第9章 热电式传感器PPT讲稿.ppt

第第9 9章章 热电式传感器热电式传感器第1页，共98页，编辑于2022年，星期二第第9 9章章 热电式传感器热电式传感器u 利用转换器的电磁参数利用转换器的电磁参数(电势、电阻、磁导）随电势、电阻、磁导）随 温度变化的特性进行温度测量温度变化的特性进行温度测量u 热电偶传感器热电偶传感器将温度变化转换为电势变化将温度变化转换为电势变化 热电阻传感器热电阻传感器将温度变化转换为电阻变化将温度变化转换为电阻变化 9.1 9.1 热电偶传感器热电偶传感器 9.2 9.2 热电阻传感器热电阻传感器第2页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1 9.1 热电偶传感器热电偶传感器9.1.1 热电偶测温原理热电偶测温原理9.1.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律9.1.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿9.1.4 标准化热电偶标准化热电偶9.1.5 非标准化热电偶非标准化热电偶9.1.6 热电偶结构型式热电偶结构型式9.1.7 热电偶安装注意事项热电偶安装注意事项第3页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.1 9.1.1 热电偶测温原理热电偶测温原理热电偶：热电偶：两种不同的金属两种不同的金属A和和B构成闭合回路构成闭合回路当两个接触端当两个接触端T T0时，回路中会产生热电势时，回路中会产生热电势 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定第4页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.接触电势接触电势k k 玻耳兹曼常数；玻耳兹曼常数；T T 接触面的绝对温度；接触面的绝对温度；e e 单位电荷量；单位电荷量；N NA A金属电极金属电极A A的自由电子密度的自由电子密度N NB B金属电极金属电极B B的自由电子密度的自由电子密度接触电势接触电势第5页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.温差电势温差电势 汤姆逊系数，它表示温度为汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生的电动势值，时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。它与材料的性质有关。温差电势温差电势（汤姆逊电势）（汤姆逊电势）第6页，共98页，编辑于2022年，星期二3.3.热电偶回路的总热电势热电偶回路的总热电势 T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB第7页，共98页，编辑于2022年，星期二n热电极热电极A和和B为同一种材料时，为同一种材料时，NA=NB,A=B，则则EAB(T,T0)=0。n若热电偶两端处于同一温度下，若热电偶两端处于同一温度下，T=T0，则则EAB(T,T0)=0。n热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关,与热电极的尺寸、形与热电极的尺寸、形状等无关。状等无关。n热电势存在必须具备两个条件：热电势存在必须具备两个条件：(1)两种不同的金属材料组成热电偶，两种不同的金属材料组成热电偶，(2)它的两端存在温差。它的两端存在温差。第8页，共98页，编辑于2022年，星期二热电势是热电势是T和和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。的温度函数的差，而不是温度的函数。当当T0固定时，固定时，f(T0)=C(常数常数),则有：则有：E与与T之间有唯一对应的单值函数关系，之间有唯一对应的单值函数关系，热电势热电势E 温度值温度值T第9页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.2 9.1.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律1.1.中间温度定律中间温度定律2.2.中间导体定律中间导体定律3.3.连接导体定律连接导体定律第10页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.中间温度定律中间温度定律 热热电电偶偶ABAB两两结结点点的的温温度度分分别别为为T T和和T0T0，则则所所产产生生的的热热电电势势等等于于热热电电偶偶ABAB两两结结点点温温度度为为T T和和TnTn与与热热电电偶偶ABAB两结点温度为两结点温度为TnTn和和T0T0时所产生的热电势的代数和。时所产生的热电势的代数和。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)第11页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.中间导体定律中间导体定律在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入另另一一种种导导体体称称中中间间导导体体C C，只只要要中中间间导导体体的的两两端端温温度度相相同同，热热电电偶偶回回路路总总电电动动势势不受中不受中间导间导体接入的影响。体接入的影响。第12页，共98页，编辑于2022年，星期二在热电偶在热电偶ABAB回路中，断开参考结点，接入第回路中，断开参考结点，接入第3 3种导体。种导体。两点温度相同两点温度相同T T0 0,回路中总电势回路中总电势EABC（T,T0）=EAB（T）+EBC（T0）+ECA（T0）当回路中各接点温度相同时当回路中各接点温度相同时,总电势为零总电势为零,即即 EABC（T,T0）=EAB（T0）+EBC（T0）+ECA（T0）=0 或或EBC（T0）+ECA（T0）=-EAB（T0）则则可见，接入中间导体可见，接入中间导体C C，只要中间导体的两端温度相同，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。EABC（T,T0）=EAB（T）-EAB（T0）=EAB（T,T0）第13页，共98页，编辑于2022年，星期二3.3.标准电极定律标准电极定律l如果两种导体（如果两种导体（A A和和B B）分别与第三种导体（）分别与第三种导体（C C）组成热）组成热电偶所产生的热电势已知电偶所产生的热电势已知,则由这两个导体（则由这两个导体（A,BA,B）组）组成的热电偶产生的热电势可由下式算得：成的热电偶产生的热电势可由下式算得：EAB（T,T0）=EAC（T,T0）-EBC（T,T0）第14页，共98页，编辑于2022年，星期二例例:用（用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温度型）热电偶测量某一温度，若参比端温度30，测得，测得的热电势的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度，求测量端实际温度T。第15页，共98页，编辑于2022年，星期二解解:查分度表有查分度表有E（30，0）=0.173 mV 反查分度表有反查分度表有T=830T=830，测量端实际温度为，测量端实际温度为830830第16页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.3 9.1.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿 热热电电偶偶的的热热电电势势大大小小不不仅仅与与热热端端的的温温度度有有关关，而而且且与与冷冷端端温温度度也也有有关关，只只有有当当冷冷端端温温度度恒恒定定，通通过过测测量热电势的大小得到热端的温度。量热电势的大小得到热端的温度。热电偶的冷端处理和补偿热电偶的冷端处理和补偿:当当热热电电偶偶冷冷端端处处在在温温度度波波动动较较大大的的地地方方时时，必必须须首首先先使使用用补补偿偿导导线线将将冷冷端端延延长长到到一一个个温温度度稳稳定定的的地地方方，再考虑将冷端处理为再考虑将冷端处理为。第17页，共98页，编辑于2022年，星期二几种冷端处理方法：几种冷端处理方法：1.补偿导线法补偿导线法2.热电偶冷端温度恒温法热电偶冷端温度恒温法3.计算修正法计算修正法4.补正系数法补正系数法5.冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法第18页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.补偿导线法补偿导线法原理原理:使用补偿导线连接，使热电偶的冷端发生变位，要求使用的使用补偿导线连接，使热电偶的冷端发生变位，要求使用的补偿导线必须满足冷端的热电特性与热电偶冷端的热电特性相同。补偿导线必须满足冷端的热电特性与热电偶冷端的热电特性相同。即即 EAB（T1，T0）=ECD（T1，T0）组成：组成：补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。热电偶补偿导线功能热电偶补偿导线功能：其一实现了冷端迁移；其一实现了冷端迁移；其二是降低了电路成本。其二是降低了电路成本。补偿导线又分为补偿导线又分为延长型延长型和和补偿型补偿型两种两种 第19页，共98页，编辑于2022年，星期二第20页，共98页，编辑于2022年，星期二补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色 补偿导补偿导线型号线型号配用热电偶配用热电偶补偿导线的线芯材料补偿导线的线芯材料绝缘层着色绝缘层着色正极正极负极负极SC或RC铂铑10（铂铑）-铂SPC（铜）SNC（铜镍）红绿KC镍铬-镍硅KPC（铜）KNC（铜镍）红蓝KX镍铬-镍硅KPX（铜镍）KNX（镍硅）红黑NX镍铬硅-镍硅NPS（铜镍）NNX（镍硅）红灰EX镍铬-铜镍EPX（镍铬）ENX（铜镍）红棕JX铁-铜镍JPX（铁）JNX（铜镍）红紫TX铜-铜镍TPX（铜）TNX（铜镍）红白第21页，共98页，编辑于2022年，星期二使用补偿导线时注意问题：使用补偿导线时注意问题：l补偿导线只能用在规定的温度范围内（补偿导线只能用在规定的温度范围内（01000100）；）；热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；l不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连；补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连；l补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。第22页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.热电偶冷端温度恒温法热电偶冷端温度恒温法u适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。第23页，共98页，编辑于2022年，星期二第24页，共98页，编辑于2022年，星期二3.3.计算修正法计算修正法l在实际应用中，热电偶的参比端往往不是在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0 0 C C，而是环境温度，而是环境温度T T1 1，这，这时测量出的回路热电势时测量出的回路热电势E(T,TE(T,T1 1)热电偶回路热电势热电偶回路热电势必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。势后才能符合热电偶分度表的要求。步骤步骤:用室温计测出环境温度用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的，从分度表中查出的E(T1,0)值值加上热电偶回路热电势加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值值反查分度表即可得到准确的被测温度值。反查分度表即可得到准确的被测温度值。第25页，共98页，编辑于2022年，星期二例例:用镍铬用镍铬-镍硅镍硅(K(K型型)热电偶测温，热电偶参比端温度热电偶测温，热电偶参比端温度为为3030。测得的热电势为。测得的热电势为28mV28mV，求热端温度。，求热端温度。第26页，共98页，编辑于2022年，星期二解解:反查K分度表 T=701.5计算修正曲线 第27页，共98页，编辑于2022年，星期二把把参参比比端端实实际际温温度度TH乘乘上上系系数数k，加加到到由由EAB(T，TH)查查分分度度表表所所得得的温度上，成为被测温度的温度上，成为被测温度T。用公式表达即。用公式表达即 式中：式中：T为未知的被测温度；为未知的被测温度；T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH室温；室温；k为补正系数为补正系数T T k T H4.4.补正系数法补正系数法第28页，共98页，编辑于2022年，星期二例：例：用铂铑用铂铑1010铂热电偶测温，已知冷端温度铂热电偶测温，已知冷端温度T TH H=35=35，这，这时热电动势为时热电动势为11.348mV11.348mV查查S S型热电偶的分度表，得出与型热电偶的分度表，得出与此相应的温度此相应的温度T T=1150=1150。再从表中查出，对应于。再从表中查出，对应于11501150的补正系数的补正系数k k=0.53=0.53。于是，被测温度。于是，被测温度 T T=1150+0.5335=1168.3=1150+0.5335=1168.3（）特点：特点：用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于大一点，但误差不大于0.140.14。第29页，共98页，编辑于2022年，星期二第30页，共98页，编辑于2022年，星期二5.5.冷端补偿电桥法冷端补偿电桥法利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化平衡：平衡：调整调整R4，使得电桥输出，使得电桥输出 Uab=0补偿：补偿：冷端温度冷端温度热电偶输出热电势热电偶输出热电势ExR4 失衡失衡 Uab 若若Ex=Uab 输出不变输出不变第31页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.4 9.1.4 标准化热电偶标准化热电偶 标准化热电偶：标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。精度有一定的保证。国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）共推荐了）共推荐了8 8种标准化热电偶种标准化热电偶 第32页，共98页，编辑于2022年，星期二标准化热电偶技术数据标准化热电偶技术数据热电偶名称热电偶名称分度号分度号热电极识别热电极识别E E（100,0100,0）（mVmV）测温范围（测温范围（）对分度表允许偏差（对分度表允许偏差（）新新极性极性识别识别长期长期短期短期等级等级使用温度使用温度允差允差铂铑10-铂S正亮白较硬0.6460130016006001.5负亮白柔软6000.25%t铂铑13-铂R正较硬0.6470130016006001.5负柔软11000.25%t铂铑30-铂铑B正较硬0.0330160018006009004负稍软8000.5%t镍铬-镍硅K正不亲磁4.096012001300-4013002.5或0.75%t负稍亲磁-200402.5或1.5%t镍铬硅-镍硅N正不亲磁2.774-20012001300-4011001.5或0.4%t负稍亲磁-4013002.5或0.75%t镍铬-康铜E正暗绿6.319-200760850-409002.5或0.75%t负亮黄-200402.5或1.5%t铜-康铜T正红色4.279-200350400-403501或0.75%t负银白色-200401或1.5%t铁-康铜J正亲磁5.269-40600750-407502.5或0.75%t负不亲磁第33页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.铂铑铂铑10-10-铂热电偶（铂热电偶（S S型）型）贵金属热电偶。电极线径规定为贵金属热电偶。电极线径规定为0.5mm0.5mm，正极（正极（SPSP）的名义化学成分为铂铑合金）的名义化学成分为铂铑合金负极（负极（SNSN）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。）为纯铂，故俗称为单铂铑热电偶。长期最高使用温度为长期最高使用温度为13001300，短期最高使用温度为，短期最高使用温度为16001600。优优点点：准准确确度度高高，稳稳定定性性好好，测测温温温温区区和和使使用用寿寿命命长长，物物理理化化学学性性能能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。缺缺点点：热热电电率率较较小小，灵灵敏敏度度低低，高高温温下下机机械械强强度度下下降降，对对污污染染敏敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。感，贵金属材料昂贵，因此一次性投资较大。第34页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.铂铑铂铑30-30-铂铑铂铑6 6（B B型）型）为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为为贵金属热电偶。热偶丝线径规定为0.5mm0.5mm，正正极极（BPBP）和和负负极极（BNBN）的的名名义义化化学学成成分分均均为为铂铂铑铑合合金金，只只是是含含量不同，故俗称为双铂铑热电偶。量不同，故俗称为双铂铑热电偶。长期最高使用温度为长期最高使用温度为16001600，短期最高使用温度为，短期最高使用温度为18001800。优优点点：准准确确度度高高，稳稳定定性性好好，测测温温温温区区宽宽，使使用用寿寿命命长长等等，适适用用于于氧氧化化性性和和惰惰性性气气氛氛中中，也也可可短短期期用用于于真真空空中中，但但不不适适用用于于还还原原性性气气氛氛或或含含有有金金属属或或非非金金属属蒸蒸汽汽中中；参参比比端端不不需需进进行行冷冷端端补偿，因为在补偿，因为在0 05050范围内热电势小于范围内热电势小于3 3 V V。缺缺点点：热热电电率率较较小小，灵灵敏敏度度低低，高高温温下下机机械械强强度度下下降降，抗抗污污染染能力差，贵金属材料昂贵。能力差，贵金属材料昂贵。第35页，共98页，编辑于2022年，星期二3.3.镍铬镍铬-镍硅热电偶（镍硅热电偶（K K型）型）使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和正极（正极（KPKP）的名义化学成分为：）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10Ni:Cr=90:10，负极（负极（KNKN）的名义化学化学成分为）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3Ni:Si=97:3。其使用温度为其使用温度为-200-20013001300。优优点点：线线性性度度好好，热热电电势势较较大大，灵灵敏敏度度较较高高，稳稳定定性性和和复复现现性性均均好好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。缺缺点点：K K型型热热电电偶偶不不能能在在高高温温下下直直接接用用于于硫硫、还还原原性性或或还还原原、氧氧化化交交替替的气氛中，也不能用于真空中。的气氛中，也不能用于真空中。第36页，共98页，编辑于2022年，星期二4.4.镍铬镍铬-铜镍热电偶（铜镍热电偶（E E型）型）称为镍铬称为镍铬-康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。康铜热电偶，也是一种廉价金属热电偶。其正极（其正极（EPEP）为镍铬）为镍铬1010合金，化学成分与合金，化学成分与KPKP相同，负极（相同，负极（ENEN）为铜）为铜镍合金，名义化学成分为镍合金，名义化学成分为55%55%的铜、的铜、45%45%的镍以及少量的钴、锰、铁等的镍以及少量的钴、锰、铁等元素。元素。该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电偶该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。堆来测量微小温度变化。E E型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，型热电偶可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。第37页，共98页，编辑于2022年，星期二标准化热电偶热电势和温度的关系标准化热电偶热电势和温度的关系 第38页，共98页，编辑于2022年，星期二标准化热电偶的特性标准化热电偶的特性热电偶种类热电偶种类优点优点缺点缺点B适于测量1000以上的高温常温下热电动势极小，可不用补偿导线抗氧化、耐化学腐蚀在中低温领域热电动势小，不能用于600以下灵敏度低热电动势的线性不好R、S精度高、稳定性好，不易劣化抗氧化、耐化学腐蚀可作标准灵敏度低不适用于还原性气氛(尤其是H2、金属蒸气)热电动势的线性不好价格高N热电动势线性好1200以下抗氧化性能良好短程表序结构变化影响小不适用于还原性气氛同贵金属势电偶相比时效变化大K热电动势线性好1000下抗氧化性能良好在廉金属热电偶中稳定性更好不适用于还原性气氛同贵金属热电偶相比时效变化大因短程有序结构变化而产生误差E在现有的热电偶中，灵敏度最高同J型相比，耐热性能良好两极非磁性不适用于还原性气氛热导率低具有微滞后现象J可用于还原性气氛热电动势较K型高20%左右铁正极易生锈热电特性漂移大T热电动势线性好低温特性好产品质量稳定性好可用于还原性气氛使用温度低铜正极易氧化热传导误差大第39页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.5 9.1.5 非标准化热电偶非标准化热电偶 名称名称热电极材料热电极材料使用温度使用温度范围范围()()过热使用温度过热使用温度范围范围()()特征特征正极正极负极负极钨莱系Wre5、Wre3Wre26、Wre25023003000适用于还原性、H2及惰性气体。质脆铂铑系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh2030015001100160018001800在高温下使用，热电动势小，其它性能与R型相同铱铑系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh60110020002100适用于真空、惰性气体及微氧化性气氛。质脆镍钼系NiNiMo1801280/可用于还原性气氛，热电动势大钯铂系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金011001300耐磨性能强，热电动势的大小基本上与K型相同镍铬、金铁以Ni-Cr为主的合金含0.07mo1%Fe的合金0300K/20K以下热电动势比较大，热电动势的线性好银金、金铁含Au为0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金140K/热电动势小，受磁场影响第40页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.6 9.1.6 热电偶结构型式热电偶结构型式 将将两两热热电电极极的的一一个个端端点点紧紧密密的的焊焊接接在在一一起起组组成成接接点点就就构成热电偶。构成热电偶。为为保保证证热热电电偶偶的的正正常常工工作作，热热电电偶偶的的两两极极之之间间以以及及与与保护套管之间都需要良好的电绝缘。保护套管之间都需要良好的电绝缘。1.1.普通型装配式结构普通型装配式结构2.2.柔性安装型铠装结构柔性安装型铠装结构第41页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.普通型装配式结构普通型装配式结构（a a）1 1接线柱；接线柱；2 2接线座；接线座；3 3绝缘套管；绝缘套管；4 4热电极热电极（b b）1 1测量端；测量端；2 2热电极；热电极；3 3绝缘套管；绝缘套管；4 4保护管；保护管；5 5接线盒接线盒第42页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.柔性安装型铠装结构柔性安装型铠装结构测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲，测量端的热容量小，响应速度快，绕性好，可弯曲，可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，耐压、耐振、耐冲击第43页，共98页，编辑于2022年，星期二第44页，共98页，编辑于2022年，星期二.薄膜热电偶薄膜热电偶l由两种薄膜热电极材料由两种薄膜热电极材料,用真空蒸用真空蒸镀、镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶基板上面制成的一种特殊热电偶特点：特点：热容量小热容量小,反应速度快反应速度快第45页，共98页，编辑于2022年，星期二第46页，共98页，编辑于2022年，星期二9.1.7 9.1.7 热电偶安装注意事项热电偶安装注意事项 1.1.插入深度要求插入深度要求测测量量端端应应有有足足够够的的插插入入深深度度，应应使使保保护护套套管管的的测测量量端端超超过过管管道道中心线中心线510mm510mm。2.2.注意保温注意保温为为防防止止传传导导散散热热产产生生测测温温附附加加误误差差，保保护护套套管管露露在在设设备备外外部部的的长长度应尽量短，并加保温层。度应尽量短，并加保温层。3.3.防止变形防止变形应应尽尽量量垂垂直直安安装装。在在有有流流速速的的管管道道中中必必须须倾倾斜斜安安装装，若若需需水水平平安安装装时时，则应有支架支撑。则应有支架支撑。第52页，共98页，编辑于2022年，星期二例例1:1:将一支灵敏度为将一支灵敏度为0.08mV/0.08mV/C C的热电偶与电压表相连的热电偶与电压表相连,电压表接线端处温度为电压表接线端处温度为5050 C C.电压表上读数为电压表上读数为60mV,60mV,求求热电偶热端温度热电偶热端温度.第53页，共98页，编辑于2022年，星期二例例2:现用一支镍铬铜镍热电偶测某换热器内温度，其冷现用一支镍铬铜镍热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为端温度为30 C，而显示仪表机械零位为，而显示仪表机械零位为0 C，这时指，这时指示值示值为为400 C，若认为换热器内温度为，若认为换热器内温度为430 C，对不对，对不对，为什么？，为什么？第54页，共98页，编辑于2022年，星期二9.2 9.2 热电阻传感器热电阻传感器9.2.1 热电阻原理与特性热电阻原理与特性9.2.2 金属热电阻金属热电阻9.2.3 半导体热敏电阻半导体热敏电阻9.2.4 热电阻式传感器的应用热电阻式传感器的应用 第55页，共98页，编辑于2022年，星期二9.2.1 9.2.1 热电阻原理与特性热电阻原理与特性原理：物质的电阻率原理：物质的电阻率随温度随温度T T变化而变化变化而变化 热电阻效应热电阻效应灵敏度灵敏度第56页，共98页，编辑于2022年，星期二9.2.2 9.2.2 金属热电阻金属热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求：作为热电阻的材料要求：电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜使用最广泛的热电阻材料是铂和铜第57页，共98页，编辑于2022年，星期二一、一、常用热电阻常用热电阻 铂热电阻铂热电阻主主要要作作为为标标准准电电阻阻温温度度计计，广广泛泛应应用用于于温温度度基基准准、标标准准的传递。的传递。铜热电阻铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。第58页，共98页，编辑于2022年，星期二特点：特点：0 +850：0 -200：应用：应用：(1)在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，工艺性好。不能用于还原介质工艺性好。不能用于还原介质 (2)输入输出特性接近线性输入输出特性接近线性(4)贵重金属，成本较高贵重金属，成本较高标准温度计，高精度工业测温，高低温测试标准温度计，高精度工业测温，高低温测试 构成：构成：金属铂丝绕制成线圈金属铂丝绕制成线圈(3)测量精度高测量精度高Pt100：R0：0时的电阻时的电阻Pt50、Pt1001 1 铂热电阻铂热电阻第59页，共98页，编辑于2022年，星期二铂热电阻铂热电阻铂电阻的精度与铂的提纯程度有关铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂丝纯度越高，）越高，表示铂丝纯度越高，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W（100）为）为1.3871.390。第60页，共98页，编辑于2022年，星期二2 2 铜热电阻铜热电阻l应应 用：用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量精度要求不高且温度较低的场合l测量范围：测量范围：50150l优优 点：点：温温度度范范围围内内线线性性关关系系好好，灵灵敏敏度度比比铂铂电电阻阻高高，容容易易提提纯、加工，价格便宜，复制性能好。纯、加工，价格便宜，复制性能好。l缺缺 点：点：易易于于氧氧化化，一一般般只只用用于于150以以下下的的低低温温测测量量和和没没有有水分及无侵蚀性介质的温度测量。水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。第61页，共98页，编辑于2022年，星期二铜电阻的阻值与温度之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取按国内统一设计取50和和100两种，两种，分度号分别为分度号分别为Cu50和和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。相应的分度表可查阅相关资料。A=4.2889910-3 C-1B=-2.13310-7 C-2C=1.233 10-9 C-3第62页，共98页，编辑于2022年，星期二例例:一支分度号为一支分度号为Cu100Cu100的热电阻，在的热电阻，在130130 C C时它的电阻时它的电阻为多少？为多少？第63页，共98页，编辑于2022年，星期二二、二、热电阻的结构热电阻的结构普普通通工工业业用用热热电电阻阻式式温温度度传传感感器器第64页，共98页，编辑于2022年，星期二铜热电阻结构示意图铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图 第65页，共98页，编辑于2022年，星期二9.2.3 9.2.3 半导体热敏电阻半导体热敏电阻利用半导体的利用半导体的电阻值随温度显著变化电阻值随温度显著变化的特性制成的特性制成优优 点：点：(1)灵敏度高灵敏度高 (2)电电阻阻率率大大，体体积积小小，热热惯惯性性小小，适适于于测测量量点点温温、表表面面温温度度及及快快速速变变化化的温度。的温度。(3)结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。线性度较差，复现性和互换性较差。第66页，共98页，编辑于2022年，星期二热敏电阻分类热敏电阻分类正温度系数正温度系数(PTC)负温度系数负温度系数(NTC)临界温度系数临界温度系数(CTR)热热敏敏电电阻阻典典型型特特性性 第67页，共98页，编辑于2022年，星期二PTC热敏电阻热敏电阻正正电阻电阻温度系数温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻热敏电阻特定温度下电阻值发生突变的临变温度特定温度下电阻值发生突变的临变温度 以三以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。用途：温度开关。NTC热敏电阻热敏电阻负电阻温度系数负电阻温度系数 主要由主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成等过渡金属氧化物混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量、自动控制及电子线路的热补偿线路应用：点温、表面温度、温差、温场等测量、自动控制及电子线路的热补偿线路第68页，共98页，编辑于2022年，星期二NTCNTC热敏电阻热敏电阻1.1.热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性2.2.热敏电阻的结构热敏电阻的结构3.3.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数4.4.热敏电阻的线性化热敏电阻的线性化第69页，共98页，编辑于2022年，星期二1.1.热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性 温度特性温度特性 伏安特性伏安特性第70页，共98页，编辑于2022年，星期二 温度特性温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性温度特性 式中式中 RT,R0热敏电阻在绝对温度热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值；时的阻值；T0,T 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（K）；）；t0,t 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（）；）；B 热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。其大小取决于热敏电阻的材料。第71页，共98页，编辑于2022年，星期二若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。值。一般取一般取20和和100时的电阻时的电阻R20 和和R100计算计算B值，值，即将即将T=373K，T0=293K代入上式，则代入上式，则将将B值及值及R0=R20 代入式就确代入式就确定了热敏电阻的温度特性定了热敏电阻的温度特性:第72页，共98页，编辑于2022年，星期二 B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量时，电阻值的相对变化量第73页，共98页，编辑于2022年，星期二 伏安特性伏安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压与其两端的电压U之间的关之间的关系系第74页，共98页，编辑于2022年，星期二伏安特性伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时当流过热敏电阻的电流很小时:电电阻阻值值只只决决定定于于环环境境温温度度，伏伏安安特特性性是是直直线线，遵遵循循欧欧姆姆定定律律。主主要要用用来来测温测温。当电流增大到一定值时：当电流增大到一定值时：流流过过热热敏敏电电阻阻的的电电流流使使之之加加热热 温温度度升升高高 负负阻阻特特性性 电电阻阻减减小小 端电压下降。端电压下降。当当电电流流和和周周围围介介质质温温度度一一定定时时，热热敏敏电电阻阻的的电电阻阻值值取取决决于于介介质质的的流流速速、流量、密度等散热条件。可用它来流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度测量流体速度和介质密度。第75页，共98页，编辑于2022年，星期二2.2.热敏电阻的结构热敏电阻的结构构成：构成：热敏探头、引线、壳体热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：四端器件：旁热式旁热式第76页，共98页，编辑于2022年，星期二热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式 第77页，共98页，编辑于2022年，星期二3.3.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标标称称电电阻阻值值RH 在在环环境境温温度度为为250.2时时测测得得的的电电阻阻值值，又又称称冷冷电电阻阻。其其大大小小取取决决于于热热敏敏电电阻阻的的材材料料和和几几何尺寸。何尺寸。耗耗散散系系数数H 指指热热敏敏电电阻阻的的温温度度与与周周围围介介质质的的温温度度相相差差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/；热热容容量量C 热热敏敏电电阻阻的的温温度度变变化化1所所需需吸吸收收或或释释放放的的热量，单位为热量，单位为J；第78页，共98页，编辑于2022年，星期二 能量灵敏度能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。所需耗散的功率。时时间间常常数数 温温度度为为T0的的热热敏敏电电阻阻突突然然置置于于温温度度为为T 的的介介质质中中，热热敏敏电阻的温度增量电阻的温度增量T=0.63(TT0)时所需的时间。时所需的时间。额额定定功功率率PE 在在标标准准压压力力（750750mmHg）和和规规定定的的最最高高环环境境温温度度下下，热热敏敏电电阻阻长长期期连连续续使使用用