第三章溫度傳感器

1、CH3 Temperature Sensor概概 論論conspectus/summarize熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器thermocouple熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器thermistor集成溫度傳感器集成溫度傳感器integrate circuit其他溫度傳感器其他溫度傳感器了解溫度傳感器的作用、地位和分類了解溫度傳感器的作用、地位和分類理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算，理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算， 熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)、特性曲線及應(yīng)用場合掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)、特性曲線及應(yīng)用場

2、合掌握電流型、電壓型、數(shù)字型三種集成溫度傳感器特掌握電流型、電壓型、數(shù)字型三種集成溫度傳感器特點(diǎn)、工作原理和使用方法點(diǎn)、工作原理和使用方法了解其他溫度傳感器工作原理了解其他溫度傳感器工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第一節(jié) 概 論 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、發(fā)展、發(fā)展最快最快的傳感器之一。的傳感器之一。l溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。l溫度檢測始于溫度檢測始于2000多年前。多年前。l工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及

3、環(huán)保等部門工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。都與溫度有著密切的關(guān)系。l工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。因此，人類離不開溫度，當(dāng)然也離不開溫度傳感器。 一、溫度的基本概念一、溫度的基本概念溫度：衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的高溫度：衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。低反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度

4、是溫度的標(biāo)尺。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。u熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)thermodynamic temperature scaleu國際實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)International practical temperature scaleu攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) Celsius temperature scaleu華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)Fahrenheit temperature scale 二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類u 隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化u 蒸氣壓的溫度變化蒸氣壓的溫度變化u 電極的溫度變化電極的溫度變化u 熱電偶

5、產(chǎn)生的電動(dòng)勢熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢u 光電效應(yīng)光電效應(yīng)u 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)u 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化u 物質(zhì)的變色、融解物質(zhì)的變色、融解u 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化u 熱放射熱放射u 熱噪聲熱噪聲1 1 溫度傳感器的物理原理溫度傳感器的物理原理(11)(11)特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢 測測和處理，且隨溫度呈線性變化和處理，且隨溫度呈線性變化除溫度以外，特性對其它物理量的靈敏度要低除溫度以外，特性對其它物理量的靈敏度要低特性隨時(shí)間變化要小特性隨時(shí)間變化要小重復(fù)性好，沒有滯后和老化重復(fù)性好，沒有滯后和老化靈敏度高，堅(jiān)

6、固耐用，體積小，對檢測對象的靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對檢測對象的影響要小影響要小機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜無危險(xiǎn)性，無公害等無危險(xiǎn)性，無公害等2.2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件溫度傳感器應(yīng)滿足的條件3. 3. 溫度傳感器的種類及特點(diǎn)溫度傳感器的種類及特點(diǎn)l 接觸式溫度傳感器l 非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器是將測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接接觸式溫度傳感器是將測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸，使被測介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩觸，使被測介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫度時(shí)，達(dá)到測量

7、的目的。這種傳感器的測者具有相同溫度時(shí)，達(dá)到測量的目的。這種傳感器的測量精度較高，但由于被測介質(zhì)的熱量傳遞給傳感器，從量精度較高，但由于被測介質(zhì)的熱量傳遞給傳感器，從而降低了被測介質(zhì)的溫度，特別是被測介質(zhì)熱容量較小而降低了被測介質(zhì)的溫度，特別是被測介質(zhì)熱容量較小時(shí)，會給測量帶來誤差。時(shí)，會給測量帶來誤差。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量

8、；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。生消耗；反應(yīng)快等。物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象體積熱膨脹體積熱膨脹電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動(dòng)勢結(jié)電動(dòng)勢晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類類鉑測溫電阻、熱敏電阻鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管

9、半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極

10、管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱超高溫用超高溫用傳感器傳感器1500以上以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用高溫用傳感器傳感器10001500光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中高溫用中高溫用傳感器傳感器5001000光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶熱電偶中溫用中溫用傳感器傳感器0500低溫用低溫用傳感器傳感器-2500極低溫用極低溫用傳感器傳感器-270-250BaSrTiO3陶瓷陶瓷晶體管、熱敏電阻、晶體管、熱敏電阻、壓力式玻

11、璃溫度計(jì)壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容見表下內(nèi)容 測測 溫溫 范范 圍圍溫度傳感器分類(1)分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱測溫范圍寬測溫范圍寬輸出小輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型線性型測溫范圍窄測溫范圍窄輸出大輸出大熱敏電阻熱敏電阻指數(shù)型指數(shù)型函數(shù)函數(shù)開關(guān)型開關(guān)型特性特性特定溫度特定溫度輸出大輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì)感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì) 測測 溫溫 特特 性性溫度傳感器分類溫度傳感器分類(2)分

12、分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱測定精度測定精度0.10.5鉑測溫電阻、石英晶體振動(dòng)鉑測溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度溫度標(biāo)準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)用測定精度測定精度0.55熱電偶、測溫電阻器、熱敏電熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅體集成電路傳感器、可控硅絕對值絕對值測定用測定用管理溫度管理溫度測定用測定用相對值相對值15 測測 定定 精精 度度溫度傳

13、感器分類(3)溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最溫差熱電偶（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。普遍的傳感元件之一。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換，還能用來測便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換，還能用來測量量流體的溫度流體的溫度、測量、測量固體以及固體壁面的溫度固體以及固體壁面的溫度。微型。微型熱電偶還可用于熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。的測量。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器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

14、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(bǔ)償冷端處理及補(bǔ)償兩種不同的導(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組合成閉合回路，組合成閉合回路，若導(dǎo)體若導(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，也就是說回則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在這種現(xiàn)象早在18211821年首先由西拜克（年首先由西拜克（SeeSeebackback）發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn), ,所以又稱西拜克效應(yīng)。所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖熱電偶原

15、理圖TT0AB 一、工作原理一、工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢，叫熱電勢。熱電勢勢thermo-electric force由兩部分組成，即由兩部分組成，即溫溫差電勢和接觸電勢。差電勢和接觸電勢。熱端熱端冷端冷端1. 1. 接觸電勢接觸電勢+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)導(dǎo)體導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢；時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢；e單位電荷，單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B在溫度為在溫度為T 時(shí)的電子密度。時(shí)的

16、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)。接觸電勢接觸電勢原理圖原理圖AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體導(dǎo)體A兩端溫度為兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；T，T0高低端的絕對溫度；高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢，例如在溫差電動(dòng)勢，例如在0時(shí)，銅的時(shí)，銅的 =2V/。2. 溫差電勢溫差電勢dTTTeTTAA0),(0溫差電勢原理圖溫差電勢原理圖由導(dǎo)體材料由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為組成的

17、閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果如果TT0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢和兩個(gè)溫差電，則必存在著兩個(gè)接觸電勢和兩個(gè)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. 回路總電勢回路總電勢),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0導(dǎo)體導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T和和T0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T和和T0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度；A 、 B導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B的湯

18、姆遜系數(shù)。的湯姆遜系數(shù)。導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩導(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)。如果使端的溫度有關(guān)。如果使E EABAB( (T T0 0)=)=常數(shù)，則回路熱常數(shù)，則回路熱電勢電勢E EABAB( (T T，T T0 0) )就只與溫度就只與溫度T T有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是T T的單的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢產(chǎn)生。料不同時(shí)才能有熱電勢產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料熱電偶回路熱電勢的大

19、小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(xì)無關(guān)。及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。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)才能組合成熱才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即，也即EAB(T，T0)=0。在實(shí)際測量中只需用儀表測出回路中總電勢即可。由于在實(shí)際測量中只需用儀表測出回路中總電勢即可。由于溫差電勢與接觸電勢相比較，其值很小，因此，在工程溫差電勢與接觸電勢相比較，其值很小，因此，在工程技術(shù)中認(rèn)為熱電勢近似等于接觸電勢。

20、技術(shù)中認(rèn)為熱電勢近似等于接觸電勢。在工程應(yīng)用中，測出回路總電勢后，用查熱電偶分度表在工程應(yīng)用中，測出回路總電勢后，用查熱電偶分度表的方法確定被測溫度。的方法確定被測溫度。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，回路中沒有電流在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢即不產(chǎn)生電動(dòng)勢)；反之，；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電如果有電流流動(dòng)，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。偶必須采用兩種不同材料作為電極。 二、熱電偶回路的性質(zhì)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

21、總總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2. 2. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，一個(gè)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(diǎn)溫度相同，則此回路只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則兩點(diǎn)結(jié)論：兩點(diǎn)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(diǎn)接點(diǎn)2與與C、A的接點(diǎn)的接點(diǎn)3，均處于相，均處于相同溫度

22、同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，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(diǎn)接點(diǎn)2與與C、B的接點(diǎn)的接點(diǎn)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：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1, T2）=EAB（T1）- -EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)- -EAB（T2）第三種材料第三種材料接入熱電偶接入熱電偶回路圖回路圖ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，在熱電偶回路中接入電位計(jì)根據(jù)上述原理，在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接

23、熱電偶處的接點(diǎn)溫度相只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方等，不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。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. 3. 中間溫度定律中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體

24、材料組成熱電偶回路如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度其接點(diǎn)溫度分別為分別為T1、T2(如圖所示如圖所示)時(shí)時(shí),則其熱電勢為則其熱電勢為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢為時(shí)，其熱電勢為EAB(T2, T3)；當(dāng)接；當(dāng)接點(diǎn)溫度為點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢為時(shí)，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）

25、 ABT1T2T2ABT0T0熱電偶補(bǔ)償熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖導(dǎo)線接線圖E對于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提對于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當(dāng)供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0時(shí)，則：時(shí)，則：只要只要T1、T0不變，接入不變，接入AB后不管接點(diǎn)溫度后不管接點(diǎn)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(bǔ)償導(dǎo)線原理。都不影響總熱電勢。這便是引入補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)即

26、引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)線時(shí)，當(dāng)EAA(T2)=EBB(T2)時(shí)，則回路總電動(dòng)勢為時(shí)，則回路總電動(dòng)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(shí)間改變；物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)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(shí)不被腐化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時(shí)不被腐蝕；蝕；l 熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；熱電勢高，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測

27、量溫度：長期：測量溫度：長期：1300、短期：、短期：1600。（一）熱電偶常用材料（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測量溫度：長期測量溫度：長期1000，短期，短期1300。3 3鎳鉻鎳鉻考銅熱電偶考銅熱電偶(E(E型型) ) 分度號分度號EA2EA2測量溫度：長期測量溫度：長期600，短期，短期800。4 4鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶(B(B型型) ) 分度號分度號LL2LL2測量溫度：長期可到測量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)，短期可達(dá)1800。幾種持殊用途的熱電偶幾種持殊用途的熱電偶（

28、1 1）銥和銥合金熱電偶）銥和銥合金熱電偶 如銥如銥50銠銠銥銥10釕熱電偶它能釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達(dá)在氧化氣氛中測量高達(dá)2100的高溫。的高溫。（2 2）鎢錸熱電偶）鎢錸熱電偶 可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，使用溫度范圍介質(zhì)中，使用溫度范圍3002000分度精度為分度精度為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2273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10V。（4 4）鈀）鈀鉑銥鉑銥1515熱電偶熱電偶 輸出性能高，在輸出性能高，在1398時(shí)的時(shí)的熱電勢為熱電勢為47.255mV。

29、 （6 6）銅）銅康銅熱電偶，分度號康銅熱電偶，分度號MK MK 熱電勢略高于鎳鉻熱電勢略高于鎳鉻-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。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，廣泛用于度高，廣泛用于20K473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。 （5 5）鐵）鐵康銅熱電偶，分度號康銅熱電偶，分度號TK TK 靈敏度高，線性靈敏度高，線性度好，可在度好，可在800以下的還原介質(zhì)中使用。以下的還原介質(zhì)中使用。 （二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型（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2 2鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）3 3快速反

30、應(yīng)薄膜熱電偶快速反應(yīng)薄膜熱電偶4 4快速消耗微型熱電偶快速消耗微型熱電偶 方法方法u 冰點(diǎn)槽法冰點(diǎn)槽法u 計(jì)算修正法計(jì)算修正法u 補(bǔ)正系數(shù)法補(bǔ)正系數(shù)法u 零點(diǎn)遷移法零點(diǎn)遷移法u 冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法u 軟件處理法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償四、冷端處理及補(bǔ)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；使冷端溫度保持恒定；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是以冷端溫度0為為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。依據(jù)，否則會產(chǎn)

31、生誤差。1. 1. 冰點(diǎn)槽法冰點(diǎn)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(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分分別置于兩個(gè)玻璃別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABABTCC儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償四、冷端處理及補(bǔ)償T02. 2. 計(jì)算修正法計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算，利

32、用公式計(jì)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(dòng)勢中，測得熱電動(dòng)勢EAB(T，TH)=1.979mV，又用室溫，又用室溫計(jì)測出計(jì)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)=0.84mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.819mV對應(yīng)的熱端溫度對應(yīng)的熱端溫度T=69。注意注意: :既不能只按既不能只按1.979mV1.979mV查表，認(rèn)為查表，認(rèn)為T T=49=4

33、9，也，也不能把不能把4949加上加上2121，認(rèn)為，認(rèn)為T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)3. 3. 補(bǔ)正系數(shù)法補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度把參比端實(shí)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(dá)即。用公式表達(dá)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端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個(gè)溫度；電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個(gè)溫度； TH室溫；室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。例例

34、用鉑銠用鉑銠10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(shí)熱電動(dòng)勢為，這時(shí)熱電動(dòng)勢為11.348mV查查S型熱電偶的分度表，型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再從下表中查出，對。再從下表中查出，對應(yīng)于應(yīng)于1150的補(bǔ)正系數(shù)的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度。于是，被測溫度 T=1150+0.5335=1168.3（）用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于一點(diǎn)，但誤差不大于0.14。 T T k T H例例 用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械用動(dòng)圈儀表

35、配合熱電偶測溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上的刻度上,在熱電動(dòng)勢為零時(shí)，指針指在熱電動(dòng)勢為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是示的溫度值并不是0而是而是TH。而熱電偶的冷端溫度已。而熱電偶的冷端溫度已是是TH,則只有當(dāng)熱端溫度則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。，指示值就永遠(yuǎn)正確。 4. 4. 零點(diǎn)遷移法零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是

36、應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定（如恒溫車，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。間或有空調(diào)的場所）。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值在測量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴兀驗(yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢度穩(wěn)定不變，電動(dòng)勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表是常數(shù)，利用指示儀表上上調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。5. 5. 冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補(bǔ)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(bǔ)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

37、、R3(錳銅錳銅絲繞制絲繞制)、RCu(銅絲繞制銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu),此時(shí)此時(shí)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(bǔ)償器的作用注意：橋臂注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 RCu Ua Uab EAB(T,T0)供電供電4V直流，在直流，在040或或- -2020的范圍起補(bǔ)償作用。的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材

38、質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。6. 6. 軟件處理法軟件處理法u冷端溫度恒定冷端溫度恒定T0 ：但：但T0不為不為0時(shí)，只需在采樣后時(shí)，只需在采樣后 加一個(gè)與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。加一個(gè)與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。u冷端溫度冷端溫度T0波動(dòng)：可利用熱敏電阻或其它傳感器把波動(dòng)：可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便信號輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入

39、的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個(gè)除了熱電動(dòng)勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸?shù)妮斎胪ǖ谰涂梢粤?。冷端集中，對于提高多點(diǎn)巡檢的速入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。度也很有利。 熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的

40、溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶熱電偶、熱熱電阻電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏電阻熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（- -40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。感器。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。 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NT

41、C二極管封裝二極管封裝環(huán)氧封裝、小型化高精度環(huán)氧封裝、小型化高精度 ； 響應(yīng)時(shí)響應(yīng)時(shí)間快間快 ； 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 根據(jù)不同用途有多種封根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)裝結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬；使用溫區(qū)寬 高穩(wěn)定性、高可靠性高穩(wěn)定性、高可靠性根據(jù)不同用途有多種封裝根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ；使用溫區(qū)寬；使用溫區(qū)寬 ；高穩(wěn)；高穩(wěn)定性、高可靠性定性、高可靠性 ；為客戶；為客戶提供多種便捷服務(wù)提供多種便捷服務(wù) 家用冰箱、空調(diào)器家用冰箱、空調(diào)器 ；電熱水器、整體浴室電熱水器、整體浴室 ；冰柜、豆?jié){機(jī)冰柜、豆?jié){機(jī) 環(huán)氧封裝、小型化、精度高環(huán)氧封裝、小型化、精度高 ；可靠性高、；可靠性高、響應(yīng)時(shí)間快響應(yīng)時(shí)間快

42、 ；引線采用聚脂漆包線、耐熱、；引線采用聚脂漆包線、耐熱、絕緣性好絕緣性好 （一）熱敏電阻的特點(diǎn)（一）熱敏電阻的特點(diǎn)1 1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好3 3阻值在阻值在111010M M之間可供自由選擇之間可供自由選擇4 4穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好5 5原料資源豐富，價(jià)格低廉原料資源豐富，價(jià)格低廉 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類 1 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） Positive Temperature Coefficient 2 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCNTC） Ne

43、gative Temperature Coefficient 3 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTRCTR） Chop Temperature Resistor （二）熱敏電阻的分類（二）熱敏電阻的分類 （一）熱敏電阻器的電阻（一）熱敏電阻器的電阻溫度特性（溫度特性（R RT TT T） 1234060120 1600100101102103104105106RT/溫度T/C熱敏電阻的電阻熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線溫度特性曲線1- -NTC；2- -CTR； 3 PTC二、熱敏電阻器主要特性二、熱敏電阻器主要特性Resistance-temperature ch

44、aracteristic of thermistorTT與與RTT特特性曲線一致。性曲線一致。T/RT、RT0溫度為溫度為T、T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值；時(shí)熱敏電阻器的電阻值； BN NTC熱敏電阻的熱敏電阻的材材料常數(shù)。料常數(shù)。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于小于450），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。 1 1 負(fù)電阻溫度系數(shù)負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性熱敏電阻器的溫度特

45、性011exp0TTBRRNTTNTC的電阻的電阻溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：0ln11ln0TNTRTTBR為了使用方便，常取環(huán)境溫度為為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25作為參考溫度（即作為參考溫度（即T0=25），則），則NTC熱敏電阻器的電阻熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系式：溫度關(guān)系式：29811exp25TBRRNT02550751001250.511.522.533.5(25C,1)RT / RT0-T特性曲線RT/R25T/2. 2.正電阻溫度系數(shù)（正電阻溫度系數(shù)（PTCPTC）熱敏電阻器的電阻）熱敏電阻器的電阻溫度特性溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里

46、點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，典型特性曲線如圖生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的，典型特性曲線如圖104103102100100200PTC熱敏電阻器的電阻溫度曲線T/C電阻/Tp1Tp2 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻阻器的電阻溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中式中 RT、RT0溫度分別為溫度分別為T、T0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； BP正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。若對上式取對數(shù)，則得：若對上式

47、取對數(shù)，則得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，得到下圖。分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，得到下圖。 ）可見：可見： 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)tp ，正好等于它的材料常數(shù)正好等于它的材料常數(shù)BP的值。的值。 lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRTT 表示的表示的PTC熱敏電阻器電阻熱敏電阻器電阻溫度曲線溫度曲線lnRrTPPTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100若對上式微分，可得若對上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)熱敏

48、電阻的電阻溫度系數(shù)tp abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性（二）熱敏電阻器的伏安特性（二）熱敏電阻器的伏安特性（U UI I）表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時(shí)的互相關(guān)系。率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1. 1.負(fù)溫度系數(shù)（負(fù)溫度系數(shù)（NTCNTC）熱敏電阻器的伏安特性）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為該曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)UI曲線曲

49、線.熱敏電阻的端電壓熱敏電阻的端電壓UT和通過它和通過它的電流的電流I有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0環(huán)境溫度；環(huán)境溫度；T熱敏電阻的溫升。熱敏電阻的溫升。 104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2 2正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PTCPTC）熱敏電阻器的伏安特性）熱敏電阻器的伏安特性（三）功率（三）功率- -溫度特性（溫度特性（P PT TT T）描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與電阻器所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)

50、。電阻器所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。（四）熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性（四）熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻因此，它的變化必然有時(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性。值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性種類：動(dòng)態(tài)特性種類：u周圍溫度變化所引起的加熱特性；周圍溫度變化所引起的加熱特性；u周圍溫度變化所引起的冷卻特性；周圍溫度變化所引起的冷卻特性；u熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。

51、Power temperature characteristic of thermistor Dynamic temperature characteristic of thermistor 當(dāng)熱敏電阻器由溫度當(dāng)熱敏電阻器由溫度T0增加到增加到TU時(shí)，其電阻值時(shí)，其電阻值RTr隨時(shí)間隨時(shí)間 t 的變化規(guī)律為：的變化規(guī)律為： 式中式中 RTt時(shí)間為時(shí)間為t時(shí)，熱敏電阻的阻值；時(shí)，熱敏電阻的阻值； T0 環(huán)境溫度；環(huán)境溫度；Tu 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度(TuT0); RTa溫度溫度Ta時(shí)時(shí),熱敏電阻器的電阻值；熱敏電阻器的電阻值； t時(shí)間。時(shí)間。 當(dāng)熱敏電阻由溫度當(dāng)熱敏電阻由溫度Tu冷卻冷卻T0時(shí)，其電

52、阻值時(shí)，其電阻值RTt與時(shí)與時(shí)間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：TaanuunTtRTBtTTBRln)/exp()T(ln0TaanunTtRTBtTBRln)/exp()T(ln0 三、熱敏電阻的基本參數(shù)三、熱敏電阻的基本參數(shù)1. 1. 標(biāo)稱電阻標(biāo)稱電阻(Nominal Resistance)R(Nominal Resistance)R2525（冷阻）（冷阻）2. 2. 材料常數(shù)材料常數(shù)(Material Constant)B(Material Constant)BNN表征負(fù)溫度系數(shù)表征負(fù)溫度系數(shù)(NTC) 材料的物理特性常數(shù)。材料的物理特性常數(shù)。BN值決值決定于材料的激活能定于材料的激活能E，BN

53、值隨溫度升高略有增加。值隨溫度升高略有增加。 3. 3. 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)(Thermal Coefficient ofResistance)(Thermal Coefficient ofResistance)(%/)(%/)熱敏電阻的溫度變化熱敏電阻的溫度變化1 時(shí)電阻值的變化率。時(shí)電阻值的變化率。4. 4. 耗散系數(shù)耗散系數(shù)(Dissipation Constant)(Dissipation Constant)H H熱敏電阻器溫度變化熱敏電阻器溫度變化1所耗散的功率變化量。所耗散的功率變化量。5. 5. 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)(Timr Constant)(Timr Constant)在

54、零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度在零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的變化量從開始到最終變量的63.2所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。6. 6. 最高工作溫度最高工作溫度T Tmaxmax在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度7. 7. 最低工作溫度最低工作溫度T Tminmin在規(guī)定的技術(shù)條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。在規(guī)定的技術(shù)條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。8. 8. 轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度T Tc c熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要

55、指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。9. 9. 額定功率額定功率(Rated Power)P(Rated Power)PE E熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負(fù)荷工作所允熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下許的消耗功率。在此功率下,它自身溫度不應(yīng)超過它自身溫度不應(yīng)超過Tmax10. 10. 測量功率測量功率(Measured Power)(Measured Power) P P0 0熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測量電流加熱而受到測量電流加熱而引起的電阻值變化不超過引起的電

56、阻值變化不超過0.1時(shí)所消耗的功率。時(shí)所消耗的功率。11. 11. 工作點(diǎn)電阻工作點(diǎn)電阻R RG G在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。 12. 12. 工作點(diǎn)耗散功率工作點(diǎn)耗散功率P PG G電阻值達(dá)到電阻值達(dá)到RG時(shí)所消耗的功率。時(shí)所消耗的功率。13. 13. 功率靈敏度功率靈敏度K KG G熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率lmW時(shí)所引起電阻的時(shí)所引起電阻的變化，在工作范圍內(nèi)，變化，在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。隨環(huán)境溫度

57、的變化略有改變。14. 14. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。原有特性的能力。15. 15. 熱電阻值熱電阻值R RH H指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過給定的工作電流時(shí)指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過給定的工作電流時(shí),電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。16. 16. 加熱器電阻值加熱器電阻值RrRr指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。下的電阻值。18. 18. 標(biāo)稱工作電流標(biāo)稱工作電流 I I指在環(huán)境溫

58、度指在環(huán)境溫度25時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。19. 19. 標(biāo)稱電壓標(biāo)稱電壓在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對應(yīng)的電壓值。在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對應(yīng)的電壓值。20. 20. 元件尺寸元件尺寸指熱敏電阻器的截面積指熱敏電阻器的截面積A、電極間距離、電極間距離L和直徑和直徑d。 17. 17. 最大加熱電流最大加熱電流I Imaxmax指旁熱式熱敏電阻器上允許通過的最大電流。指旁熱式熱敏電阻器上允許通過的最大電流。伏安特性伏安特性的位置的位置在儀器儀表中的應(yīng)用在儀器儀表中的應(yīng)用 U m 的左邊的左邊

59、溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測、溫度報(bào)警、溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測、溫度報(bào)警、溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外探測器、熱傳導(dǎo)測定、比熱測定探測器、熱傳導(dǎo)測定、比熱測定U m的附近的附近液位測定、液位檢測液位測定、液位檢測U m的右邊的右邊流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析旁熱型旁熱型熱敏電阻器熱敏電阻器風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空計(jì)計(jì)（一）檢測和電路用的熱敏電阻器（一）檢測和電路用的熱敏電阻器 （U m峰值電壓）峰值電壓） 檢測用檢測用

60、的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用 四、熱敏電阻器的應(yīng)用四、熱敏電阻器的應(yīng)用電路元件電路元件熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類 在儀器儀表中的應(yīng)用在儀器儀表中的應(yīng)用U m 的左邊的左邊偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償U(kuò) m的附近的附近恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路U m的右邊的右邊自動(dòng)增益控制電路、自動(dòng)增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路振蕩器、振幅穩(wěn)定電路 測溫用的熱敏電阻器，其工作點(diǎn)的選取，由熱敏測溫用的熱敏電阻器，其工作點(diǎn)的選取，由熱