第09章 溫度傳感器

1、測量技術(shù)基礎(chǔ)測量技術(shù)基礎(chǔ)第九章第九章 溫度傳感器溫度傳感器 溫度測量基本概念溫度測量基本概念 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器 集成溫度傳感器集成溫度傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：溫度：溫度：反映了物體的冷熱程度，與自然界中各種反映了物體的冷熱程度，與自然界中各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。溫度測量：溫度測量：以熱平衡為基礎(chǔ)。以熱平衡為基礎(chǔ)。溫度基本特性：溫度基本特性：當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱、換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱、換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，具有相同的溫度。熱平衡狀態(tài)，具有相同的溫度

2、。溫度測量方式：溫度測量方式：接觸式和非接觸式。接觸式和非接觸式。一、溫度測量基本概念一、溫度測量基本概念 9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 1、溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫。它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn)度讀數(shù)的起點(diǎn)(即零點(diǎn)即零點(diǎn))以及溫度的單位。各類溫以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。2、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)等。等。 9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)：

3、F=9/5C+32攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)：C=K-273.15l接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器l非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器 接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時(shí)，測量低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時(shí)，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。提條件是被測物體的

4、熱容量要足夠大。 非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)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。其制造成出紅外線，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：不從被測物體上吸收本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測對(duì)象的溫度場；連續(xù)測量不會(huì)產(chǎn)生消熱量；不會(huì)干擾被測對(duì)象的溫度場；連續(xù)測量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。耗；反應(yīng)快等。9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念三、溫度傳感器分類三、溫度傳感器分類 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)

5、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(shì)結(jié)電動(dòng)勢(shì)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、光輻射傳傳感感器器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

6、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9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)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)、輻射傳感器、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、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅器、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

7、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9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念分分 類類特特 征征傳傳 感感 器器 名名 稱稱測

8、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 性性測溫特性測溫特性9.1 溫度測量基本概念溫度測量基本概念1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律3 熱電偶冷端處理和補(bǔ)償熱電偶冷端處理和補(bǔ)

9、償4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶5 熱電偶分度表熱電偶分度表6 熱電偶傳感器的應(yīng)用熱電偶傳感器的應(yīng)用9.2 熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶測溫主要優(yōu)點(diǎn)熱電偶測溫主要優(yōu)點(diǎn) 1、它屬于、它屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器：傳感器： 測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；儀表； 2、測溫范圍廣、測溫范圍廣：下限可達(dá)下限可達(dá)-270 C ，上限可達(dá)，上限可達(dá)1800 C以上；以上； 3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國際計(jì)量委員會(huì)國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。9.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩

10、個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) 熱電極熱電極A右端稱為：右端稱為： 自由端自由端 參考端參考端 冷端冷端 左端稱為：左端稱為： 測量端測量端 工作端工作端 熱端熱端熱電極熱電極B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB9.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理 熱電偶熱電偶：兩種不同的金屬：兩種不同的金屬A和和B構(gòu)成閉合回路，構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端當(dāng)兩個(gè)接觸端TT0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)決定和單一材料的溫差電勢(shì)決定ABTT09.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原

11、理9.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理1) 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)(帕爾貼熱電勢(shì)帕爾貼熱電勢(shì)) 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬的密度不同，在兩金屬A A和和B B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B B，使使A A失去電子帶正電，失去電子帶正電，B B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。 BAABNNekTTeln)(2) 溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)(湯姆遜熱電勢(shì)湯姆

12、遜熱電勢(shì))TTAdTTTe0),(09.2.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理3) 熱電偶回路的總熱電勢(shì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：a) 兩種不同的金屬材料組成熱電偶；兩種不同的金屬材料組成熱電偶； b) 兩端存在溫差。兩端存在溫差。 )()(,00000TfTfTTeTeTTeTeTTEBABAABAB 熱電勢(shì)是熱電勢(shì)是T和和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)?shù)臏囟群瘮?shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)T0=0時(shí)，時(shí)，f(T0)=0則有：則有：)(),(0TfTTEAB E與與T間有唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此可用測量到的間有唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系

13、，因此可用測量到的熱電勢(shì)熱電勢(shì)E來得到對(duì)應(yīng)的溫度值來得到對(duì)應(yīng)的溫度值T，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B的材料及冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及的材料及冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及接觸面積無關(guān)。接觸面積無關(guān)。 1) 勻質(zhì)導(dǎo)體定律勻質(zhì)導(dǎo)體定律2) 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律3) 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律9.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律1) 勻質(zhì)導(dǎo)體定律勻質(zhì)導(dǎo)體定律 熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭娕嫉臒犭妱?shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。熱電極的溫度分布無關(guān)。 如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫如果熱電偶

14、的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場中測溫時(shí)將造成測量誤差。所以熱電極材料的均度場中測溫時(shí)將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。TT0 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積及合回路，不論導(dǎo)體的截面積及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶必須不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成。采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成。9.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律2) 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體在熱電偶回路中接

15、入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間導(dǎo)體接入的影響。不受中間導(dǎo)體接入的影響。為用測量儀表測量回路的熱電動(dòng)勢(shì)提供理論依據(jù)為用測量儀表測量回路的熱電動(dòng)勢(shì)提供理論依據(jù)TT0V9.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極分別與參考電極C組成熱電偶，如果組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A和和B兩極配對(duì)后的熱兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：000T ,TET ,TET ,TECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、

16、人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極3) 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律9.2.2 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，才而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，才能通過測量熱電勢(shì)的大小得到熱端的溫度。能通過測量熱電勢(shì)的大小得到熱端的溫度。 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償：熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償： 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長到一個(gè)溫度穩(wěn)定的須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長到一個(gè)

17、溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為地方，再考慮將冷端處理為0。9.2.3 熱電偶冷端處理和補(bǔ)償熱電偶冷端處理和補(bǔ)償幾種冷端處理方法幾種冷端處理方法1) 熱電偶冷端溫度恒溫法熱電偶冷端溫度恒溫法2)計(jì)算修正法計(jì)算修正法3)冷端補(bǔ)償電橋法冷端補(bǔ)償電橋法9.2.3 熱電偶冷端處理和補(bǔ)償熱電偶冷端處理和補(bǔ)償1)熱電偶冷端溫度恒溫法熱電偶冷端溫度恒溫法9.2.3 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償 在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是0C，而，而是環(huán)境溫度，這時(shí)測量出的回路熱電勢(shì)要小，因此必是環(huán)境溫度，這時(shí)測量出的回路熱電勢(shì)要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之

18、間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶分度表的要求。能符合熱電偶分度表的要求。 0011,TET ,TE,TE 可用室溫計(jì)測出環(huán)境溫度可用室溫計(jì)測出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的，從分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測溫度值。值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測溫度值。2)計(jì)算修正法計(jì)算修正法9.2.3 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償例：例：用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅鎳硅(K型型)熱電偶測溫，熱電偶參比端溫?zé)犭娕紲y溫，熱電偶參比端溫

19、度為度為30。測得的熱電勢(shì)為。測得的熱電勢(shì)為28mV，求熱端溫度。，求熱端溫度。mVE203. 1)0 ,30(mVTE28)30,(mVmVmVTE203.29203. 128)0 ,(反查反查K分度表分度表 T=701.5計(jì)算修正曲線計(jì)算修正曲線 2)計(jì)算修正法計(jì)算修正法9.2.3 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償 利用直流不平衡電橋產(chǎn)利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶冷端生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值變化值 3)冷端補(bǔ)償電橋法冷端補(bǔ)償電橋法9.2.3 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償 橋臂銅電阻橋臂銅電阻RCu

20、必須和熱電偶的冷端處于同一溫必須和熱電偶的冷端處于同一溫度下。電橋在度下。電橋在0設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的RCu的阻值與其余三個(gè)橋臂的阻值與其余三個(gè)橋臂電阻相等，這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)，圖中電阻相等，這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)，圖中b和和a之間之間的電壓的電壓Uba=0(冷端補(bǔ)償器輸出電壓冷端補(bǔ)償器輸出電壓)。當(dāng)冷端。當(dāng)冷端 t00時(shí)，熱電偶電勢(shì)將減少，時(shí)，熱電偶電勢(shì)將減少，RCu增大，使電橋不平衡，增大，使電橋不平衡，出現(xiàn)出現(xiàn)Uba0。這時(shí)。這時(shí)Uba與熱電勢(shì)與熱電勢(shì)E(T,T0)同向串聯(lián)，電同向串聯(lián)，電勢(shì)相加增大，起到了補(bǔ)償作用，相當(dāng)于把熱電偶冷勢(shì)相加增大，起到了補(bǔ)償作用，相當(dāng)于把熱電偶冷端置于端置于0，完成

21、了熱電偶冷端處理和補(bǔ)償功能。，完成了熱電偶冷端處理和補(bǔ)償功能。 3)冷端補(bǔ)償電橋法冷端補(bǔ)償電橋法9.2.3 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國際和國能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國際和國家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。精度有一定的保證。 國際電工委員會(huì)國際電工委員會(huì)(IEC)共推薦了共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 從從1988年年1月月1日起，我國熱電偶和

22、熱電阻的生產(chǎn)全日起，我國熱電偶和熱電阻的生產(chǎn)全部按部按IEC的標(biāo)準(zhǔn)，并指定的標(biāo)準(zhǔn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。但其中的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。但其中的R型型（鉑銠（鉑銠13-鉑）熱電偶，因其溫度范圍與鉑）熱電偶，因其溫度范圍與S型（鉑銠型（鉑銠10-鉑）鉑）重合，我國沒有生產(chǎn)和使用。重合，我國沒有生產(chǎn)和使用。9.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)熱電偶名稱熱電偶名稱分度號(hào)分度號(hào)熱電極識(shí)別熱電極識(shí)別E（100,0）（mV）測溫范圍（測溫范圍（）對(duì)分度表允許偏差（對(duì)分度表允許偏差（）新新極性極性識(shí)別識(shí)

23、別長期長期短期短期等級(jí)等級(jí)使用溫度使用溫度允差允差鉑銠鉑銠10-鉑鉑S正正亮白較硬亮白較硬0.6460130016006001.5負(fù)負(fù)亮白柔軟亮白柔軟6000.25%t鉑銠鉑銠13-鉑鉑R正正較硬較硬0.6470130016006001.5負(fù)負(fù)柔軟柔軟11000.25%t鉑銠鉑銠30-鉑銠鉑銠B正正較硬較硬0.0330160018006009004負(fù)負(fù)稍軟稍軟8000.5%t鎳鉻鎳鉻-鎳硅鎳硅K正正不親磁不親磁4.096012001300-4013002.5或或0.75%t負(fù)負(fù)稍親磁稍親磁-200402.5或或1.5%t鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳硅鎳硅N正正不親磁不親磁2.774-20012001300

24、-4011001.5或或0.4%t負(fù)負(fù)稍親磁稍親磁-4013002.5或或0.75%t鎳鉻鎳鉻-康銅康銅E正正暗綠暗綠6.319-200760850-409002.5或或0.75%t負(fù)負(fù)亮黃亮黃-200402.5或或1.5%t銅銅-康銅康銅T正正紅色紅色4.279-200350400-403501或或0.75%t負(fù)負(fù)銀白色銀白色-200401或或1.5%t鐵鐵-康銅康銅J正正親磁親磁5.269-40600750-407502.5或或0.75%t負(fù)負(fù)不親磁不親磁9.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶鎳鉻鎳鉻-鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶(K型型) 使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其它熱電偶使用量最大的廉金

25、屬熱電偶，用量為其它熱電偶的總和。的總和。 正極正極(KP)的名義化學(xué)成分為：的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr=90:10， 負(fù)極負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為：的名義化學(xué)成分為：Ni:Si=97:3。 其使用溫度為其使用溫度為-2001300。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：線性度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)線性度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜。能用于定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。氧化性和惰性氣氛中。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：K型熱電偶不能在高溫下直接用于還原性或型熱電偶不能在高溫下直接用于還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。還原、氧化交

26、替的氣氛中，也不能用于真空中。9.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電偶的分度表熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國從我國從1991年開始采用國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的年開始采用國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國際溫標(biāo)年國際溫標(biāo)”(簡稱簡稱ITS-90)的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。與之對(duì)應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端的約束條件是：自由端(冷端冷端)

27、溫度必須為溫度必須為0 C。 9.2.5 熱電偶的分度表熱電偶的分度表幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析 思考：思考： 1) 哪幾種熱電偶哪幾種熱電偶的測溫上限較高？的測溫上限較高？ 2) 哪一種熱電偶哪一種熱電偶的靈敏度較高？的靈敏度較高？ 3) 哪一種熱電偶哪一種熱電偶的靈敏度較低？的靈敏度較低？ 4) 哪幾種熱電偶哪幾種熱電偶的線性較差？的線性較差？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)為什么所有的曲線均過原點(diǎn)(零度點(diǎn)零度點(diǎn))？9.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶如何利用熱電偶的分度表如何利用熱電偶的分度表 假設(shè)熱電偶的冷端溫度為假設(shè)熱電偶的冷端溫度為

28、0 C，請(qǐng)根據(jù)工業(yè)中常用的鎳鉻，請(qǐng)根據(jù)工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅鎳硅(K)熱電偶的分度表，查出熱電偶的分度表，查出100 C 、0 C、 100 C 時(shí)的熱時(shí)的熱電勢(shì)。電勢(shì)。數(shù)字式溫度表數(shù)字式溫度表溫度上限設(shè)定值溫度上限設(shè)定值溫度上限值設(shè)定鍵溫度上限值設(shè)定鍵9.2.5 熱電偶的分度表熱電偶的分度表K熱電偶熱電偶的分度表的分度表 比較查出的比較查出的3個(gè)熱電勢(shì)，可個(gè)熱電勢(shì)，可以看出熱電勢(shì)以看出熱電勢(shì)是否線性？是否線性？9.2.5 熱電偶的分度表熱電偶的分度表普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋(出廠時(shí)用塑料包裹出廠時(shí)用塑料包裹)

29、熱電偶工作端熱電偶工作端(熱端熱端) 不銹鋼保護(hù)管不銹鋼保護(hù)管 9.2.6 熱電偶結(jié)構(gòu)形式熱電偶結(jié)構(gòu)形式鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形9.2.6 熱電偶結(jié)構(gòu)形式熱電偶結(jié)構(gòu)形式鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶可長達(dá)鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護(hù)套管（鎧體）保護(hù)套管（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶橫截面鎧裝型熱電偶橫截面9.2.6 熱電偶結(jié)構(gòu)形式熱電偶結(jié)構(gòu)形式其它其它熱電偶外形熱電偶外形小形小形K型熱電偶型熱電偶9.2.6 熱電偶結(jié)構(gòu)形式熱電偶結(jié)構(gòu)形式1 金屬熱電阻金屬熱電阻2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻3 熱電阻式傳感器的應(yīng)用熱電阻式傳感器的應(yīng)用

30、 9.3 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器常用熱電阻常用熱電阻(1) 鉑熱電阻鉑熱電阻 主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞?；鶞?zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。(2) 銅熱電阻銅熱電阻 測量精度要求不高且溫度較低的場合，測測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般為量范圍一般為50150。 9.3 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器(1) 鉑熱電阻鉑熱電阻 鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān) 。 長時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)長時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4K ，是目前測溫復(fù)現(xiàn)，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。性最好的一種溫度計(jì)。 W(100

31、)越高，表示鉑絲純度越高，越高，表示鉑絲純度越高， 國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W(100)1.3925 目前技術(shù)水平已達(dá)到目前技術(shù)水平已達(dá)到W(100)1.3930， 工業(yè)用鉑電阻的純度工業(yè)用鉑電阻的純度W(100)為為1.3871.390。 0100)100(RRW百度電阻比百度電阻比 目前最好材料目前最好材料9.3.1 金屬熱電阻金屬熱電阻 鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系，即特性方程如鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系，即特性方程如下：當(dāng)溫度下：當(dāng)溫度t在在200 t 0時(shí)：時(shí)： )100(1 320ttCtBtARRt當(dāng)溫度當(dāng)溫度 t 在在0 t

32、 650時(shí)：時(shí)： 1 20tBtARRt 國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W(100)1.391R0分為分為50和和100兩種，分度號(hào)分別為兩種，分度號(hào)分別為Pt50和和Pt100，其分，其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系）度表（給出阻值和溫度的關(guān)系） (1) 鉑熱電阻鉑熱電阻9.3.1 金屬熱電阻金屬熱電阻(2) 銅熱電阻銅熱電阻應(yīng)用：應(yīng)用：測量精度要求不高且溫度較低的場合測量精度要求不高且溫度較低的場合 測量范圍：測量范圍：50150優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能

33、好。易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 易于氧化，一般只用于易于氧化，一般只用于150以下的低溫測量和沒以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。 與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。大。9.3.1 金屬熱電阻金屬熱電阻銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為)1 (0tRRt 為銅的溫度系數(shù)，為銅的溫度系數(shù)，(4.254.28)10-3/。 銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系是線性的銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系是線性的 工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻

34、的 R0 按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取計(jì)取50和和100兩種，分度號(hào)分別為兩種，分度號(hào)分別為Cu50和和Cu100，相，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。 (2) 銅熱電阻銅熱電阻9.3.1 金屬熱電阻金屬熱電阻 利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)。由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： (1) 熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（49倍）倍） (2) 電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點(diǎn)電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點(diǎn) 溫、表面溫度及快速

35、變化的溫度。溫、表面溫度及快速變化的溫度。 (3) 結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械性能好。結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械性能好。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。9.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻(Thermistor)分類分類正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)(PTC，Positive Temperature Coefficient)負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)(NTC，Negative Temperature Coefficient ) 臨界溫度熱敏電阻臨界溫度熱敏電阻(CTR， Critical Temperature Resistor )9.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏

36、電阻1) 金屬熱電阻傳感器金屬熱電阻傳感器 -200+500范圍的溫度測量范圍的溫度測量 特點(diǎn)：精度高、適于測低溫。特點(diǎn)：精度高、適于測低溫。2) 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器 應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測量、用電器等方面用作測溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測量、液面指示等。液面指示等。9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用(1) 溫度測量溫度測量 熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì)熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì) 9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用簡易溫度控制器簡易溫度控制器 (2)

37、溫度控制溫度控制 9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用 儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電路儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電路金屬一般具有正的溫度系數(shù)，金屬一般具有正的溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差?？梢缘窒捎跍囟茸兓a(chǎn)生的誤差。 (3) 溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用 利用熱敏電阻上的熱量消耗和介質(zhì)流速的關(guān)系可利用熱敏電阻上的熱量消耗和介質(zhì)流速的關(guān)系可以測量流量、流速、風(fēng)速等以測量流量、流速、風(fēng)速等 熱熱敏敏電電阻阻流流量量計(jì)計(jì) (4)流量測量流量測量9.3.3 熱敏

38、電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏傳感器熱敏傳感器9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用溫控器溫控器熱敏傳感器熱敏傳感器9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏傳感器熱敏傳感器水溫感應(yīng)塞9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏傳感器熱敏傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏傳感器熱敏傳感器廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等9.3.3 熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用集成溫度傳感器集成溫度傳感器 集成溫度傳感器集成溫度傳感器

39、(溫溫度度IC)將溫度敏感元件和將溫度敏感元件和放大、運(yùn)算和補(bǔ)償?shù)入姺糯?、運(yùn)算和補(bǔ)償?shù)入娐凡捎梦㈦娮蛹夹g(shù)和集路采用微電子技術(shù)和集成工藝集成在一片芯片成工藝集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測量、上，從而構(gòu)成集測量、放大、電源供電回路于放大、電源供電回路于一體的高性能的測溫傳一體的高性能的測溫傳感器。感器。9.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器PN結(jié)的溫度特性結(jié)的溫度特性 二極管的正向電壓降二極管的正向電壓降UD以以 -2mV/ 變化變化 1、集成溫度傳感器的測溫原理、集成溫度傳感器的測溫原理 9.4 集成溫度傳感器集成溫度傳感器2、集成溫度傳感器的類型、集成溫度傳感器的類型 集成溫度傳感器可分為：模擬型集成溫度傳感器集成溫度傳感器可分為：模擬型集成溫度傳感器和數(shù)字型集成溫度傳感器。和數(shù)字型集成溫度傳感器。 模擬型的輸出信號(hào)形式有電壓型和電流型兩種。模擬型的輸出信號(hào)形式有電壓型和電流型兩種。電壓型的靈敏度多為電壓型的靈敏度多為10mV/(以攝氏溫度以攝氏溫度0作為電作為電壓的零點(diǎn)壓的零點(diǎn)) 電流型的靈敏度多為電流型的靈敏度多為1A/K(以絕對(duì)溫度以絕