第3章 溫度傳感器課件

第3章溫度傳感器1掌握溫度的概念、溫度的測量方法了解溫度的測量原理、溫度傳感器的種類及應用學習目的23.1溫標及溫度的測量方法3.2膨脹式溫度計3.3電阻式溫度傳感器3.4熱電偶溫度傳感器3.5集成溫度傳感器3.6輻射式溫度傳感器本章小結主要內容返回主目錄33.1溫標及溫度的測量方法溫度測量的基本概念:溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內部分子無規(guī)則劇烈運動程度的標志,分子運動越劇烈，溫度就越高。

模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！43.1.1溫標用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規(guī)定了溫度的讀數起點（零點）和測量溫度的基本單位。華氏溫標（℉）——在標準大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為F。攝氏溫標(℃)——在標準大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度℃，符號為t。熱力學溫標（K）——規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度（0K），符號為T。熱力學溫標的零點—絕對零度，是宇宙低溫的極限，宇宙間一切物體的溫度可以無限地接近絕對零度但不能達到絕對零度（如宇宙空間的溫度為0.2K）。溫標3種溫標的換算關系為53.1.2溫度的測量方法溫度不能直接測量，需要借助于某種物體的物理參數隨溫度冷熱不同而明顯變化的特性進行間接測量。溫度傳感器就是通過測量某些物理量參數隨溫度的變化而間接測量溫度的。溫度傳感器是由溫度敏感元件（感溫元件）和轉換電路組成的，如下圖所示。溫度感溫元件轉換電路溫度顯示圖3-1溫度傳感器的組成框圖6溫度測量方法接觸式——感溫元件與被測對象接觸，彼此進行熱量交換，使感溫元件與被測對象處于同一環(huán)境溫度下，感溫元件感受到的冷熱變化即是被測對象的溫度。常用的接觸式測溫的溫度傳感器主要有熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體溫度傳感器等。非接觸式——利用物體表面的熱輻射強度與溫度的關系來測量溫度的。通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強度來確定被測物的溫度。常見的非接觸式測溫傳感器有：輻射高溫計、光學高溫計、比色高溫計、熱紅外輻射溫度傳感器等。7接觸測量8非接觸測量紅外線測溫9溫度傳感器按照用途可分為基準溫度計和工業(yè)溫度計；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。

10介紹幾種溫度測量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨11變色涂料在電腦內部溫度中的示溫作用CPU散熱風扇低溫時顯示藍色溫度升高后變?yōu)榧t色12紅外溫度計133.2膨脹式溫度計工作原理——利用物體受熱體積膨脹的原理而制成的，多用于現場測量及顯示。分類——按選用的物質不同，可分為液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、氣體膨脹式溫度計3種類型。測溫范圍——膨脹式溫度計可以測量-200～700℃范圍的溫度。在機械熱處理測溫中，常用于測量堿槽、油槽、法蘭槽、淬火槽及低溫干燥箱的溫度，也廣泛用于測量設備、管道和容器的溫度。特點——這種溫度計結構簡單，制造和使用方便，價格低，但外殼薄脆、易損壞，大部分不適于遠距離測溫，必須接觸測量。143.2.1玻璃液體溫度計

將酒精、水銀、煤油等液體充入到透明有刻度的玻璃吸管中，兩端密封，就制成玻璃液體溫度計。它是利用玻璃感溫泡內的液體受熱體積膨脹與玻璃體積膨脹之差來測量溫度的。

15酒精溫度計——量度范圍約為-114℃～78℃水銀溫度計——大多用于液體、氣體及粉狀固體溫度的測量，測溫范圍為-30℃～+300℃玻璃液體溫度計煤油溫度計——量度范圍約為-30℃～150℃。

平?？吹窖b有紅色工作物質的溫度計，溫度計的刻度在100℃以下，一般都是煤油溫度計，而不是酒精溫度計。163.2.2固體膨脹式溫度計工作原理——利用膨脹系數不同的兩種金屬材料牢固地粘貼在一起制成的。典型的固體膨脹式溫度計是雙金屬溫度傳感器，如圖3-3所示。圖3-3

雙金屬片工作原理圖3-4

雙金屬溫度計雙金屬溫度計測溫范圍為-100℃～+600℃，探頭長度可以達到1米長，可用于測量液體、蒸汽及氣體介質溫度。特點：現場顯示溫度，直觀方便，抗震性能好，結構簡單，牢固可靠，使用壽命長，但精度不高。

17結構圖3-5雙金屬溫度計的結構

可以做成軸向型、徑向型、135o型及萬向型。連接方式有：可動外螺紋、可動內螺紋、固定螺紋、固定法蘭、卡套螺紋、卡套法蘭、無固定安裝等連接18雙金屬溫度傳感器常用于恒溫箱、加熱爐、電飯鍋（電飯煲）、電熨斗等溫度控制.圖3-6雙金屬溫度傳感器用于控制溫度示意圖圖3-7雙金屬控制電飯鍋溫度193.2.3氣體膨脹式溫度計圖3-8氣體膨脹式溫度計氣體膨脹式溫度計是基于密封在容器中的氣體或液體受熱后體積膨脹，壓力隨溫度變化而變化的原理測溫的，所以該溫度計又稱為壓力式溫度計。當溫包受熱后，其內部的工作介質溫度升高，體積膨脹，壓力增大，此壓力經毛細管傳到彈簧管內，使彈簧管產生變形，并由傳動機構帶動指針偏轉，指示相應的溫度值。20氣體膨脹式溫度計根據填充物的不同氮氣、氯甲烷、水銀），可分為:

氣體壓力式溫度計、蒸汽壓力式溫度計和液體壓力式溫度計。測溫范圍為-100℃～+700℃。主要用于遠距離設備的氣體、液體、蒸汽的溫度測量，也能用于溫度控制和有爆炸危險場所的溫度測量。21體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學溫度成正比223.3電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器是利用導體或半導體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測量溫度的，即材料的電阻率隨溫度的變化而變化，這種現象稱為熱電阻效應。溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。23把由金屬導體鉑、銅、鎳等制成的測溫元件稱為金屬熱電阻，分類簡稱熱電阻傳感器；把由半導體材料制成的測溫元件稱為熱敏電阻。243.3.1金屬熱電阻傳感器工作原理——利用金屬導體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進行測溫的。圖3-9金屬熱電阻傳感器測量示意圖

主要材料——鉑和銅。測溫范圍——-220850℃范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測量至-272℃，高溫可測量至1000℃。25易提純、復制性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

261.

鉑熱電阻1.

鉑熱電阻的電阻-溫度特性鉑電阻的特點是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應用。鉑電阻的測量范圍為-200～850℃。27薄膜型及普通型鉑熱電阻

28小型鉑熱電阻

29防爆型鉑熱電阻

30

-200～

0℃的溫度范圍內為：

Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]0～

850℃的溫度范圍內為：

Rt=R0(1+At+Bt2)

式中Rt和R0分別為t和0℃時的鉑電阻值；A、B、和C為常數，其數值為

A=3.9684×10-3/℃B=-5.847×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃分度號分別為Pt10、Pt50、Pt100，其中Pt100最常用。鉑熱電阻不同分度號對應有相應分度表，即Rt–t的關系

3132鉑熱電阻純度用R100/R0=（1.385）表示鉑絲的純度，比值越大，純度越高，測量越精確。我國工業(yè)用鉑電阻R100/R0=1.391～1.389，國際上規(guī)定R100/R0≥1.392

書中的A、B、C的值是分度號為Pt100332.

銅熱電阻的電阻-溫度特性

由于鉑是貴金屬，在測量精度要求不高，溫度范圍在-50150℃時普遍采用銅電阻。銅電阻與溫度間的關系為：

Rt=R0(1+a1t+a2t2+a3t3)

由于a2,a3比a1小得多，所以可以簡化為：

Rt≈R0(1+a1t)

式中，Rt是溫度為t時銅電阻值；R0是溫度為0℃時銅電阻值；

a1是常數；a1=4.28×10-3℃-1銅電阻的R0常取100Ω、50Ω兩種，分度號為Cu100、Cu50。34特點：銅易于提純，價格低廉，電阻--溫度特性線性較好。但電阻率僅為鉑的幾分之一。銅電阻所用阻絲細而且長，機械強度較差，熱慣性較大，在溫度高于100℃以上或腐蝕性介質中使用時，易氧化，穩(wěn)定性較差。只能用于低溫及無腐蝕性的介質中。35汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻363.熱電阻傳感器的結構熱電阻傳感器的結構電阻體由電阻絲和電阻支架組成。由于鉑的電阻率大，而且相對機械強度較大，通常鉑絲直徑在0.03～（0.07mm±0.005）mm之間，可單層繞制，電阻體可做得很小。銅的機械強度較低，電阻絲的直徑較大，一般為（0.1±0.005）mm的漆包銅線或絲包線分層繞在骨架上，并涂上絕緣漆而成。圖3-10熱電阻傳感器的結構37由于銅電阻測量的溫度低，一般多用雙繞法，即先將銅絲對折，兩根絲平行繞制，兩個端頭處于支架的同一端。這樣工作電流從一根熱電阻絲進入，從另一根絲反向出來，形成兩個電流方向相反的線圈，其磁場方向相反，產生的電感就互相抵消，故又稱無感繞法。這種雙繞法也有利于引線的引出。384.熱電阻傳感器的測量電路熱電阻傳感器外接引線如果較長時，引線電阻的變化使測量結果有較大誤差，為減小誤差，可采用三線制電橋連接法測量電路或四線電阻測量電路。圖3-12

兩線制測量圖3-13

三線制電橋測量電路圖3-14四線制恒流源測量電路39圖3-15

熱電阻引線方式無論三線制或四線制測量電路，都必須從熱電阻感溫體的根部引出導線，不能從熱電阻的接線端子上分出，如下圖所示。否則同樣會存在引線誤差。403.3.2半導體熱敏電阻

半導體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導體測溫元件，熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。

熱敏電阻在電路中的符號：

41熱敏電阻分類正溫度系數（PTC）熱敏電阻;負溫度系數（NTC）熱敏電阻;臨界溫度電阻器（CTR）(在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變)各種熱敏電阻的特性曲線1—突變型NTC2—負指數型NTC3—線性型PTC4—突變型PTC溫度的測量溫控開關電路42熱敏電阻結構MF12型NTC熱敏電阻聚酯塑料封裝熱敏電阻43玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻44454.熱敏電阻的應用沒有外保護層的熱敏電阻只能用于干燥的環(huán)境中，在潮濕、腐蝕性等惡劣環(huán)境下只能用密封的熱敏電阻。測量時先對儀表進行標定。將絕緣的熱敏電阻放入32℃（表頭的零位）的溫水中，待熱量平衡后，調節(jié)RP1，使指針在32℃上。再加熱水，用更高一級的溫度計監(jiān)測水溫，使其上升到45℃。待熱量平衡后，調節(jié)RP2，使指針指在45℃上。再加入冷水，逐漸降溫，反復檢查32～45℃范圍內刻度的準確性。

熱敏電阻體溫表原理圖46返回本章目錄47熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

LCD48熱敏電阻體溫表

493.4熱電偶溫度傳感器熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器。其結構簡單、使用方便、測溫點小、準確度高、熱慣性小、響應速度快、便于維修、復現性好；測溫范圍廣，一般為-270℃～+2800℃；直接輸出電信號，不需要轉換電路。適于遠距離測量、自動記錄、集中控制等優(yōu)點。在溫度測量中占有很重要的地位。缺點是存在冷端溫度補償問題。503.4.1熱電偶溫度傳感器的工作原理1.熱電效應兩種不同材料的導體A和B組成一個閉合電路時，若兩接點溫度不同，則在該電路中會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應。該電動勢稱為熱電動勢。圖3-20熱電偶測溫原理圖51從實驗到理論：熱電效應

1821年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發(fā)現放在回路中的指南針發(fā)生偏轉（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉角反而減?。ㄓ终f明什么？）

。顯然，指南針的偏轉說明回路中有電動勢產生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。

52熱電偶工作原理演示

結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產生電動勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB53結點產生熱電勢的微觀解釋及圖形符號

兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴散現象。自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產生熱電勢。

自由電子＋ABeAB（

T）T542.熱電動勢的組成圖3-23

熱電偶回路總熱電勢兩種導體的接觸電勢

圖3-21兩種導體的接觸電勢圖3-22單一導體的溫差電勢溫差電勢很小單一導體的溫差電動勢

接觸電動勢的數值取決于兩種導體的性質和接觸點的溫度，而與導體的形狀及尺寸無關55總熱電動勢表達式則總的熱電動勢就只與熱端溫度t成單值函數關系，即

溫差電勢很小，可忽略不計

總熱電勢表達式to恒定eAB（to）=C熱端接觸電勢

冷端接觸電勢

A導體的溫差電勢

B導體的溫差電勢

56附錄CK型熱電偶分度表K型（鎳鉻—鎳硅）熱電偶溫度范圍（-90～1300℃）（參考端溫度為0℃）熱電勢

mV

0102030405060708090-0-0.000-0.392-0.777-1.156-1.527-1.889-2.243-2.586-2.920-3.242+00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.387.7372008.1378.5368.9389.3419.74510.15110.56110.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.72115.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.81739.31039.70340.09640.48840.897100041.29641.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82849.19249.5549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398—————————57熱電偶的分度表

——熱電偶的線性較差，多數情況下采用查表法我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標”（簡稱ITS-90）的新標準。按此標準，制定了相應的分度表，并且有相應的線性化集成電路與之對應。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。附錄C列出了工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的分度表。58如何利用熱電偶的分度表

假設熱電偶的冷端溫度為0C，工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的分度表，查出10C、

110C時的熱電勢?59如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值

設冷端為0C，根據以下電路中的毫伏表的示值及K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度tx。603.熱電偶的基本定律（1）

中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體，只要該導體兩端溫度相等，則對熱電偶回路總的熱電動勢無影響。同樣加入第四、第五種導體后，只要其兩端溫度相同，同樣不影響電路中的總熱電動勢。EABC(t,to)=EAB(t，to)圖3-24中間導體定律

第三種導體61證明中間導體定律

圖3-24

中間導體定律當t=t0時所以62中間導體定律的意義根據這個定律，我們可采取任何方式焊接導線，可以將熱電動勢通過導線接至測量儀表進行測量,且不影響測量精度?？刹捎瞄_路熱電偶對液態(tài)金屬和金屬壁面進行溫度測量，只要保證兩熱電極插入地方的溫度相同即可。圖3-25

連接儀表的熱電偶測量回路圖3-26開路熱電偶測溫63（2）中間溫度定律在熱電偶測量電路中，測量端溫度為t，自由端為to，中間溫度為t′，則（t，to）的熱電勢等于（t，t′）與（t′，to）熱電勢代數和。即

圖3-27

中間溫度定律兩式相加得

64中間溫度定律的意義利用該定律，可對參考端溫度不為0℃的熱電勢進行修正。另外，可以選用廉價的熱電偶A′、B′代替t′到t0段的熱電偶A、B，只要在t′、t0溫度范圍內A′、B′與A、B熱電偶具有相近的熱電勢特性，便可將熱電偶冷端延長到溫度恒定的地方再進行測量，增加測量距離，降低測量成本。熱電勢只取決于冷、熱接點的溫度，而與熱電極上的溫度分布無關。

在實際測量中，對冷端溫度進行修正，常運用補償導線延長測溫距離，消除熱電偶自由端溫度變化影響。

65（3）參考電極定律

如圖3-28所示，已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在接點溫度為（t，t0）時的熱電動勢分別為EAC（t，t0），EBC（t，t0），則相同溫度下，由A，B兩種熱電極配對后的熱電動勢EAB可按下面公式計算為

圖3-28參考電極定律66參考電極定律舉例例1已知鉑銠30—鉑熱電偶的E（1084.5℃，0℃）=13.937mV，鉑銠6—鉑熱電偶的E（1084.5℃，0℃）=8.354mV，求：鉑銠30—鉑銠6熱電偶在同樣溫度條件下的熱電動勢。解:設A為鉑銠30電極，B為鉑銠6電極，C為純鉑電極EAB（1084.5℃，0℃）=EAC（1084.5℃，0℃）-EBC（1084.5℃，0℃）=13.937mV-8.354mV=5.622mV67參考電極定律的意義參考電極定律大大簡化了熱電偶選配電極的工作，只要獲得有關電極與參考電極配對的熱電勢，那么任何兩種電極配對后的熱電勢均可利用該定理計算，而不需要逐個進行測定。由于純鉑絲的物理化學性能穩(wěn)定，熔點較高，易提純，所以目前常用純鉑絲作為標準電極。68起主要作用的是兩個接點的接觸電勢熱電偶具有以下性質：（1）當兩熱電極材料相同時，不論接點溫度相同與否，回路總熱電勢均為零。（2）當熱電偶兩個接點溫度相同時，不論電極材料相同與否，回路總熱電勢均為零。（3）只有當電極材料不同，兩接點溫度不同時，熱電偶回路才有熱電勢。當電極材料選定后，兩接點的溫差越大，熱電勢也就越大。（4）回路中熱電勢的方向取決于熱端的接觸電勢方向或回路電流流過冷端的方向。693.4.2熱電極的材料及常用熱電偶根據熱電偶的測量原理，理論上任何兩種不同材料的導體都可以作為熱電極組成熱電偶，但實際應用中，但為了準確可靠地進行溫度測量，必須對熱電偶組成材料嚴格選擇。組成熱電偶材料要滿足以下條件：1）在測量溫度范圍內，熱電性能穩(wěn)定，不隨時間和被測介質變化，物理化學性能穩(wěn)定，能耐高溫，在高溫下不易氧化或腐蝕等。2）導電率要高，電阻溫度系數小。3）熱電勢隨溫度的變化率要大，并希望該變化率最好是常數。4）組成熱電偶的兩電極材料應具有相近的熔點和特性穩(wěn)定的溫度范圍。5）材料的機械強度高，來源充足，復制性好，復制工藝簡單，價格便宜。70熱電偶的種類及結構

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6、R:鉑銠13—鉑、S:鉑銠10—鉑、

K:鎳鉻—鎳硅、N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲S、R、B屬于貴金屬熱電偶。N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。S分度號的精確度等級最高。R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右。B分度號在室溫下熱電動勢極小。N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強。71幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)-270～800C——?723.4.3熱電偶傳感器的結構根據安裝連接形式可分為:固定螺紋連接，固定法蘭連接，活動法蘭連接，無固定裝置等形式圖3-30鎧裝熱電偶也稱纜式熱電偶，它是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物熔鑄在一起，外套不銹鋼管等.熱電偶耐高壓、反應時間短、堅固耐用73圖3-31薄膜熱電偶用真空鍍膜技術等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構成的熱電偶薄膜熱電偶：測量范圍為-200～500℃，熱電極材料多采用銅—康銅、鎳鉻—銅、鎳鉻—鎳硅等，用云母作絕緣基片，主要適用于各種表面溫度的測量。當測量范圍為500～1800℃時，熱電極材料多用鎳鉻—鎳硅、鉑銠—鉑等，用陶瓷做基片。74普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭75普通裝配型熱電偶的

結構放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

76鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面77隔爆型熱電偶外形厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線78其他熱電偶外形小形K型熱電偶793.4.4熱電偶冷端溫度補償

由于熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃時測得的，如果冷端溫度不為零，測得的熱電勢就不能直接去查相應的分度表。根據熱電偶的測溫原理，熱電偶回路的熱電勢只與冷端和熱端的溫度有關，當冷端溫度保持不變時，熱電勢才與測量端溫度成單值對應關系。但在實際測量時，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變化，不能保持恒定，因而會產生測量誤差。為了消除或補償冷端溫度的影響，常采用以下幾種方法。801．0℃冷端恒溫法（冰浴法）將熱電偶的冷端置于0℃的恒溫器內，保持為0℃。此時測得的熱電勢可以準確的反映熱端溫度變化的大小，直接查對應的熱電偶分度表即可得知熱端溫度的大小。在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間的保持在0℃不變。81冰浴法接線圖被測流體管道熱電偶接線盒補償導線銅導線毫伏表冰瓶冰水混合物試管新的冷端822．冷端恒溫法當熱電偶的冷端溫度t0≠0℃時，測得的熱電動勢EAB（t，t0

）

≠

EAB（t，0℃）。若冷端溫度t0>0℃，則EAB（t，t0

）＜EAB（t，0℃）。

將冷端置于其他恒溫器內，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動而引入誤差。

利用中間溫度定律即可求出測量端相對于0℃的熱電勢。83此方法在熱電偶與動圈式儀表配套使用時特別實用?？梢岳脙x表的機械調零點將零位調到與冷端溫度相同的刻度上，也就相當于先給儀表輸入一個熱電勢，在儀表使用時所指示的值即為對應的溫度值，也即實際測量的溫度的大小。843.補償導線法（延引電極法）實際測溫時，由于熱電偶的長度有限，冷端溫度將直接受到被測介質溫度和周圍環(huán)境的影響.例如，熱電偶安裝在電爐壁上，電爐周圍的空氣溫度的不穩(wěn)定會影響到接線盒中的冷端的溫度，造成測量誤差。圖3-32補償導線法85圖3-32補償導線法為了使冷端不受測量端溫度的影響，可將熱電偶加長，但同時也增加了測量費用。所以一般采用在一定溫度范圍內（0～100℃）與熱電偶熱電特性相近且廉價的材料代替熱電偶來延長熱電極，這種導線稱為補償導線，這種方法稱為補償導線法。如圖3-32所示。A′、B′為補償導線，根據補償導線的定義有:86熱電偶補償導線的作用如果參考端溫度不穩(wěn)定，會使溫度測量誤差加大。為使熱電偶測量準確，在測溫時，可采用配套的補償導線將參考端延伸到溫度穩(wěn)定處再進行溫度測量。所以，補償導線只起延長熱電偶的作用，不起任何溫度補償作用，但與熱電偶有相同的功用。又因補償導線比熱電偶便宜，使用補償導線可節(jié)約測量經費。87

使用補償導線必須注意兩個問題：①兩根補償導線與熱電偶相連的接點溫度必須相同，接點溫度不超過100℃

；②不同的熱電偶要與其型號相應的補償導線配套使用，且必須在規(guī)定的溫度范圍內使用，極性不能接反。在我國，補償導線已有定型產品，如表3-1所示。

88表3-1常用熱電偶補償導線熱電偶名稱分度號材料極性補償導線成分護套顏色金屬顏色鉑銠—鉑S銅銅鎳+-Cu0.57﹪～0.6﹪Ni，其余Cu紅綠紫紅褐鎳鉻—鎳硅鎳鉻—鎳鋁K銅康銅+-Cu39﹪41﹪Ni，1.4%～1.8%Mn，其余Cu紅棕紫紅白鎳鉻—銅鎳鎳鉻—康銅E鎳鉻考銅+-8.5﹪～10﹪Cu，其余Cu56%Cu，44%Ni紫黃黑白894.電橋補償法電橋補償法是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓，來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。圖3-33電橋補償法電阻溫度系數較大如圖3-33所示。當t0=0℃時，將電橋調至平衡狀態(tài)，a、b兩點電位相等，電橋對儀表讀數無影響；電阻溫度系數較小90當熱電偶冷端溫度上升時，熱電勢值將減小，但電阻阻值增加，電橋失去平衡，a—b間顯現的電位差，如果適當選取橋臂電阻，便可使正好等于減小的熱電勢值，儀表讀出的熱電勢值便不受自由端溫度變化的影響，即起到了自動補償的作用。4.電橋補償法圖3-33電橋補償法電阻溫度系數較大電阻溫度系數較小注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。915熱電偶的應用及配套儀表

由于我國生產的熱電偶均符合ITS-90國際溫標所規(guī)定的標準，其一致性非常好，所以國家又規(guī)定了與每一種標準熱電偶配套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標準的動圈式顯示儀表命名為XC系列。有指示型（XCZ）和指示調節(jié)型（XCT）等系列品種。與K型熱電偶配套的動圈儀表型號為XCZ-101或XCT-101等。數字式儀表也有指示型（XMZ）和指示調節(jié)型（XMT）等幾種系列品種。

92XMZ系列智能數字顯示儀表外形

933.4.5熱電偶測溫電路（1）測量某一點溫度（一個熱電偶和一個儀表配用的基本電路）儀表的讀數為：

補償導線圖3-34熱電偶測量某一點溫度94（2）測量兩點溫度之差的電路兩支同型號的熱電偶反向串聯儀表的讀數為：

注：用熱電偶測量兩點溫度之差時，千萬不能直接相減兩溫度點的溫度圖3-35測量兩點溫度之差95（3）測量兩點間溫度和的電路兩支同型號的熱電偶正向串聯儀表的讀數為：

該電路的特點是：輸出的熱電勢較大，提高了測試靈敏度，可以測量微小溫度的變化。并且因為熱電偶串聯，只要有一支熱電偶燒斷，儀表即沒有指示，可以立即發(fā)現故障。圖3-36測量兩點間溫度和96（4）測量兩點間平均溫度的電路兩支同型號的熱電偶并聯圖中每一支熱電偶分別串接了均衡電阻R1、R2，其作用是在t1、t2不相等時，在每一支熱電偶回路中流過的電流不受熱電偶本身內阻不相等時的影響，所以R1、R2的阻值很大。儀表的讀數為：

該電路的缺點：當某一熱電偶燒斷時，不能立即察覺出來，會造成測量誤差

圖3-37測量兩點間平均溫度97（5）多點溫度測量線路該種連接方法要求每只熱電偶型號相同，測量范圍不能超過儀表指示量程，熱電偶的冷端處于同一溫度下。多點測量電路多用于自動巡回檢測中，可以節(jié)約測量經費。圖3-38一臺儀表分別測量多點溫度通過波段開關，可以用一臺顯示儀表分別測量多點溫度。983.4.6熱電偶的應用熱電偶用于金屬表面溫度的測量

一般當被測金屬表面溫度在200～300℃左右或以下時，可采用粘接劑將熱電偶的結點粘附于金屬表面。

當被測表面溫度較高，而且要求測量精度高和響應時間常數小的情況下，常采用焊接，將熱電偶的頭部焊于金屬表面。

992.測控應用由毫伏定值器給出設定溫度對應的毫伏數，當熱電偶測量的熱電勢與定值器輸出的數值有偏差時，說明爐溫偏離設定值，此偏差經放大器放大后送到調節(jié)器，再經晶閘管觸發(fā)器推動晶閘管執(zhí)行器，從而調整爐絲加熱功率，消除偏差，達到溫控的目的。1003.熱電偶用于管道內溫度的測量

管道內溫度測量熱電偶的安裝方法。熱電偶的安裝應盡量做到使測溫準確、安全可靠及維修方便。不管采用何種安裝方式，均應使熱電偶插入管道內有足夠的深度。安裝熱電偶時，應將測量端迎著流體方向。返回本章目錄1013.5集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管PN結的電流和電壓特性與溫度的關系，把感溫元件（PN結）與有關的電子線路集成在很小的硅片上封裝而成。其具有體積小、線性好、反應靈敏、價格低、抗干擾能力強等優(yōu)點。由于PN結不能耐高溫，所以集成溫度傳感器通常測量150℃以下的溫度。102測溫原理

PN結的溫度特性

二極管的正向電壓降UD以-2mV/℃變化

103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和數字型集成溫度傳感器。

模擬型的輸出信號形式有電流型、電壓型和頻率型。

電壓型的靈敏度多為10mV/℃（以攝氏溫度0℃作為電壓的零點）；

電流型的靈敏度多為1μA/K（以絕對溫度0K作為電流的零點）；

數字型又可以分為開關輸出型、并行輸出型、串行輸出型等幾種不同的形式。集成溫度傳感器分類電流型——輸出阻抗很高，可用于遠距離精密溫度遙感和遙測，而且不用考慮接線引入損耗和噪聲電壓型——輸出阻抗低，易于同信號處理電路連接頻率型——易與微型計算機連接三端式兩端式輸出端個數

1043.5.1集成溫度傳感器基本工作原理其中VT1、VT2為差分對管，由恒流源提供的I1、I2分別為VT1、VT2的集電極電流，則△Ube為

k——玻爾茲曼常數（1.38×10-23J/K）；Q——電子電荷量；T——絕對溫度；——VT1和VT2發(fā)射極面積之比。只要I1/I2為恒定值，則△Ube與溫度T為單值線性函數關系。這就是集成溫度傳感器的基本工作原理。圖3-40集成溫度傳感器原理圖1053.5.2電壓輸出型集成溫度傳感器VT1、VT2為差分對管，調節(jié)電阻R1，可使I1=I2，當對管VT1、VT2的β值大于等于1時，電路輸出電壓U0為

若R1=940Ω，R2=30Ω，?=37，則電路輸出溫度系數為10mV/K。注意：T（K）=t（℃）+273.15圖3-41電壓輸出型溫度傳感器106電壓輸出型集成溫度傳感器——

LM35/45LM35/45的外形及引腳圖

107電壓輸出型集成溫度傳感器

——

LM35/45

LM35/45構成的攝氏溫度測量電路及組裝成的測溫傳感器108在電腦中，集成溫度傳感器用于CPU散熱保護電路散熱風扇集成溫度ICCPU插座CPU散熱片1093.5.3電流輸出型集成溫度傳感器對管VT1、VT2作為恒流源負載，VT3、VT4作為感溫元件，VT3、VT4發(fā)射極面積之比為?，此時電流源總電流IT為：

由上式可得知，當R、?為恒定量時，IT與T成線性關系。若R=358Ω，?=8，則電路輸出溫度系數為1μA/K。圖3-42電流輸出原理電路圖110電流輸出型溫度傳感器能產生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出，AD590是電流輸出型溫度傳感器的典型產品。

111AD590封裝示意圖空腳（接地）112電流-電壓轉換電路（10mV/K）

增加負載電阻的阻值可提高輸出電壓。1133.5.4集成溫度傳感器的應用1.溫度測量AD590在25℃（298.15K）時，理想輸出電流為298.15μA。將AD590串聯一個可調電阻，在已知溫度下調整電阻值，使輸出電壓UR滿足1mV/K的關系(如25℃時，UR應為298.15mV)。調整好以后，固定可調電阻，即可由輸出電壓UR讀出AD590所測得熱力學溫度。圖3-43

絕對溫度測量1142.熱電偶參考端的補償集成溫度傳感器用于熱電偶參考端的補償電路AD590應與熱電偶參考端處于同一溫度下。AD580是一個三端穩(wěn)壓器，其輸出電壓Uo=2.5V