第8章(2)溫度傳感器

1、第第8 8章章 溫度傳感器溫度傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器 第四節(jié)第四節(jié) ICIC溫度傳感器溫度傳感器 第五節(jié)第五節(jié) 其他溫度傳感器其他溫度傳感器 溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便便于遠傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點外，還能用來測量流體的溫于遠傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點外，還能用來

2、測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。用于快速及動態(tài)溫度的測量。熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)冷端處理及補償冷端處理及補償熱電偶的選擇、安裝使用和校驗熱電偶的選擇、安裝使用和校驗兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A A和和B B組合成組合成如圖所示如圖所示閉合閉合回路，若導(dǎo)體回路，若導(dǎo)體A A和和B B的連接處溫度不同（設(shè)的連接處溫度不同（設(shè)T TT T0 0），），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中則在此

3、閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象早在早在18211821年首先由西拜克（年首先由西拜克（SeeSeebackback）發(fā)現(xiàn)）發(fā)現(xiàn), ,所以所以又稱西拜克效應(yīng)。又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB 一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動勢回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即兩部分組成，即溫差電溫差電勢和接觸電勢。勢和接觸電勢。熱端冷端1. 接觸電勢接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點在溫度T 時形成的接觸電動

4、勢；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0時，銅的 =2V/。2. 溫差電勢dTTTeTTAA0),(0溫差電勢原理圖由導(dǎo)體材料由導(dǎo)體材料A A、B B組成的閉合回路，其接點溫度分別為組成的閉合回路，其接點溫度分別為

5、T T、T T0 0, ,如果如果T TT T0 0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：勢，回路總電勢：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路總電勢),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點溫度為T和T0時的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點溫度為T和T0時的電子密度；A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。根據(jù)電磁場理論得根據(jù)電磁場理論得EAB(T,T0)=EAB(T )-

6、EAB(T0 )=f(T )-C=g(T )由于由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)是溫度的單值函數(shù)dTNNekTTETTBAAB0ln),(0在工程應(yīng)用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電在工程應(yīng)用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T，0)-EAB(T0，0) 熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為T 和和零度以及零度以及T0和零度的熱電勢之差。和零度的熱電勢之差。

7、結(jié)論：結(jié)論： 1、熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的、熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。無關(guān)。 2、只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體、只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體)才能才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當(dāng)為當(dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。 4 4、導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與、導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使E EABAB(

8、 (T T0 0)=)=常數(shù)常數(shù)，則回路熱電勢，則回路熱電勢E EABAB( (T T，T T0 0) )就只與溫度就只與溫度T T有關(guān)有關(guān)，而且是，而且是T T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。溫的原理。 3、只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同、只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。 5 5、對于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回、對于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點溫度分別為路，接點溫度分別為T T1 1、T T2 2 、 、T Tn n ，冷端，冷端溫度為零度的熱電勢。其熱電勢為溫度為零度

9、的熱電勢。其熱電勢為 E E= = E EABAB（T T1 1）+ + E EBCBC（T T2 2）+E ENANA（T Tn n） 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動勢即不產(chǎn)生電動勢)；反之，如果有電流流動，；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。用兩種不同材料作為電極。 二、熱電偶回路的性質(zhì)1. 1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0三

10、種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2. 中間導(dǎo)體定律 一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點溫度相同，則路，只要它們彼此連接的接點溫度相同，則此回路各接點產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。此回路各接點產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則三種材料組成的閉合回路，則兩點結(jié)論：兩點結(jié)論： l）將第三種材料）將第三種材料C接入由接入由A、B組成的熱電偶回路，如組成的熱電偶回路，如圖，則圖圖，則圖a中的中的A、C接點接點2與與C、A的接點的接點3，均處于相，均處于相同溫度同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，

11、即之中，此回路的總電勢不變，即同理，圖同理，圖b中中C、A接點接點2與與C、B的接點的接點3，同處于溫度，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：之中，此回路的電勢也為：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖ET0T0TET0T1T1T電位計接入電位計接入 熱電偶回路熱電偶回路 根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接，只要保證電位計與連接熱

12、電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。接入的方式見下圖所示。 EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：3. 中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電

13、偶回路,其接點溫度其接點溫度分別為分別為T1、T2(如圖所示如圖所示)時時,則其熱電勢為則其熱電勢為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點溫度為當(dāng)接點溫度為T2、T3時，其熱電勢為時，其熱電勢為EAB(T2, T3)；當(dāng)接；當(dāng)接點溫度為點溫度為T1、T3時，其熱電勢為時，其熱電勢為EAB(T1, T3)，則，則BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） 對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問對

14、于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0時，則：時，則：熱電偶和熱電阻及顯示儀表的分度號熱電偶和熱電阻及顯示儀表的分度號 是國際電工委員會【是國際電工委員會【IECIEC】發(fā)表的相關(guān)技術(shù)標準】發(fā)表的相關(guān)技術(shù)標準 國國際溫標際溫標 ，我國于，我國于19881988年采用該標準，該標準以表格的形年采用該標準，該標準以表格的形式式 簡稱分度表簡稱分度表 ，規(guī)定每種熱電偶，規(guī)定每種熱電偶/ /阻在阻在-271-271度度23002300度度每一個溫度點上，各種熱電偶每一個溫度點上，各種熱電偶/ /阻的輸出參數(shù)。并且給各阻的輸出參數(shù)。并且給各種熱電偶種熱電偶

15、/ /阻命名統(tǒng)一代號，也叫分度號阻命名統(tǒng)一代號，也叫分度號 K K：代表鎳鉻：代表鎳鉻- -鎳硅熱電偶，鎳硅熱電偶， E E：代表鎳鉻：代表鎳鉻- -銅鎳熱電偶，銅鎳熱電偶， S S：代表鉑銠：代表鉑銠10-10-鉑熱電偶，鉑熱電偶， B B：代表鉑銠：代表鉑銠30-30-鉑銠鉑銠6 6熱電偶，熱電偶， PT100PT100：代表鉑熱電阻。：代表鉑熱電阻。 EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） ABT1T2T2ABT0T0熱電偶補償導(dǎo)線接線圖E只要只要T1、T0不變，接入不變，接入AB后

16、不管接點溫度后不管接點溫度T2如何變化，如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補償導(dǎo)線原理。都不影響總熱電勢。這便是引入補償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料同樣熱電特性的材料A、B(如圖如圖)即引入所謂補償導(dǎo)即引入所謂補償導(dǎo)線時，當(dāng)線時，當(dāng)EAA(T2)=EBB(T2)，則回路總電動勢為，則回路總電動勢為熱電偶材料應(yīng)滿足：熱電偶材料應(yīng)滿足：l 物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；l 化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不化學(xué)性能穩(wěn)定

17、，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕；被腐蝕；l 熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)?。粺犭妱莞?，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；l 便于制造；便于制造；l 復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu) 1 1鉑鉑鉑銠熱電偶鉑銠熱電偶(S (S型型) ) 分度號分度號LB3LB3工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實驗室用可更細些。，實驗室用可更細些。正極：正極：鉑銠合金絲鉑銠合金絲,用用90鉑和鉑和10銠銠(重量比重量比)冶煉冶煉而成。而成。負極：負極：鉑絲。鉑絲。測量溫度：測量溫度：長期：長期：1300、短期：、短期：1600。（一

18、）熱電偶常用材料（一）熱電偶常用材料 1鉑鉑鉑銠熱電偶鉑銠熱電偶(S型型) 分度號分度號LB3特點：特點：n 材料性能穩(wěn)定，測量準確度較高；可做成標準熱材料性能穩(wěn)定，測量準確度較高；可做成標準熱電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。電偶或基準熱電偶。用途：實驗室或校驗其它熱電偶。n 測量溫度較高，一般用來測量測量溫度較高，一般用來測量1000以上高溫。以上高溫。n 在高溫還原性氣體中（如氣體中含在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易等）易被侵蝕，需要用保護套管。被侵蝕，需要用保護套管。n 材料屬貴金屬，成本較高。材料屬貴金屬，成本較高。n 熱電勢較弱。熱電勢較弱。 （一）熱電

19、偶常用材料（一）熱電偶常用材料 2 2鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅( (鎳鋁鎳鋁) )熱電偶熱電偶(K(K型型) ) 分度號分度號EU2EU2工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲：1.22.5mm，實驗室用可細些。，實驗室用可細些。正極：正極：鎳鉻合金鎳鉻合金(用用88.489.7鎳、鎳、910鉻，鉻，0.6硅，硅，0.3錳，錳，0.40.7鈷冶煉而成鈷冶煉而成)。負極：負極：鎳硅合金鎳硅合金(用用95.797鎳鎳,23硅硅,0.40.7鈷冶煉而成鈷冶煉而成)。測量溫度：測量溫度：長期長期1000，短期，短期1300。 2 2鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅( (鎳鋁鎳鋁) )熱電偶熱電偶(K(K型型) ) 分度號分度號EU2

20、EU2特點：特點：u 價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。u 高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有高溫下抗氧化能力強，在還原性氣體和含有SO2， H2S等氣體中易被侵蝕。等氣體中易被侵蝕。u 復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。 3鎳鉻考銅熱電偶(E型) 分度號為EA2工業(yè)用熱電偶絲工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實驗室用可更細些。，實驗室用可更細些。正極：正極：鎳鉻合金鎳鉻合金負極：負極：考銅合金（用考銅合金（用56銅，銅，44鎳冶煉而成）。鎳冶煉而成）。測量溫度：測量溫度：長期長期600，短期，短期800。特點：特點：l 價格比

21、較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。l 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。l 氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變 質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 4鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型) 分度號為LL2正極：鉑銠合金（用正極：鉑銠合金（用70鉑，鉑，30銠冶煉而成）。銠冶煉而成）。負極：鉑銠合金（用負極：鉑銠合金（用94鉑，鉑，6銠冶煉而成）。銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到測量溫度：長期可到1600，短期可達，短期可達1800。特點：特點：l 材料性能穩(wěn)定，測量精

22、度高。材料性能穩(wěn)定，測量精度高。l 還原性氣體中易被侵蝕。還原性氣體中易被侵蝕。l 低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在50以下可不加補以下可不加補償。償。l 成本高。成本高。 幾種持殊用途的熱電偶（1 1）銥和銥合金熱電偶）銥和銥合金熱電偶 如銥如銥5050銠銠銥銥1010釕熱電偶釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達它能在氧化氣氛中測量高達21002100的高溫。的高溫。（2 2）鎢錸熱電偶）鎢錸熱電偶 是是6060年代發(fā)展起來的，是目前年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體一種較好的高溫?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國

23、產(chǎn)鎢介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國產(chǎn)鎢錸錸- -鎢錸鎢錸2020熱電偶使用溫度范圍熱電偶使用溫度范圍30030020002000分度分度精度為精度為1 1。（3 3）金鐵）金鐵鎳鉻熱電偶鎳鉻熱電偶 主要用在低溫測量，可在主要用在低溫測量，可在2 2273K273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10V10V。（4 4）鈀）鈀鉑銥鉑銥1515熱電偶熱電偶 是一種高輸出性能的熱是一種高輸出性能的熱電偶，在電偶，在13981398時的熱電勢為時的熱電勢為47.255mV47.255mV，比鉑，比鉑鉑鉑銠銠1010熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3 3倍

24、，因而可倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。 （6 6）銅）銅康銅熱電偶，分度號康銅熱電偶，分度號MKMK 熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為鎳硅熱電偶，約為43V/。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價格便宜。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價格便宜。缺點是銅易氧化，廣泛用于缺點是銅易氧化，廣泛用于20K473K的低溫實驗室的低溫實驗室測量中。測量中。 （5 5）鐵）鐵康銅熱電偶，分度號康銅熱電偶，分度號TKTK 靈敏度高，約為靈敏度高，約為53V/，線性度好，價格便宜，線性度好，價格便宜，可在可在800以下

25、的還原介質(zhì)中使用。主要缺點是鐵極易以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點是鐵極易氧化，采用發(fā)藍處理后可提高抗銹蝕能力。氧化，采用發(fā)藍處理后可提高抗銹蝕能力。 （二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型 1 1工業(yè)用熱電偶工業(yè)用熱電偶 下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。 工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1接線盒；2保護套管 3絕緣套管 4熱電偶絲1234(a)(b)(c)(d) 132 2 2鎧裝式熱電偶

26、（又稱套管式熱電偶）鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu) 點 是 小 型 化 （ 直 徑 從優(yōu) 點 是 小 型 化 （ 直 徑 從12mm到到0.25mm）、壽命長、）、壽命長、熱慣性小，使用方便。熱慣性小，使用方便。 測溫測溫范圍在范圍在1100以下的有：鎳以下的有：鎳鉻鉻鎳硅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻考銅鎧裝考銅鎧裝式熱電偶式熱電偶。 斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖?？煞譃樗姆N型式如圖。圖3.2-12 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

27、 1 金屬套管; 2絕緣材料; 3熱電極 (a)碰底型; (b)不碰底型; (c)露頭型; (d)帽型3 3快速反應(yīng)薄膜熱電偶快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.010.lm) 4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1熱電極; 2熱接點;3絕緣基板; 4引出線因此，特別適用于對壁面溫因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時度的快速測量。安裝時,用粘用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試制的有面上。目前我國試制的有鐵鐵鎳

28、、鐵鎳、鐵康銅和銅康銅和銅康康銅三種銅三種,尺寸為尺寸為 6060.2mm;絕緣基板用云絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在料紙等；測溫范圍在300以以下；反應(yīng)時間僅為幾下；反應(yīng)時間僅為幾ms。 4 4快速消耗微型熱電偶快速消耗微型熱電偶 下圖為一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為下圖為一種測量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為0.050.lmm的鉑銠的鉑銠10一鉑銠一鉑銠30熱電偶裝在熱電偶裝在U型石英管型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護鋼帽所組成。中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點是熱慣性小

29、，這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點是熱慣性小，只要注意它的動態(tài)標定，測量精度可達土只要注意它的動態(tài)標定，測量精度可達土57。14235678 91110快速消耗微型 1剛帽； 2石英； 3紙環(huán)； 4絕熱泥；5冷端； 6棉花； 7絕緣紙管； 8補償導(dǎo)線；9套管； 10塑料插座； 11簧片與引出線四、冷端處理及補償原因原因l熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；端溫度保持恒定；l熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度熱電偶分度表給出的熱電勢

30、是以冷端溫度0為依據(jù)，為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。否則會產(chǎn)生誤差。方法方法u 冰點槽法冰點槽法u 計算修正法計算修正法u 補正系數(shù)法補正系數(shù)法u 零點遷移法零點遷移法u 冷端補償器法冷端補償器法u 軟件處理法軟件處理法四、冷端處理及補償1. 冰點槽法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實驗中使用。為了避免冰。這種辦法僅限于科學(xué)實驗中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點分分別置于兩別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。

31、mVABABTCC儀表銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液四、冷端處理及補償T02. 計算修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算，利用公式計算例例 用銅用銅-康銅熱電偶測某一溫度康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫，又用室溫計測出計測出TH=21,查此種熱電偶的分度表可知，查此種熱電偶的分度表可知，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

32、次查分度表，與再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度對應(yīng)的熱端溫度T=68。注意注意: :既不能只按既不能只按1.999mV1.999mV查表，認為查表，認為T T=49=49，也不能把，也不能把4949加上加上2121，認為，認為T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)3. 補正系數(shù)法把參比端實際溫度把參比端實際溫度TH乘上系數(shù)乘上系數(shù)k，加到由，加到由EAB(T，TH)查查分度表所得的溫度上，成為被測溫度分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達即。用公式表達即 式中：式中：T為未知的被測溫度；為未知的被測溫度； T為參比端在室溫下熱為參比

33、端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個溫度；電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個溫度； TH室溫；室溫； k為補正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。為補正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。T T k T H3. 補正系數(shù)法例：用鉑銠例：用鉑銠1 0鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35，這時熱電動勢為，這時熱電動勢為11.348mV查查S型熱電偶型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再從下。再從下表中查出，對應(yīng)于表中查出，對應(yīng)于1150的補正系數(shù)的補正系數(shù)k=0.53。于是。于是，被測溫度，被測溫度 T=1150+0.5335=1168.3（）用這種辦法稍稍簡

34、單一些，比計算修正法誤差可能用這種辦法稍稍簡單一些，比計算修正法誤差可能大一點，但誤差不大于大一點，但誤差不大于0.14。 溫度T/補正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53熱電偶補正系數(shù) 4. 零點遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定（如，但

35、十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。恒溫車間或有空調(diào)的場所）。實質(zhì)：實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因為，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利是常數(shù)，利用指示儀表上用指示儀表上調(diào)整零點調(diào)整零點的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)牡霓k法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補償。值而實現(xiàn)補償。例：用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的例：用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調(diào)到室溫機械零點調(diào)到室溫TH的刻度上的刻度上,在熱電動勢為零時，在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是指針指示的溫度值并不是0而是而是TH。而熱電偶的冷。而

36、熱電偶的冷端溫度已是端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時，才能使時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。不變，指示值就永遠正確。 4. 零點遷移法5. 冷端補償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅錳銅絲繞制絲繞制)、RC

37、u(銅絲繞制銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。四個橋臂和橋路電源組成。設(shè)計時，在設(shè)計時，在0下使電橋平衡下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時，此時Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 冷端補償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)供電4V直流，在040或-2020的范圍起補償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調(diào)整。6. 軟件處理法 對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即