的特殊結構的熱電偶。構的熱電偶。 表面熱電偶：分為永久性安裝和非永久性安裝兩種，表面熱電偶：分為永久性安裝和非永久性安裝兩種，主要用來測量金屬塊、爐壁、橡膠筒、渦輪葉片等主要用來測量金屬塊、爐壁、橡膠筒、渦輪葉片等固體的表面溫度。固體的表面溫度。 hutulaotou（c）薄膜熱電偶）薄膜熱電偶 熱電偶及其結構示意圖熱電偶及其結構示意圖hut

27、ulaotou熱電偶的外形與樣式熱電偶的外形與樣式hutulaotou4.2 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理是物體的熱電效應。熱電偶的工作原理是物體的熱電效應。1823年，賽年，賽貝殼（貝殼（Seebeck）發(fā)現(xiàn)，）發(fā)現(xiàn)，當兩種不同的金屬導體兩當兩種不同的金屬導體兩端分別接在一起構成閉合回路，當兩個結點溫度不端分別接在一起構成閉合回路，當兩個結點溫度不等（等（TT0）時，回路中會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，）時，回路中會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為熱電效應熱電效應。產(chǎn)生的電動勢叫做熱電勢，。產(chǎn)生的電動勢叫做熱電勢，用用 來表示。來表示。),(0TTEABhutul

28、aotou通常把兩種不同金屬的組合稱為通常把兩種不同金屬的組合稱為熱電偶熱電偶，A和和B稱稱為熱電極，溫度高的結點稱為測量端（也稱為工作為熱電極，溫度高的結點稱為測量端（也稱為工作端或熱端），而溫度低的結點稱為參考端（也稱自端或熱端），而溫度低的結點稱為參考端（也稱自由端或冷端）。由端或冷端）。用熱電偶把被測溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭妱菪盘?，用電用熱電偶把被測溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭妱菪盘?，用電測儀表測出電勢大小，就可間接求得被測溫度值。測儀表測出電勢大小，就可間接求得被測溫度值。熱電效應產(chǎn)生的熱電勢是由熱電效應產(chǎn)生的熱電勢是由接觸電勢接觸電勢和和溫差電勢溫差電勢兩兩部分組成。部分組成。hutulaotou

29、（1） 接觸電動勢接觸電動勢A、B兩導體接觸后，由于電子濃度不同，在截面附近兩導體接觸后，由于電子濃度不同，在截面附近產(chǎn)生接觸電勢：產(chǎn)生接觸電勢： 波爾茨曼常數(shù)，電子電荷量，波爾茨曼常數(shù)，電子電荷量，A、B電子電子濃度，絕對溫度。濃度，絕對溫度。熱電勢的方向與導體電子濃度熱電勢的方向與導體電子濃度n有關。顯然，當有關。顯然，當AB材料已材料已定時，接觸電勢與溫度定時，接觸電勢與溫度T（絕對溫度）有關。（絕對溫度）有關。 BAABnnqKTTeln)(hutulaotou000,()TABABTeT TeT TdT（2） 溫差電動勢溫差電動勢當一塊導體兩端溫度不同時，在導體兩端形成溫差電勢。當一

30、塊導體兩端溫度不同時，在導體兩端形成溫差電勢。 00( ,)TnTe T Tdt湯奴遜系數(shù)，與材料性質(zhì)及導體兩端平均溫度有關湯奴遜系數(shù)，與材料性質(zhì)及導體兩端平均溫度有關 。hutulaotou（3） 熱電偶回路的總熱電動勢熱電偶回路的總熱電動勢當兩種材料當兩種材料A、B組成閉合回路時，回路中總電動勢為：組成閉合回路時，回路中總電動勢為： 0000( ,)( )()( ,)( ,)ABABABBAET TeTeTeT TeT T當當0，AB時，時，A為正極，為正極，B為負極。由于接觸為負極。由于接觸電勢遠大于溫差電勢，所以可忽略溫差電勢的影響，即：電勢遠大于溫差電勢，所以可忽略溫差電勢的影響，即

31、： ),()()(),(000TTfTeTeTTEABABABhutulaotou121332( ,)( ,)( ,)ABABABEt tEt tEt t一般熱電偶的分度表（輸出特性）是在冷端為一般熱電偶的分度表（輸出特性）是在冷端為0時給時給出的，若測量時冷端不為出的，若測量時冷端不為0，則可據(jù)此修正。，則可據(jù)此修正。 中間溫度定律：熱電偶中間溫度定律：熱電偶AB的電動勢僅取決于熱電偶的的電動勢僅取決于熱電偶的材料和兩節(jié)點的溫度，而與溫度沿熱電極的分布無關。材料和兩節(jié)點的溫度，而與溫度沿熱電極的分布無關。均勻電路定律：由單一的金屬構成的回路中不存在熱均勻電路定律：由單一的金屬構成的回路中不存

32、在熱電勢。電勢。（4）熱電偶基本定理）熱電偶基本定理hutulaotou 中間導體定律：在由中間導體定律：在由A、B兩種導體組成的熱電偶回路兩種導體組成的熱電偶回路中，將冷端斷開，接入第三種或更多種導體，只要保證接入端中，將冷端斷開，接入第三種或更多種導體，只要保證接入端的溫度相同，則回路總電勢不變。的溫度相同，則回路總電勢不變。 hutulaotou標準電極定律：標準電極定律： 若熱電偶若熱電偶AB的兩個節(jié)點的溫度為的兩個節(jié)點的溫度為T和和T0，則回路的熱電動勢等于熱電偶，則回路的熱電動勢等于熱電偶AC和熱電偶和熱電偶CB的熱的熱電動勢之和，即電動勢之和，即有時熱電偶的兩個極有時熱電偶的兩個

33、極AB的分度表不知，但知道的分度表不知，但知道AC、BC的分度表，據(jù)此則可獲得的分度表，據(jù)此則可獲得A、B的分度表。的分度表。 ),(),(),(212121ttEttEttECBACABhutulaotou等值替代等值替代定律：如果使一熱電偶在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)定律：如果使一熱電偶在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢等于另一支熱電偶在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電生的熱電勢等于另一支熱電偶在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。勢，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。如果以如果以A、B組成的熱電偶作為測量用的熱電偶，則組成的熱電偶作為測量用的熱電偶，則C、D兩線

34、我們稱之為兩線我們稱之為補償導線補償導線。補償導線的作用：為使熱電勢與被測溫度間成單值函數(shù)關補償導線的作用：為使熱電勢與被測溫度間成單值函數(shù)關系，需要將熱電偶自由端（冷端）的溫度保持恒定（最好為系，需要將熱電偶自由端（冷端）的溫度保持恒定（最好為0），可以把熱電偶做得很長，使自由端遠離工作端，并同），可以把熱電偶做得很長，使自由端遠離工作端，并同測量儀表一起放置到恒溫或溫度波動較小的地方，但這種方法測量儀表一起放置到恒溫或溫度波動較小的地方，但這種方法安裝使用不方便，并且耗費許多貴重金屬材料。一般是用補償安裝使用不方便，并且耗費許多貴重金屬材料。一般是用補償導線將熱電偶自由端延伸出來，遠離工作

35、端，延伸到溫度恒定導線將熱電偶自由端延伸出來，遠離工作端，延伸到溫度恒定的地方，使的地方，使t0穩(wěn)定，同時用廉價金屬替代了貴金屬，便于安裝穩(wěn)定，同時用廉價金屬替代了貴金屬，便于安裝和敷設。和敷設。hutulaotou4.3 熱電偶的參數(shù)熱電偶的參數(shù)1）分度號）分度號國際上，按熱電偶的國際上，按熱電偶的A、B熱電極材料不同分成若干熱電極材料不同分成若干個分度號，如常用的個分度號，如常用的K（鎳鉻（鎳鉻鎳硅或鎳鋁）、鎳硅或鎳鋁）、E（鎳鉻（鎳鉻康銅）、康銅）、T（銅（銅康銅）等，并且有相應的康銅）等，并且有相應的分度表。分度表。2）分度表）分度表國際計量委員會對熱電偶的每一度的熱電勢做了非常國際計

36、量委員會對熱電偶的每一度的熱電勢做了非常精密的測試，并向全世界公布了它們分度表。精密的測試，并向全世界公布了它們分度表。通過測量熱電偶輸出的熱電勢再查分度表得到相應的通過測量熱電偶輸出的熱電勢再查分度表得到相應的溫度值。每分檔，中間值按內(nèi)插法計算。溫度值。每分檔，中間值按內(nèi)插法計算。 S分度號熱分度號熱電偶的分度表如下所示。電偶的分度表如下所示。hutulaotouhutulaotou4.4 熱電偶的特點熱電偶的特點（1）熱電偶的特點）熱電偶的特點1）測溫范圍寬，能測量較高的溫度。）測溫范圍寬，能測量較高的溫度。2）輸出電壓信號，測量方便、便于遠距離傳輸、集中）輸出電壓信號，測量方便、便于遠距

37、離傳輸、集中檢測和控制。檢測和控制。3）結構簡單、性能穩(wěn)定、維護方便、準確度高。）結構簡單、性能穩(wěn)定、維護方便、準確度高。4）熱慣性和熱容量小，便于快速測量。）熱慣性和熱容量小，便于快速測量。5）自身產(chǎn)生電壓，不需要外加驅(qū)動電源，是典型的自）自身產(chǎn)生電壓，不需要外加驅(qū)動電源，是典型的自發(fā)電式傳感器。發(fā)電式傳感器。 （2）熱電偶的缺點）熱電偶的缺點 低靈敏度、低穩(wěn)定性、響應速度慢、高溫下容易老低靈敏度、低穩(wěn)定性、響應速度慢、高溫下容易老化和有漂移，以及非線性。且熱電偶需要外部參考化和有漂移，以及非線性。且熱電偶需要外部參考端。端。hutulaotou4.5 熱電偶的冷端溫度補償熱電偶的冷端溫度補

38、償1）補償導線法）補償導線法 為了使熱電偶冷端溫度保持穩(wěn)定，可將熱電偶做得很長，使為了使熱電偶冷端溫度保持穩(wěn)定，可將熱電偶做得很長，使冷端遠離工作時，并連同測量儀表一起放置在恒溫或溫度波冷端遠離工作時，并連同測量儀表一起放置在恒溫或溫度波動比較小地方，但這種方法一方面使安裝使用不方便，另一動比較小地方，但這種方法一方面使安裝使用不方便，另一方面可能耗費許多貴重的金屬材料。方面可能耗費許多貴重的金屬材料。 因此，一般是用一種稱為補償導線的連接線將熱電偶冷端延因此，一般是用一種稱為補償導線的連接線將熱電偶冷端延伸出來。伸出來。 hutulaotou我國生產(chǎn)的常用熱電偶補償導線的型號、線芯材質(zhì)、我國

39、生產(chǎn)的常用熱電偶補償導線的型號、線芯材質(zhì)、絕緣層著色及允差等級如表所示。絕緣層著色及允差等級如表所示。hutulaotou2 2）冷端溫度恒溫法）冷端溫度恒溫法 在一個保溫容器里放冰水混合物，在一個保溫容器里放冰水混合物，1 1個標準大氣壓下個標準大氣壓下（101.325kPa101.325kPa）冰和純水的平衡溫度為）冰和純水的平衡溫度為00。自由端恒溫法適用于實驗中的精確測量和檢定熱電自由端恒溫法適用于實驗中的精確測量和檢定熱電偶時使用。偶時使用。 冷端處理用冰點槽法冷端處理用冰點槽法hutulaotou 3）冷端溫度校正法）冷端溫度校正法 由于熱電偶的溫度分度表是在冷端溫度保持在由于熱電

40、偶的溫度分度表是在冷端溫度保持在00的情況下的情況下得到的，與它配套使用的測量電路或顯示儀表又是根據(jù)這一得到的，與它配套使用的測量電路或顯示儀表又是根據(jù)這一關系曲線進行刻度的，因此冷端溫度不等于關系曲線進行刻度的，因此冷端溫度不等于00時，就需對時，就需對儀表指示值加以修正。儀表指示值加以修正。 4）冷端溫度電橋補償法）冷端溫度電橋補償法 用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補償電壓）去消除冷端用電橋在溫度變化時的不平衡電壓（補償電壓）去消除冷端溫度變化對熱電偶電勢的影響，這種裝置稱為冷端溫度補償溫度變化對熱電偶電勢的影響，這種裝置稱為冷端溫度補償器。器。熱電偶橋式冷端溫度補償原理圖熱電偶橋式冷端

41、溫度補償原理圖 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3Rhutulaotou4.6 熱電偶的應用電路熱電偶的應用電路 熱電偶應用極其廣泛，如在電力冶金、水利工程、石油化工、熱電偶應用極其廣泛，如在電力冶金、水利工程、石油化工、輕工紡織、科研、工業(yè)鍋爐、工業(yè)過程控制、自動化儀表、輕工紡織、科研、工業(yè)鍋爐、工業(yè)過程控制、自動化儀表、溫室監(jiān)測等方面應用非常多。溫室監(jiān)測等方面應用非常多。用用AD592做冷端補償?shù)臒犭娕紤秒娐纷隼涠搜a償?shù)臒犭娕紤秒娐?如圖所示，圖中如圖所示，圖中MC1403為精密電壓源，為精密電壓源，AD592為電流輸出為電流輸出型集成溫度傳感器，作

42、冷端溫度補償。型集成溫度傳感器，作冷端溫度補償。 AD592做冷端補償?shù)膽迷韴D做冷端補償?shù)膽迷韴Dhutulaotou4.7 熱電偶安裝注意事項熱電偶安裝注意事項 1）插入深度要求）插入深度要求安裝時熱電偶的測量端應用足夠的插入深度，管道安裝時熱電偶的測量端應用足夠的插入深度，管道上安裝時應使保護套管的測量端超過管道中心線。上安裝時應使保護套管的測量端超過管道中心線。2）注意保溫）注意保溫 為防止傳導散熱產(chǎn)生測溫附加誤差，保護套管露在為防止傳導散熱產(chǎn)生測溫附加誤差，保護套管露在設備外部的長度應盡量短，并加保溫層。設備外部的長度應盡量短，并加保溫層。3）防止變形）防止變形為防止高溫下保護套

43、管變形，應盡量垂直安裝。在為防止高溫下保護套管變形，應盡量垂直安裝。在有流速的管道中必須傾斜安裝，如有條件應盡量在有流速的管道中必須傾斜安裝，如有條件應盡量在管道的彎管處安裝，并且安裝的測量端要迎向流速管道的彎管處安裝，并且安裝的測量端要迎向流速方向。若需水平安裝時，則應有支架支撐。方向。若需水平安裝時，則應有支架支撐。hutulaotou5 紅外傳感器紅外傳感器5.1 紅外傳感器的分類紅外傳感器的分類把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感紅外傳感器器。紅外傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出。紅外傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物

44、體的溫度，可進行遙測。紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。 紅外傳感器主要分為紅外傳感器主要分為光電型光電型和和熱敏型熱敏型。1）光電型是利用紅外輻射的光電效應制成的，其核心是光電）光電型是利用紅外輻射的光電效應制成的，其核心是光電元件，這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。元件，這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。2）熱敏型主要制作紅外溫度傳感器，它是利用紅外輻射的熱）熱敏型主要制作紅外溫度傳感器，它是利用紅外輻射的熱效應制成的，其核心是熱敏元件。熱敏元件吸收紅外線的輻效應制成的，其核心是熱敏元件。熱敏元件吸收紅外線的輻射能后引起溫度升高，從而測出物體的溫度。射能后引起溫度升高，從而測

45、出物體的溫度。熱探測器的種類主要分四類：熱釋電型、熱敏電阻熱探測器的種類主要分四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型。型、熱電阻型和氣體型。hutulaotou5.2 紅外傳感器的工作原理與結構紅外傳感器的工作原理與結構1）紅外傳感器的工作原理）紅外傳感器的工作原理 紅外傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。光學系統(tǒng)紅外傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。光學系統(tǒng)按結構不同可分透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理按結構不同可分透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分熱敏元件和光電檢測元件。可分熱敏元件和光電檢測元件。 熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射熱敏元件

46、應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。紅外線傳感器測溫原理圖紅外線傳感器測溫原理圖hutulaotou2）紅外傳感器的外形結構）紅外傳感器的外形結構 紅外傳感器的外形，如圖所示。紅外傳感器的外形，如圖所示。 hutulaotou5.3 紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用1）紅外測溫儀）紅外測溫儀紅外測溫儀一般用于探測目標的紅外輻射和測定紅外測溫儀一般用于探測目標的紅外輻射和測定其輻射強度，確定目標的溫度。它采用濾光片可其輻射強度，確定目標的溫度。它采用濾光片可分離出所需的波段，因而該

47、儀器能工作在任意波分離出所需的波段，因而該儀器能工作在任意波段。段。紅外測溫儀的電路比較復雜，包括前置放大、選紅外測溫儀的電路比較復雜，包括前置放大、選頻放大、溫度補償、線性化、發(fā)射率調(diào)節(jié)等。紅頻放大、溫度補償、線性化、發(fā)射率調(diào)節(jié)等。紅外測溫儀的光學系統(tǒng)可以是透射式，也可以是反外測溫儀的光學系統(tǒng)可以是透射式，也可以是反射式。反射式光學系統(tǒng)多采用凹面玻璃反射鏡。射式。反射式光學系統(tǒng)多采用凹面玻璃反射鏡。 hutulaotou2）紅外線輻射溫度計測人體溫度）紅外線輻射溫度計測人體溫度 人體主要輻射波長為人體主要輻射波長為910mm的紅外線，通過對人的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測量，便能準

48、確地測定人體體自身輻射紅外能量的測量，便能準確地測定人體表面溫度。表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所示吸收，因而由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所示吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫度。紅外溫度測量技術的最大優(yōu)點是測試速度快，度。紅外溫度測量技術的最大優(yōu)點是測試速度快，1s內(nèi)可測試完畢。內(nèi)可測試完畢。 hutulaotou紅外溫度快速檢測儀為在人流量較大的公共場合所紅外溫度快速檢測儀為在人流量較大的公共場合所降低病毒的擴散和傳播提供快速、非接觸測量手段，降低病毒的擴散和傳播提供快速、非接觸測量手段，可廣泛用于機場、海關、車站

49、、賓館、商場、影院、可廣泛用于機場、海關、車站、賓館、商場、影院、寫字樓、學校等人流較大的公共場所，對體溫超過寫字樓、學校等人流較大的公共場所，對體溫超過的人員進行有效篩選，如圖所示。的人員進行有效篩選，如圖所示。測量人體溫度示意圖測量人體溫度示意圖hutulaotou3）紅外線輻射溫度計的其他應用）紅外線輻射溫度計的其他應用hutulaotou6 集成溫度傳感器集成溫度傳感器6.1 集成溫度傳感器的分類集成溫度傳感器的分類集成溫度傳感器常分為模擬式和數(shù)字式。模擬式集成溫度傳感器常分為模擬式和數(shù)字式。模擬式又分為電壓型和電流型，其分類如下。又分為電壓型和電流型，其分類如下。hutulaotou6.2 集成溫度傳感器集成溫度傳感器LM35LM35溫度傳感器是電壓型集成溫度傳感器，其電路溫度傳感器是電壓型集成溫度傳感器，