常用溫度傳感器原理講義

1、常用溫度傳感器原理一、 概述：1. 定義：傳感器是一種轉(zhuǎn)換裝置，其作用是借助檢測元件把被測對象的力、位移、速度、加速度、溫度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換為可以檢測、傳輸、處理的信號（如電壓信號、電流信號等）。又稱變換器或檢測器，在聲學(xué)里也稱換能器，測量振動的傳感器又稱拾振器。2. 分類：按輸入量性質(zhì)的不同可分為加速度、速度、位移、溫度、壓力傳感器等。按變換原理的不同可分為電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器等。按測量參數(shù)分類按工作原理分類二、 溫度傳感器：溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗中需要經(jīng)常測量和控制的主要參數(shù)，也是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的一個重要物理量。通常把

2、長度、時間、質(zhì)量等基準(zhǔn)物理量稱作“外延量”，它們可以疊加，例如把長度相同的兩個物體連接起來，其總長度為原來的單個物體長度的兩倍。溫度是一種“內(nèi)涵量”，疊加原理不再適用，例如把兩瓶 的水倒在一起，其溫度絕不可能增加，更不可能成為 。從熱平衡的觀點看，溫度是物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動劇烈程度的標(biāo)志，溫度高的物體，其內(nèi)部分子平均動能大；溫度低的物體，其內(nèi)部分子的平均動能小。熱力學(xué)的第零定律指出：具有相同溫度的兩個物體，它們必然處于熱平衡狀態(tài)；當(dāng)兩個物體分別與第三個物體處于熱平衡狀態(tài)時，這兩個物體也處于熱平衡狀態(tài)，即這三個物體處于同一溫度。因此，如果我們能用可復(fù)現(xiàn)的手段建立一系列基準(zhǔn)溫度值，就可將其他待

3、測物體的溫度和這些基準(zhǔn)溫度進行比較，從而得到待測物體的溫度。1、 溫標(biāo)與標(biāo)定：a) 溫標(biāo)：現(xiàn)代統(tǒng)計力學(xué)雖然建立了溫度和分子動能之間的函數(shù)關(guān)系，但由于目前還難以直接測量物體內(nèi)部的分子動能，因而只能利用一些物質(zhì)的某些物性（諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強度等）隨溫度變化的規(guī)律，通過這些量來對溫度進行間接測量。為了保證溫度量值的準(zhǔn)確并利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的統(tǒng)一尺度，即溫標(biāo)。隨著溫度測量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)也經(jīng)歷了一個逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進過程。從早期建立的一些經(jīng)驗溫標(biāo)，發(fā)展為后來的理想熱力學(xué)溫標(biāo)和絕對氣體溫標(biāo)，到現(xiàn)今使用的具有較高精度的國際實用溫標(biāo)，其間經(jīng)歷了幾百年時間。經(jīng)驗溫標(biāo)

4、根據(jù)某些物質(zhì)的體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實驗方法或經(jīng)驗公式所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。*華氏溫標(biāo)：年德國人法勒海特（）以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計的零攝氏度，人體溫度為溫度計的 度，把水銀溫度計從 度到 度按水銀的體積膨脹距離分成份，每一份為 華氏度，記作“°”。按照華氏溫標(biāo)，水的冰點為°，沸點為°。*攝氏溫標(biāo)：年瑞典人攝氏（）提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點規(guī)定為度，水的沸點規(guī)定為度。根據(jù)水這兩個固定溫度點來對玻璃水銀溫度計進行分度，平均分成等份，每一份稱為攝氏度，記作 。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為(/)*（）式中，為華

5、氏溫度值；為攝氏溫度值。除華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)外，還有一些類似經(jīng)驗溫標(biāo)，如列氏溫標(biāo)、蘭氏溫標(biāo)等，這里不再一一列舉。經(jīng)驗溫標(biāo)均依賴于其規(guī)定的測量物質(zhì)，測溫范圍也不能超過其上、下限（如攝氏溫標(biāo)為 、），超過了這個溫區(qū)，攝氏溫標(biāo)將不能進行溫度標(biāo)定?？傊?jīng)驗溫標(biāo)具有很大的局限性，很快就不能適應(yīng)工業(yè)和科技等領(lǐng)域的測溫需要。熱力學(xué)溫標(biāo)年由開爾文（）提出的以卡諾循環(huán)（）為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國際單位制中七個基本物理單位之一。該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時對應(yīng)的溫度絕對零度（在實驗中無法達(dá)到的理論溫度，低于 的溫度不可能存在）與水的三相點溫度

6、分成份，每份為（）。熱力學(xué)溫度的單位為“”。a)b) 標(biāo)定：對溫度計的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊H溫標(biāo)定義的固定溫度點（恒溫）作標(biāo)準(zhǔn)值，把被標(biāo)定溫度計（或傳感器）依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下，記錄下溫度計的相應(yīng)示值（或傳感器的輸出），并利用國際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對溫度計（傳感器）的分度進行對比記錄，從而完成對溫度計的標(biāo)定。標(biāo)定后的溫度計可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計使用。另一種更為一般和常用的標(biāo)定方法是把被標(biāo)定溫度計（傳感器）與已被標(biāo)定好的更高一級精度的溫度計（傳感器），緊靠在一起，共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中，分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選擇的若干溫度點，比較和記錄兩者的讀

7、數(shù)，獲得一系列對應(yīng)差值，經(jīng)多次升溫、降溫，重復(fù)測試，若這些差值穩(wěn)定，即可把記錄下的這些差值作為被標(biāo)定溫度計的修正量，完成對被標(biāo)定溫度計的標(biāo)定。各國都根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)，并定期和國際標(biāo)準(zhǔn)相對比，以保證其精度和可靠性。我國的國家溫度標(biāo)準(zhǔn)保存在中國計量科學(xué)院。各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）市縣計量部門的溫度標(biāo)準(zhǔn)定期進行下級與上一級標(biāo)準(zhǔn)對比（修正）、標(biāo)定，據(jù)此進行溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，從而保證溫度標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確與統(tǒng)一。2、 測量方法分類及其特點：根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞譃榻佑|式和非接觸式兩大類。接觸式溫度測量的特點是感溫元件直接與被測對象相接觸，兩者進行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，

8、此時感溫元件的溫度與被測對象的溫度必然相等，溫度計的示值就是被測對象的溫度。接觸式測溫的測溫精度相對較高，直觀可靠，測溫儀表價格較低，但由于感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，會影響被測介質(zhì)的熱平衡狀態(tài)，而接觸不良又會增加測溫誤差；若被測介質(zhì)具有腐蝕性或溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫元件的性能和壽命。根據(jù)測溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測溫可分為膨脹式、熱阻式、熱電式等多種形式。非接觸式溫度測量的特點是感溫元件不與被測對象直接接觸，而是通過接受被測物體的熱輻射能實現(xiàn)熱交換，據(jù)此測出被測對象的溫度。因此，非接觸式測溫具有不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，測溫上限可設(shè)計得很高，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)

9、點。兩類測溫方法的主要特點如下表：各類溫度檢測方法構(gòu)成的測溫儀表的大體測溫范圍如表：3、 熱阻式測量方法：熱阻式測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。用于制造熱電阻的材料，電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性。另外，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時價格盡可能便宜。熱電阻測溫的優(yōu)點是信號靈敏度高，易于連續(xù)測量，可以遠(yuǎn)傳（與熱電偶相比），無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高，互換性好，精度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻主要缺點是需要電源激勵，有自熱現(xiàn)象（會影響測量精度），測量溫度不能太高

10、。常用熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。a) 鉑電阻測溫：鉑電阻的電阻率較大，電阻溫度關(guān)系呈非線性，但測溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。國際規(guī)定，在 溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計作為基準(zhǔn)溫度儀器。鉑的純度用百度電阻比 表示。它是鉑電阻在 時電阻值 與 時電阻值 之比，即 。越大，其純度越高。目前技術(shù)已達(dá)到，其相應(yīng)的鉑純度為 。國際規(guī)定，作為標(biāo)準(zhǔn)儀器的鉑電阻 應(yīng)大于。一般工業(yè)用鉑電阻的 應(yīng)大于。目前工業(yè)用鉑電阻分度號為和，其中更為常用；而是用較粗的鉑絲制作的，主要用于 以上的測溫。鉑電阻測溫范圍通常最大為。在 以上高溫（真空

11、和還原氣氛將導(dǎo)致電阻值迅速漂移）只適合在氧化氣氛中使用。鉑電阻與溫度的關(guān)系為當(dāng) 時：當(dāng) 時：式中， 為溫度為零時鉑熱電阻的電阻值（為，為）；（）為溫度為時鉑熱電阻的電阻值；、為系數(shù)，× ；× ；× 。熱電阻的結(jié)構(gòu)：工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu)如圖：熱電阻主要由感溫元件、內(nèi)引線、保護管三部分組成。通常還具有與外部測量及控制裝置、機械裝置連接的部件。它的外形與熱電偶相似，使用時要注意避免用錯。熱電阻感溫元件是用來感受溫度變化的電阻器，它是熱電阻的核心部分，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲的材料應(yīng)具備如下條件：電阻溫度系數(shù)大，線性好，性能穩(wěn)定；使用溫度范圍廣，加工方便；固有

12、電阻大，互換性好，復(fù)制性強。能夠滿足上述要求的絲材，最好是純鉑絲。我國純鉑絲品種及應(yīng)用范圍如下表絕緣骨架是用來纏繞、支承或固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量將直接影響電阻的性能。因此，作為骨架材料應(yīng)滿足如下要求：在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；熱膨脹系數(shù)要與熱電阻相近；物理及化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污染熱電阻絲；足夠的機械強度及良好的加工性能；比熱容小，熱導(dǎo)率大。目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成多種熱電阻感溫元件。采用云母骨架的感溫元件特點是：抗機械振動性能強，響應(yīng)快。很久以來多用云母做骨架。但是，由于云母是天然物質(zhì)，其質(zhì)量不穩(wěn)定，即使是優(yōu)質(zhì)云母，在 以上也要放出結(jié)

13、晶水并產(chǎn)生變形。所以，采用云母骨架的感溫元件使用溫度宜在以下。因其電阻絲并非完全固定，故受熱后引起電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，但體積較大，不適宜在狹小場所進行測量，并且響應(yīng)時間較長。采用玻璃骨架的感溫元件特點是：體積小，響應(yīng)快，抗振性強。因鉑絲已固定在玻璃骨架上，故在使用中不產(chǎn)生變形，因此，必須選取與電阻絲具有相同膨脹系數(shù)的玻璃作骨架，否則，當(dāng)溫度變化時引起膨脹或收縮，就會改變熱電阻的性能。感溫元件較通用的尺寸是外徑為，長度為。這種玻璃骨架的軟化點約為 ，最高安全使用溫度為，而且，低溫到仍然可用。采用陶瓷骨架的感溫元件特點是：體積小，響應(yīng)快，絕緣性能好。使用溫度上限可達(dá) 。陶瓷骨架的缺點是機

14、械強度差，不易加工。熱電阻的引線形式：內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及控制裝置相連接。內(nèi)引線通常位于保護管內(nèi)。因保護管內(nèi)溫度梯度大，作為內(nèi)引線要選用純度高且不產(chǎn)生熱電動勢的材料。對于工業(yè)鉑熱電阻而言，中低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既可降低成本，又能提高感溫元件的引線強度。對于銅和鎳熱電阻的內(nèi)引線，一般都用銅、鎳絲。為了減少引線電阻的影響，內(nèi)引線直徑通常比熱電阻絲的直徑大很多。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖兩線制：在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制熱電阻。這種兩線制熱電阻配線簡單，安裝費用低，但要帶進引線電阻的附加誤

15、差。因此，不適用于高精度測溫場合使用。并且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。采用兩線制的測溫電橋如下圖，（）為接線示意圖，（）為等效原理圖。從圖中可以看出熱電阻兩引線電阻 和熱電阻 一起構(gòu)成電橋測量臂，這樣引線電阻 因沿線環(huán)境溫度改變引起的阻值變化量 和因被測溫度變化引起熱電阻 的增量值 一起成為有效信號被轉(zhuǎn)換成測量信號，從而影響溫度測量精度。三線制：在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線形式稱為三線制熱電阻。用它構(gòu)成如下圖所示測量電橋，可以消除內(nèi)引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測中應(yīng)用最廣。而且，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長，導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化的場合必

16、須考慮采用三線制熱電阻。四線制：在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線，此種引線形式稱為四線制熱電阻。在高精度測量時，要采用如下圖所示四線制測溫電橋。此種引線方式不僅可以消除內(nèi)引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時，可消除該電阻的影響，還可以通過 定時控制繼電器的一對觸點 和 的通斷，改變測量熱電阻中的電流方向，消除測量過程中的寄生電勢影響。另外，為保護感溫元件、內(nèi)引線免受環(huán)境的有害影響，熱電阻外面往往裝有可拆卸式或不可拆卸式的保護管。保護管的材質(zhì)有金屬、非金屬等多種材料，可根據(jù)具體使用特點選用合適的保護管。b) 銅電阻和熱名電阻測溫：銅電阻：銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，

17、價格低廉；但因其電阻率較低（僅為鉑的左右）而體積較大，熱響應(yīng)慢；另因銅在 以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻（分度號分別為 和）一般工作溫度范圍為 。其電阻值與溫度的關(guān)系為：當(dāng) 時，式中， 為溫度為零時銅熱電阻的電阻值（為，為）；（）為溫度為時銅熱電阻的電阻值；， 為系數(shù)。 × ；× ；× 。半導(dǎo)體熱敏電阻：目前世界各國，特別是工業(yè)化國家，在低溫段 且測溫要求不高的場合，采用半導(dǎo)體熱敏元件作溫度傳感器。大量用于各種溫度測量、溫度補償及要求不高的溫度控制。熱敏電阻的優(yōu)點熱敏電阻和熱電阻、熱電偶及其他接觸式感溫元件相比具有下列優(yōu)點：靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要

18、大 個數(shù)量級；由于靈敏度高，可大大降低后面調(diào)理電路的要求；標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號和規(guī)格，因而不僅能很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；體積小（最小珠狀熱敏電阻直徑僅），可用來測量“點溫”；熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；結(jié)構(gòu)簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動，采用玻璃、陶瓷等材料密封包裝后，可應(yīng)用于有腐蝕性氣氛的惡劣環(huán)境；資源豐富，制作簡單，可方便地制成各種形狀（如圖所示），易于大批量生產(chǎn)，成本和價格十分低廉。熱敏電阻的主要缺點：阻值與溫度的關(guān)系為非線性；元件的一致性差，互換性差；元件易老化，穩(wěn)定性較差；除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多

19、數(shù)熱敏電阻僅適合 范圍的溫度測量，使用時必須注意。4、 熱電式測量方法：a) 熱電偶測溫：熱電偶測溫的特點是測溫范圍寬，測量精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，且動態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測和自動控制。測溫原理：熱電偶的測溫原理基于熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體 和 連成閉合回路，當(dāng)兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢。由于這種熱電效應(yīng)現(xiàn)象是年塞貝克（）首先提出的，故又稱塞貝克效應(yīng)。人們把上圖中兩種不同材料構(gòu)成的上述熱電變換元件稱為熱電偶，導(dǎo)體和 稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個端點固定焊接，用于對被測介質(zhì)進行溫度測量，這一接點稱為測量端或工作端，俗稱熱端；兩熱電極另一接點

20、處通常保持為某一恒定溫度或室溫，被稱作參比端或參考端，俗稱冷端。熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢由溫差電勢（又稱湯姆遜電勢）和接觸電勢（又稱珀爾帖電勢）兩種電勢組成。溫差電勢是指同一熱電極兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢。當(dāng)同一熱電極兩端溫度不同時，高溫端的電子能量比低溫端的大，因而從高溫端擴散到低溫端的電子數(shù)比逆向的多，結(jié)果造成高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負(fù)電荷。當(dāng)電子運動達(dá)到平衡后，在導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生較穩(wěn)定的電位差，即為溫差電勢，如下圖所示。熱電偶接觸電勢是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，在熱電極接點接觸面處產(chǎn)生自由電子的擴散現(xiàn)象；擴散的結(jié)果，接觸面上逐漸形成靜電場

21、。該靜電場具有阻礙原擴散繼續(xù)進行的作用，當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，在熱電極接點處便產(chǎn)生一個穩(wěn)定電勢差，稱為接觸電勢，如上圖所示。其數(shù)值取決于熱電偶兩熱電極的材料和接觸點的溫度，接點溫度越高，接觸電勢越大。設(shè)熱電偶兩熱電極分別為（為正極）和（為負(fù)極），兩端溫度分別為、，且 ；則熱電偶回路總電勢為：由于溫差電勢（，）和（，）均比接觸電勢小很多，通常均可忽略不計。又因為 ，故總電勢的方向取決于接觸電勢（）的方向，并且（）總與（）的方向相反；這樣，可簡化為：由此可見，當(dāng)熱電偶兩熱電極材料確定后，其總電勢僅與其兩端點溫度、有關(guān)。為統(tǒng)一和實施方便，世界各國均采用在參比端保持為零攝氏度，即 條件下，用實驗的方法測出

22、各種不同熱電極組合的熱電偶在不同熱端溫度下所產(chǎn)生的熱電勢值，制成測量端溫度（通常用國際攝氏溫度單位）和熱電偶電勢對應(yīng)關(guān)系表，即分度表；也可據(jù)此計算得兩者的函數(shù)表達(dá)式。為了得到實用性好，性能優(yōu)良的熱電偶，其熱電極材料需具有以下性能：優(yōu)良的熱電特性熱電勢及熱電勢率（靈敏度）要大，熱電關(guān)系接近單值線性或近似線性，熱電性能穩(wěn)定；良好的物理性能高電導(dǎo)率，小比熱，耐高溫，低溫下不易脆斷，高、低溫下不發(fā)生再結(jié)晶等；優(yōu)良的化學(xué)性能如抗氧化、抗還原性和耐其他腐蝕性介質(zhì)等；優(yōu)良的機械性能易于提純和機械加工、工藝性好，易于大批量生產(chǎn)和復(fù)制；足夠的機械強度和長的使用壽命；制造成本低，價值比較便宜。熱電偶的分類及特性近

23、一個世紀(jì)來，各國先后生產(chǎn)的熱電偶的種類有幾百種，應(yīng)用較廣的有幾十種，而國際電工委員會（）推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種（目前我國的國家標(biāo)準(zhǔn)已與國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一）。其中分度號為、 的三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，屬貴金屬熱電偶。分度號分別為、的五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成，屬賤金屬熱電偶。這八種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電極材料、最大測溫范圍、適用氣氛等見下表：不同等級標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)熱電偶的允差熱電偶的選用除了考慮被測對象的溫度范圍外，還需考慮熱電偶使用環(huán)境的氣氛，通常被測對象的溫度范圍在 時可優(yōu)選型熱電偶，因為它在賤金屬熱電偶中精度最高，或選型熱電偶，它是賤金屬熱電偶中熱電勢最大

24、、靈敏度最高的熱電偶；當(dāng)上限溫度 ，可優(yōu)先選 型熱電偶，其特點為使用溫度范圍寬（上限最高可達(dá) ），高溫性能較穩(wěn)定，價格較滿足該溫區(qū)的其他熱電偶低；當(dāng)上限溫度 ，可選 型或 型；當(dāng)測溫范圍為 時，可選或 型熱電偶；當(dāng)測溫范圍為時，應(yīng)選型熱電偶；當(dāng)測溫上限大于，應(yīng)考慮選用還屬非國際標(biāo)準(zhǔn)的鎢錸系列熱電偶（其最高上限溫度可達(dá)，但超過其準(zhǔn)確度要下降；要注意保護，因為鎢極易氧化，必須用惰性或干燥氫氣把熱電偶與外界空氣嚴(yán)格隔絕。不能用于含碳?xì)夥眨┗蚍墙饘倌透邷責(zé)犭娕迹▏鴥?nèi)還未商品化，這里不再一一列舉）。在氧化氣氛下，且被測溫度上限小于 ，應(yīng)優(yōu)先選用抗氧化能力強的賤金屬 型或 型；當(dāng)測溫上限高于 ，應(yīng)選、 或

25、 型貴金屬熱電偶。在真空或還原性氣氛下，當(dāng)上限溫度低于 時，應(yīng)優(yōu)先選用型熱電偶（不僅可在還原氣氛下工作，也可在氧化氣氛中使用），高于此限，選鎢錸系列熱電偶，或非貴金屬系列熱電偶，或選采取特別的隔絕保護措施的其他標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖。常用熱電偶的熱電特性均有現(xiàn)成分度表可查。溫度與熱電勢之間的關(guān)系也可以用函數(shù)式表示，稱為參考函數(shù)。給出了新的熱電偶分度表和參考函數(shù)，它們是熱電偶測溫的依據(jù)。熱電偶結(jié)構(gòu)（） 普通工業(yè)用熱電偶普通工業(yè)用熱電偶的種類很多，結(jié)構(gòu)和外形也不盡相同。如圖所示，熱電偶通常主要由熱端、熱偶絲、保護管、安裝固定件和接線盒部分組成。為了保證熱電偶正常工作，對其結(jié)構(gòu)提出如下要求

26、： 測量端的焊接要牢固； 熱電極間必須有良好的絕緣； 參比端與導(dǎo)線的連接要方便、可靠； 用于對熱電極有害的介質(zhì)進行測量時，須采用保護管，將有害介質(zhì)隔開。（） 鎧裝熱電偶所謂鎧裝熱電偶，是將熱電偶絲和絕緣材料一起緊壓在金屬保護管中制成的熱電偶。鎧裝熱電偶材料是將熱電偶絲裝在有絕緣材料的金屬套管中，三者經(jīng)組合加工成可彎曲的堅實的組合體。將此鎧裝熱電偶線按所需長度截斷，對其測量端和參比端進行加工，即制成鎧裝熱電偶。由于它具有許多優(yōu)點，因而受到用戶歡迎，應(yīng)用很普通。它的主要優(yōu)點是： 測量范圍寬鎧裝熱電偶規(guī)格多，品種齊全，適合于各種測量場合，在 溫度范圍內(nèi)均能使用； 響應(yīng)速度快與裝配式熱電偶相比，因為外

27、徑細(xì)、熱容量小，故微小的溫度變化也能迅速反應(yīng)，尤其是微細(xì)鎧裝熱電偶更為明顯，露端鎧裝熱電偶的時間常數(shù)只有； 撓性好、安裝使用方便鎧裝熱電偶材料可在其外徑倍的圓柱體上繞圈，并可在多處位置彎曲； 使用壽命長普通熱電偶易引起熱電偶劣化、斷線等事故，而鎧裝熱電偶用氧化鎂絕緣，氣密性好，致密度高，壽命長； 機械強度、耐壓性能好在有強烈震動、低溫、高溫、腐蝕性強等惡劣條件下均能安全使用，鎧裝熱電偶最高可承受的壓力； 鎧裝熱電偶外徑尺寸范圍寬鎧裝熱電偶材料的外徑范圍為，特殊要求時可提供直徑達(dá)的產(chǎn)品； 鎧裝熱電偶的長度可以做得很長鎧裝熱電偶材料的最大長度可達(dá)。熱電偶溫度測量（） 補償導(dǎo)線在一定溫度范圍內(nèi)，與配

28、用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。若與所配用的熱電偶正確連接，其作用是將熱電偶的參比端延伸到遠(yuǎn)離熱源或環(huán)境溫度較恒定的地方。使用補償導(dǎo)線的優(yōu)點： 改善熱電偶測溫線路的機械與物理性能，采用多股或小直徑補償導(dǎo)線可提高線路的撓性，接線方便，也可以調(diào)節(jié)線路的電阻或屏蔽外界干擾； 降低測量線路的成本。當(dāng)熱電偶與儀表的距離很遠(yuǎn)時，可用賤金屬補償型補償導(dǎo)線代替貴金屬熱電偶。在現(xiàn)場測溫中，補償導(dǎo)線除了可以延長熱電偶參比端，節(jié)省貴金屬材料外，若采用多股補償導(dǎo)線，還便于安裝與鋪設(shè)；用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補償導(dǎo)線，還可減少測量回路電阻。采用補償導(dǎo)線雖有許多優(yōu)點，但必須掌握它的特點，否則，不僅

29、不能補償參比端溫度的影響，反而會增加測溫誤差。補償導(dǎo)線的特點是：在一定溫度范圍內(nèi)，其熱電性能與熱電偶基本一致。它的作用只是把熱電偶的參比端移至離熱源較遠(yuǎn)或環(huán)境溫度恒定的地方，但不能消除參比端不為 的影響，所以，仍須將參比端的溫度修正到 。補償導(dǎo)線使用時的注意事項如下： 各種補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶匹配使用；連接時，切勿將補償導(dǎo)線極性接反； 補償導(dǎo)線與熱電偶連接點的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍，通常接點溫度在 以下，耐熱用補償導(dǎo)線可達(dá) ； 由于補償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此兩連接點溫度必須相同，否則會產(chǎn)生附加電勢、引入誤差； 在需高精度測溫場合，處理測量結(jié)果時應(yīng)加上補償導(dǎo)線的

30、修正值，以保證測量精度。（） 參比端處理我們經(jīng)常使用的熱電偶分度表，都是以熱電偶參比端為條件下制作的。在實驗室條件下可采取諸如在保溫瓶內(nèi)盛滿冰水混合物（最好用蒸餾水及用蒸餾水制成的冰），并且，保溫瓶內(nèi)要有足夠數(shù)量的冰塊，保證參比端為 （值得注意的是，冰水混合物并不一定就是 ，只有在冰水兩相界面處才是 ）?；蚶冒雽?dǎo)體制冷的原理制成的電子式恒溫槽使參比端溫度保持在 。在工業(yè)測溫現(xiàn)場一般不能使參比端保持 ，在計算機尤其是微處理器和單片機推廣普及前，這是個十分令人頭痛的問題。各國從事熱電偶溫度測量研究與應(yīng)用的科技工作者，對各種分度號熱電偶參比端不為，設(shè)計了許多補償方案和專用補償電路，并因此申報了許多

31、專利。但這些成果的適用范圍和應(yīng)用效果都不很理想。現(xiàn)在由于計算機，尤其是微處理器和單片機的推廣普及，智能化測溫儀普遍采用下述以軟件為主的補償方式：當(dāng)熱電偶的測量端和參比端溫度分別為、，假定，則熱電動勢可變成式中，（，）為測量端和參比端溫度分別為、 時的熱電勢；（ ，）為測量端和參比端溫度分別為、 時的熱電勢；（，）為測量端和參比端溫度分別為、時的熱電勢。在工業(yè)現(xiàn)場實際測量溫度時，智能化儀器增加一路測量參比端（由于其置于現(xiàn)場正常環(huán)境中，溫度變動范圍不大，因此，測量參比端的感溫元件可采用價格十分低廉的銅電阻或半導(dǎo)體集成溫度傳感器或等）溫度的電路。（，）是由智能化儀器通過測量端和參比端輸入回路直接測得

32、，（ ，）則由智能化儀器根據(jù)另一路測得的參比端環(huán)境溫度，通過查找存入儀器程序存儲器中的對應(yīng)熱電偶分度表得到，兩者相加求得（，）；再由（，）儀器程序存儲器中的對應(yīng)熱電偶分度表得到熱電偶測量端的真實溫度的數(shù)值。以上這種方法對各種標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶均適用，具有成本十分低廉，補償精度高的特點，因此目前已被各種智能化（熱電偶）測溫控溫儀器廣泛采用。【例】用 型熱電偶測爐溫時，測得參比端溫度；測得測量端和參比端間的熱電動勢（，），試求實際爐溫?！窘狻坑?型分度表查得（，），由公式可得到：再查 型分度表，由 查得實際爐溫。上述例子中，若參比端不作修正，則按所測測量端和參比端間的熱電動勢（，） 查型分度表

33、得對應(yīng)的爐溫為 ，與實際爐溫 相差 ，由此產(chǎn)生的相對誤差約為 。由此可見，如果不考慮參比端溫度修正和補償，有時將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）測量誤差。5、 新型溫度傳感器及其測溫技術(shù)：a) 石英溫度傳感器：b) 一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20：的封裝與外部引腳是美國 公司新推出的熱電式半導(dǎo)體數(shù)字集成溫度傳感器。它也是利用半導(dǎo)體 結(jié)在其正常工作溫度范圍內(nèi)結(jié)電壓隨溫度上升而下降的原理精心設(shè)計實現(xiàn)的。有多種封裝形式，其中一種外形與小功率晶體管非常相像，體積與一顆綠豆差不多大小。幾種形式的封裝與引腳定義如圖。內(nèi)部功能電路模塊的主要功能和特點對外有效引腳僅條，即電源、地和信號線。其主要功能和特點如下：（）

34、采用獨特的“一線制”通信方式，信號符合電平，無須任何外圍器件，可直接和各種單片機或微處理器的引腳相連，為簡化系統(tǒng)設(shè)計提供了極大的方便；（） 溫度測量范圍為 ，在 溫度范圍內(nèi)，測量精度可達(dá)到± ；（） 可編程的溫度轉(zhuǎn)換分辨率，可根據(jù)應(yīng)用需要在之間選??；（） 在溫度轉(zhuǎn)換分辨率下，溫度轉(zhuǎn)換時間最大為；（） 用戶可編程自設(shè)置報警溫度存入片內(nèi)非易失性存儲器中，實現(xiàn)溫度上、下限自動報警功能；（） 電源供電范圍，的讀、寫操作以及溫度轉(zhuǎn)換期間所需的電能可通過數(shù)據(jù)線提供，也可由外部電源提供；（）采用節(jié)能設(shè)計，在等待狀態(tài)下功耗近似為零。的應(yīng)用 三、 誤差：1、 誤差的含義：測量是一個變換、放大、比較、顯

35、示、讀數(shù)等環(huán)節(jié)的綜合過程。由于檢測系統(tǒng)（儀表）不可能絕對精確，測量原理的局限、測量方法的不盡完善、環(huán)境因素和外界干擾的存在以及測量過程可能會影響被測對象的原有狀態(tài)等，也使得測量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映被測量的真值而存在一定的偏差，這個偏差就是測量誤差。2、 檢測儀器的精度等級與容許誤差：精度等級：工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常以最大引用誤差作為判斷精度等級的尺度。人為規(guī)定：取最大引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為檢測儀器（系統(tǒng)）精度等級的標(biāo)志，也即用最大引用誤差去掉正負(fù)號和百分號后的數(shù)字來表示精度等級，精度等級用符號表示。為統(tǒng)一和方便使用，國家標(biāo)準(zhǔn)測量指示儀表通用技術(shù)條件規(guī)定，測量指示儀表的精度等級 分為、七個等級，這也是工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常用的精度等級。檢測儀器（系統(tǒng)）的精度等級由生產(chǎn)廠商根據(jù)其最大引用誤差的大小并以選大不選小的原則就近套用上述精度等級得到。例如，量程為的數(shù)字電壓表，如果其整個量程中最大絕對誤差為，則有由于不是標(biāo)準(zhǔn)化精度等級值，因此需要就近套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等級值。位于 級和級之間，盡管該值與更為接近，但按選大不選小的原則該數(shù)字電壓表的精度等級應(yīng)為級。因此，任何符合計量規(guī)范的檢測儀器（系統(tǒng)）都滿足