第08章热电式传感器PPT讲稿.ppt

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1、第08章热电式传感器第1页，共87页，编辑于2022年，星期一实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其中主要应用的是中主要应用的是铂和铜铂和铜。铂铂是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制造是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定，是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。铜铜可用来制造可用来制造-50150范围内工业用电阻温度计，特点是范围内工业用电阻温度计，特点是价价格低廉格低廉，缺点是，缺点是电阻率低电阻率低，且，且容易氧化容易氧化，一般用在较低温度和没有，一般用在较低温度和

2、没有水分和浸蚀性的介质之中。水分和浸蚀性的介质之中。l铂丝的电阻值与温度之间的关系铂丝的电阻值与温度之间的关系在在-2000范围内，范围内，RtR01+At+Bt 2+C(t100)t 3在在0850范围内，范围内，RtR01+At+Bt 2R0当温度为当温度为0时的电阻值；时的电阻值；Rt温度为温度为t时的电阻值；时的电阻值；A、B、C由实验确定的常数。由实验确定的常数。A3.9080210-3/B=-5.80210-7/2C-4.2735010-12/4第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第2页，共87页，编辑于2022年，星期一铂电阻的主要技术指标铂

3、电阻的主要技术指标等级分度号测温范围/C允许偏差/C电阻比R100/R0名义值允许误差APt10-200850(0.15+0.002|t|)1.3850.001Pt100BPt10(0.30+0.005|t|)Pt100第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第3页，共87页，编辑于2022年，星期一即便在氧化性介质中，其物理、化学性能都很稳定；易提纯，复现性好，有良好的工艺性；有较高的电阻率；在还原性介质中性能易受影响；电阻温度系数不太高；价格贵。铂电阻的特点铂电阻的特点第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第4页，共87

4、页，编辑于2022年，星期一几种铂电阻几种铂电阻第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第5页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器WZP系列装配式铂电阻系列装配式铂电阻及铠装电阻芯及铠装电阻芯用于一般工业场测温用于一般工业场测温使用温度-200700高强度石英管测温铂电阻高强度石英管测温铂电阻温度范围温度范围-100C至至+500C适用于镀锌锅炉、耐酸、耐碱等强适用于镀锌锅炉、耐酸、耐碱等强腐蚀场合腐蚀场合注注:不耐氢氟酸及磷酸不耐氢氟酸及磷酸第6页，共87页，编辑于2022年，星期一第

5、八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器精密温度传感器精密温度传感器PtWD1A型-100300误差小于0.1，精度为超A级天燃气流量计天燃气流量计温度补偿用铂电阻温度补偿用铂电阻天燃气涡轮流量计等用天燃气涡轮流量计等用油浸变压器用铂电阻油浸变压器用铂电阻第7页，共87页，编辑于2022年，星期一医疗器械铂电阻医疗器械铂电阻第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器薄膜铂电阻元件薄膜铂电阻元件用用于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。尺寸：尺寸：2.3mm2.1mm0.9mm（长（

6、长宽宽高）高）线长线长10mm第8页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器防水封装铂电阻防水封装铂电阻核心元件：德国进口精密铂电阻（核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100PT1000）元件精度：元件精度：0.15(A级级)0.30(B级级)封装材料：镀镍铜管或不锈钢管封装材料：镀镍铜管或不锈钢管管料尺寸：管料尺寸：4*25mm连接线：连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）包胶电缆线（可选择耐高温型的）第9页，共87页，编辑于2022年，星期一在在-50150温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为：温度范围内，铜电阻与

7、温度之间的关系为：RtR0(1+At+Bt 2+Ct 3)Rt温度为温度为t时的铜电阻值时的铜电阻值R0温度为温度为0时的铜电阻值时的铜电阻值A、B、C常数常数A4.2889910-3/B-2.13310-7/2C1.23310-9/3l铜丝的电阻值与温度之间的关系铜丝的电阻值与温度之间的关系目前，铂和铜生产是标准的。目前，铂和铜生产是标准的。铂：铂：Pt10、Pt100、Pt300主要是主要是Pt100（R050、100、300）铜：铜：Cu50、Cu100铂的测温精度很高，达铂的测温精度很高，达0.001铜铜0.5（5050），），1（50150）第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电

8、式传感器热电式传感器热电式传感器第10页，共87页，编辑于2022年，星期一铜电阻的主要技术指标铜电阻的主要技术指标分度号测温范围/C允许偏差/C电阻比R100/R0名义值允许误差Cu50-50150(0.30+0.006|t|)1.4280.002Cu100第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第11页，共87页，编辑于2022年，星期一铜电阻的特点铜电阻的特点电阻率小；容易氧化；价格便宜。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第12页，共87页，编辑于2022年，星期一WZC-111/12*1000mmCu50第八章第

9、八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第13页，共87页，编辑于2022年，星期一l热电阻的结构热电阻的结构保护管保护管内部导线内部导线绝缘管绝缘管热电阻热电阻盖盖接线座接线座骨架骨架漆包铜线漆包铜线引出线引出线铜热电阻结构示意图铜热电阻结构示意图云母骨架云母骨架铂丝铂丝弹簧支承片弹簧支承片 银引出线银引出线云母弹簧型云母弹簧型玻璃封装型玻璃封装型塑封型塑封型第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第14页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器R1R2R3ERt

10、GRpl热电阻测量线路热电阻测量线路热电阻测温电桥三线连接法热电阻测温电桥三线连接法作用作用：当温度变化时，导线长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变当温度变化时，导线长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变化不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。化不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。Rp的触点接触电阻和检流计串联，接触电阻的不稳定不的触点接触电阻和检流计串联，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状态。会破坏电桥的平衡和正常工作状态。r2r1r3第15页，共87页，编辑于2022年，星期一热电阻测温电桥四线连接法热电阻测温电桥四线连接法当热电阻安装的当热电阻安装的地方比较远，则其导线地

11、方比较远，则其导线电阻当环境温度变化时电阻当环境温度变化时也要变化，会造成测量也要变化，会造成测量误差。误差。图中图中R1、R2、R3为为固定电阻，固定电阻，Rp为调零电为调零电位器位器第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器R1R2R3ERtGRpr1r2r3r4第16页，共87页，编辑于2022年，星期一其它热电阻其它热电阻铁铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电阻镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温度计，率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非线性，仅用但易氧化，不宜提纯且电阻与温

12、度非线性，仅用于于-50100；用的较少。；用的较少。铟电阻：铟电阻：-269-258；测量精度高，灵敏度高，；测量精度高，灵敏度高，但重现性差。但重现性差。锰电阻：锰电阻：-271-210；灵敏度高，但脆性高，易；灵敏度高，但脆性高，易损坏；损坏；炭电阻：炭电阻：-273-268.5；热容量小，灵敏度高，；热容量小，灵敏度高，价格低，易操作，但热稳定性较差。价格低，易操作，但热稳定性较差。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第17页，共87页，编辑于2022年，星期一8-2 8-2 热敏电阻传感器热敏电阻传感器热敏电阻是用半导体材料热敏电阻是用半导体材料

13、制成的热敏器件，与金属热电制成的热敏器件，与金属热电阻比较而言，具有阻比较而言，具有温度系数高温度系数高，灵敏度高灵敏度高，热惯性好（适宜动热惯性好（适宜动态测量）态测量）但其但其稳定性和互换性稳定性和互换性较差较差。温度温度半导体半导体热敏电阻热敏电阻电电阻阻铂热电阻铂热电阻金属的电阻随温度的升高而增大，金属的电阻随温度的升高而增大，但半导体却相反，它的电阻值随但半导体却相反，它的电阻值随温度的升高而急剧减小，并呈现温度的升高而急剧减小，并呈现非线性。非线性。一、工作原理一、工作原理 第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第18页，共87页，编辑于2022

14、年，星期一半导体这种温度特性，是因为半导体的导电方式是半导体这种温度特性，是因为半导体的导电方式是载流子（电子、空穴）导电。由于半导体中载流子的数载流子（电子、空穴）导电。由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多，所以它的电阻率很大。目远比金属中的自由电子少得多，所以它的电阻率很大。随着温度的升高随着温度的升高，半导体中参加导电的载流子数目就会增，半导体中参加导电的载流子数目就会增多，故多，故半导体导电率就增加，它的电阻率也就降低了半导体导电率就增加，它的电阻率也就降低了。热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变化热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件。

15、它是由某些金属氧化物按不这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物按不同的配方比例烧结制成的。在一定的范围内，根据测量同的配方比例烧结制成的。在一定的范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度变化。热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度变化。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第19页，共87页，编辑于2022年，星期一NTC热敏电阻的材料是一种由锰（热敏电阻的材料是一种由锰（Mn）、镍（）、镍（Ni）、铜（）、铜（Cu）、钴（）、钴（Co）、铁（）、铁（Fe）等金属氧化物按一）等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，改变混合物的成分

16、和配比就定比例混合烧结而成的半导体，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同可以获得测温范围、阻值及温度系数不同NTC热敏电阻热敏电阻。它具有它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。NTC热敏电阻应用广泛。热敏电阻应用广泛。二、热敏电阻的基本类型二、热敏电阻的基本类型 1、NTC热敏电阻热敏电阻根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏电阻基本根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏电阻基本可分为三种类型。可分为三种类型。第八章第八章第八章第八章 热电

17、式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第20页，共87页，编辑于2022年，星期一2、CTR热敏电阻热敏电阻CTR热敏电阻是以三氧化二钒热敏电阻是以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成，它呈的弱还原气氛中混合烧结而成，它呈半玻璃状，具有负温度系数。通常，半玻璃状，具有负温度系数。通常，CTR热敏电阻用树脂包封成珠状或热敏电阻用树脂包封成珠状或厚膜形使用，其阻值在厚膜形使用，其阻值在1k 10M之间。之间。CTR热敏电阻随温度变化的热敏电阻随温度变化的特性属剧变型，具有开关特性，特性属剧变型，具有开关特性，如左图所示。当温度高

18、于居里点如左图所示。当温度高于居里点TC时，其阻值会减小到临界状态，时，其阻值会减小到临界状态，突变的数量级为突变的数量级为24。因此又称这因此又称这类热敏电阻为临界热敏电阻类热敏电阻为临界热敏电阻。Tc温度温度T（）200150100500103101105107电阻率电阻率（.cm）第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第21页，共87页，编辑于2022年，星期一3、PTC热敏电阻热敏电阻TNTC1062001000101102103104105107温度温度T（）电阻率电阻率（.cm）PTC热敏电阻是以钛酸钡掺合稀土元热敏电阻是以钛酸钡掺合稀土元素烧结

19、而成的半导休陶瓷元件，具有正温素烧结而成的半导休陶瓷元件，具有正温度系数。其温度特性曲线如左图所示，从度系数。其温度特性曲线如左图所示，从特性曲线上可以看到特性曲线上可以看到PTC热敏电阻具有以热敏电阻具有以下特性：下特性：(1)当温度低于居里点当温度低于居里点TC时，具有半导时，具有半导体特性；体特性；(2)当温度高于居里点当温度高于居里点TC时，电阻值时，电阻值随温度升高而急剧增大，至随温度升高而急剧增大，至TN温度时出现温度时出现负阻现象；负阻现象；(3)具有通电瞬间产生强大电流而后很具有通电瞬间产生强大电流而后很快衰减的特性。快衰减的特性。基于基于PTC热敏电阻的特性，可利用其热敏电阻

20、的特性，可利用其自控作用，做成各种恒温器、限流保护自控作用，做成各种恒温器、限流保护元件或温控开关。还可以用元件或温控开关。还可以用PTC组成发组成发热元件，功率一般为几瓦到数百瓦。热元件，功率一般为几瓦到数百瓦。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第22页，共87页，编辑于2022年，星期一三、热敏电阻的伏安特性三、热敏电阻的伏安特性 RTA(T-1)exp(B/T)RT 温度为温度为T时电阻值时电阻值A与材料和几何尺寸有关的常数与材料和几何尺寸有关的常数B热敏电阻常数（与半导体物理性能有关）热敏电阻常数（与半导体物理性能有关）若已知若已知T1和和T2时

21、电阻为时电阻为RT1和和RT2，则：，则：第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第23页，共87页，编辑于2022年，星期一将热敏电阻接上一个电流源将热敏电阻接上一个电流源，并在它两端测得端电压，可得到，并在它两端测得端电压，可得到热敏电阻的伏安特性。热敏电阻的伏安特性。V（电压）（电压）IaImI（电流）（电流）d0abc曲线分四段，曲线分四段，0a段：段：电流电流小于小于Ia，功耗小，电流不足，功耗小，电流不足以使热敏电阻发热，元件上以使热敏电阻发热，元件上的温度基本是环境温度。此的温度基本是环境温度。此时热敏电阻相当于一个固定时热敏电阻相当于一个固定电

22、阻，电压与电流之间符合电阻，电压与电流之间符合欧姆定律。欧姆定律。ab段：段：随着电流增加，热敏电阻功耗增加，导致电流加热引起热敏电随着电流增加，热敏电阻功耗增加，导致电流加热引起热敏电阻自身温度超过环境温度（介质温度），其阻值降低，因此出现阻自身温度超过环境温度（介质温度），其阻值降低，因此出现非线性正非线性正阻区阻区，电流增长速度阻值减小的速度。，电流增长速度阻值减小的速度。cd段：段：随着电流增加，为随着电流增加，为Im时，电压达到最大值，电流继续增加，热敏时，电压达到最大值，电流继续增加，热敏电阻本身加热更为剧烈，阻值迅速减小，电阻本身加热更为剧烈，阻值迅速减小，阻值减小的速度大于电流

23、增加的速阻值减小的速度大于电流增加的速度度，出现，出现cd段段负阻区负阻区。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第24页，共87页，编辑于2022年，星期一0a段：正常使用热敏电阻测温时。段：正常使用热敏电阻测温时。cd段：可用来测量风速、真空度、流量等参段：可用来测量风速、真空度、流量等参数。数。热敏电阻非线性严重，使用中要进行非线性补偿。热敏电阻非线性严重，使用中要进行非线性补偿。在硬件电路方法上，采用温度系数较小的电阻与热敏电在硬件电路方法上，采用温度系数较小的电阻与热敏电阻串、并联接法，使得热敏电阻的电阻阻串、并联接法，使得热敏电阻的电阻温度曲线变

24、为平温度曲线变为平坦。坦。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第25页，共87页，编辑于2022年，星期一热敏电阻的特点热敏电阻的特点电阻温度系数大，灵敏度高；形状多样，体积小，热惯性小，响应速度快；电阻值大，远距离测量时可不考虑导线电阻的影响；在-50C350C范围内具有良好的稳定性；阻值分散性大、复现性差；非线性大；老化较快。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第26页，共87页，编辑于2022年，星期一典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。其结构

25、及温度特性如图所示。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第27页，共87页，编辑于2022年，星期一热敏电阻的结构热敏电阻的结构第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第28页，共87页，编辑于2022年，星期一实物图片实物图片第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器1.耗散系数：耗散系数：5mW/2.热时间常数热时间常数:10S3.测温范围测温范围:-40+110主要用于电饭锅等烹饪用具。耐高温，反应快而精确第29页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感

26、器热电式传感器热电式传感器热电式传感器ABS材质外壳，PVC导线,用于电冰箱、冰柜。耐腐防潮1.耗散系数：耗散系数：5mW/2.热时间常数热时间常数:NB，电子扩散，电子扩散的结果使导体的结果使导体A失去电子而带正电，导体失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。(1)接触电动势接触电动势第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感

27、器第38页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器其大小可表示为：其大小可表示为：式中：式中：K波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，K1.3810-23e 电子电荷量电子电荷量e=1.610-19CNA(NB)为为A(B)材料的自由电子密度。材料的自由电子密度。ABT0T接触电势接触电势第39页，共87页，编辑于2022年，星期一同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电动同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势势，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自由，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自由电子在

28、高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结果。电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小与导体的性质和两端的温差有关。与导体的性质和两端的温差有关。(2)温差电势温差电势第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第40页，共87页，编辑于2022年，星期一 AA材料的汤姆逊系数。材料的汤姆逊系数。（表示导体（表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生

29、的温差电动势时所产生的温差电动势）第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器ABT0T温差电势T T0第41页，共87页，编辑于2022年，星期一(3)回路总电势回路总电势回路接触电势回路接触电势回路温差电势回路温差电势第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器ab赛贝克（赛贝克（Seebeck）效应）效应ABT0T总温差热电势T T0第42页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器几点讨论几点讨论如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使是两结点的温度不同如果组

30、成热电偶的两个电极的材料相同，即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。也不会产生热电势。组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但是两结点的温度相组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但是两结点的温度相同也不会产生热电势。同也不会产生热电势。由不同电极材料由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端温度组成的热电偶，当冷端温度T0恒定时，产生的热恒定时，产生的热电势在电势在一定的温度范围内一定的温度范围内仅是热端温度仅是热端温度T 的单值函数。的单值函数。第43页，共87页，编辑于2022年，星期一1、中间导体定律、中间导体定律二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律第八章第八章第八章第八章 热电式

31、传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器 将由将由A A、B B两种导体组成的热电偶的冷端（两种导体组成的热电偶的冷端（T0 0端）断开而端）断开而接入的三种导体接入的三种导体C C后，只要冷、热端的后，只要冷、热端的T0 0 、T 保持不变，则保持不变，则回路的总热电势不变。回路的总热电势不变。BT0TABT0TT0AC第44页，共87页，编辑于2022年，星期一T T0ABT0TT0C第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器ab第45页，共87页，编辑于2022年，星期一推导过程推导过程推导过程推导过程第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热

32、电式传感器热电式传感器 此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时必须接入仪表此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料第三种材料)，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(T0 0)仪仪表的接入就不会影响热电势。而且表的接入就不会影响热电势。而且A A、B B结点的焊接方法也可以是任意的。结点的焊接方法也可以是任意的。第46页，共87页，编辑于2022年，星期一2、参考电极定律参考电极定律（标准电极定律）（标准电极定律）BT0TACT0TABT0TC第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感

33、器热电式传感器 如果两种导体如果两种导体A A、B B分别与第三种导体分别与第三种导体C C所组成的热电偶所产生的热电所组成的热电偶所产生的热电势是已知的，则这两种导体所组成的热电偶的热电势也是已知的，且势是已知的，则这两种导体所组成的热电偶的热电势也是已知的，且 根据此定律，可以便于给出所有热电偶材料的有关参数，根据此定律，可以便于给出所有热电偶材料的有关参数，方便热电偶电极的选配。方便热电偶电极的选配。第47页，共87页，编辑于2022年，星期一证明证明：第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器BT0TACT0TABT0TC第48页，共87页，编辑于202

34、2年，星期一3、中间温度定律、中间温度定律BT0TABT1TABT0T1A这是中间温度定律，因为热电势与两个结的温度有关，这是中间温度定律，因为热电势与两个结的温度有关，要测得某一结所处的温度，则另一个结必须要测得某一结所处的温度，则另一个结必须0，而实际上，而实际上这样的条件是难办到的；但只要测得这样的条件是难办到的；但只要测得（E表示热电势，表示热电势，A、B表示两种不同金属，表示两种不同金属，T、T1表示两个结处在表示两个结处在T、T1温温度下），并且可测得度下），并且可测得T1，则，则可以查表确定，用可以查表确定，用与与的和，便可确定的和，便可确定T处温度。处温度。第八章第八章第八章第

35、八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第49页，共87页，编辑于2022年，星期一例题：现用一支镍铬镍硅热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为例题：现用一支镍铬镍硅热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30oC，测得热电势值，测得热电势值是是737V，请问此时热电偶的热端温度是多少？若将冷端放在冰水混合物中，测得热电势值是，请问此时热电偶的热端温度是多少？若将冷端放在冰水混合物中，测得热电势值是737V，请问此时热电偶的热端温度是多少？下图是镍铬镍硅热电偶分度表，请问此时热电偶的热端温度是多少？下图是镍铬镍硅热电偶分度表（单位：（单位：V）。）。（OC）012345678901

36、0203040039779812031611394378381244165279477879128516931195179191325173415855796013661776198597100014071817238637104114481858277677108114891899317718112215291940357758116215701981解：解：EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)则则EAB(T,0)=EAB(T,30)+EAB(30,0)其中查表得其中查表得EAB(30,0)为为1203V测得的测得的737V是是EAB(T,30)于是于是EAB(T,0

37、)=737V1203V=1940V查查表得表得热热端温度端温度为为48oC。第50页，共87页，编辑于2022年，星期一第51页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器对电极材料的要求：在同样的温差下产生的热电势大，且其热电势与温度之间呈线性或近似线性的单值函数关系；耐高温，抗辐射性能好，在较宽的范围内性能稳定；电导率高、电阻温度系数和比热容小；复制性和工艺性好，价格低廉。第52页，共87页，编辑于2022年，星期一三、常用的热电偶三、常用的热电偶热电偶名称分度号极性化学成分100时电势(mV)使用温度允许误差长期短期()铂

38、铑10铂LB-3正Pt90%Rh10%0.64313001600600600负Pt100%2.40.4%t铂铑30铂铑6LL2正Pt70%Rh30%0.03416001800600600负Pt94%Rh6%30.5%t镍铬镍硅EU-2正Cr910%Si0.4%Ni90%4.1010001200400400负Si2.53.0%Co0.6%Ni97%40.75%t镍铬考铜EA-2正Cr910%Si0.4%Ni90%6.95600800400400负Cu5657%Ni4344%41%t铜康铜正Cu100%4.26200300-200-400-40400负Cu55%Ni45%2%t0.75%第八章第八

39、章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第53页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器非标准化的热电偶非标准化的热电偶铁康铜热电偶：灵敏度高铁康铜热电偶：灵敏度高高温热电偶：钨铼系热电偶，测温上限可达高温热电偶：钨铼系热电偶，测温上限可达2450摄氏度摄氏度低温热电偶：铜铜锡低温热电偶：铜铜锡0.005可测可测-271-243摄氏度的低温；摄氏度的低温；镍铬铁金镍铬铁金0.03可测可测-269-0摄氏度摄氏度第54页，共87页，编辑于2022年，星期一按结构分类按结构分类普通型普通型第八章第八章第八

40、章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第55页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器按结构分类按结构分类铠装型铠装型第56页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器按结构分类按结构分类隔爆型隔爆型第57页，共87页，编辑于2022年，星期一四、热电偶的使用四、热电偶的使用1、冷端温度补偿及修正、冷端温度补偿及修正在实际使用时，由于热电偶的热端（测量端）与冷在实际使用时，由于热电偶的热端（测量端）与冷端离的很近，冷端又暴露于空间，容易受

41、到环境温端离的很近，冷端又暴露于空间，容易受到环境温度的影响，因而冷端温度很难保持恒定。为此需要度的影响，因而冷端温度很难保持恒定。为此需要进行温度补偿。进行温度补偿。由热电偶测温原理可知，只有当热电偶的冷端温度由热电偶测温原理可知，只有当热电偶的冷端温度保持不变，热电势才是被测温度的单值函数。保持不变，热电势才是被测温度的单值函数。工程技术上使用的热电偶分度表和根据分度表刻划工程技术上使用的热电偶分度表和根据分度表刻划的测温显示仪表的刻度都是根据冷端温度为的测温显示仪表的刻度都是根据冷端温度为0而制而制作的。作的。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第5

42、8页，共87页，编辑于2022年，星期一（1）0恒温法恒温法将热电偶的冷端置于冰水混合物中，保证冷端温度恒定将热电偶的冷端置于冰水混合物中，保证冷端温度恒定为为0。根据热电偶测得的输出热电势，再查找该热电偶的分。根据热电偶测得的输出热电势，再查找该热电偶的分度表，即可得到测量端的温度。度表，即可得到测量端的温度。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第59页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器（2）热电势修正法）热电势修正法在实际使用中，使冷端保持在在实际使用中，使冷端保持在0很不方便

43、，有很不方便，有时也使冷端保持在某一恒定的温度时也使冷端保持在某一恒定的温度Tn，这种情况下，这种情况下采取热电势修正法。采取热电势修正法。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)EAB(T,Tn)实测值；实测值；EAB(Tn,T0)冷端为冷端为0时，工作端为时，工作端为Tn区段热区段热电势，可查分度表得到，即为修正法。电势，可查分度表得到，即为修正法。第60页，共87页，编辑于2022年，星期一（3）电桥补偿法）电桥补偿法第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第61页，共87页，编辑于2022年，星期一电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电

44、势来补偿热电偶电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度不在因冷端温度不在0时引起的热电势变化值，在热电偶与时引起的热电势变化值，在热电偶与测温仪表之间串接一个直流不平衡电桥，电桥中的测温仪表之间串接一个直流不平衡电桥，电桥中的R1、R2、R3、由电阻温度系数很小的锰铜丝制作，另一桥臂的、由电阻温度系数很小的锰铜丝制作，另一桥臂的RT由温度系数较大的铜线绕制。由温度系数较大的铜线绕制。电桥的电桥的4个电阻均和热电偶冷端处在同一环境温度，但个电阻均和热电偶冷端处在同一环境温度，但由于由于RT的阻值随环境温度变化而变化，使电桥产生的不平衡的阻值随环境温度变化而变化，使电桥产生的不平

45、衡电压的大小和极性随着环境温度的变化而变化，从而达到自动电压的大小和极性随着环境温度的变化而变化，从而达到自动补偿的目的。补偿的目的。补偿原理补偿原理第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第62页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第63页，共87页，编辑于2022年，星期一(4)、冷端延长线、冷端延长线工业应用时，被测点与指示仪表之间往往有很长工业应用时，被测点与指示仪表之间往往有很长的距离，这就要求热电偶有较长的尺寸，但由于热电的距离，这就要求热电偶有较长的尺寸，但由于热电偶材料较

46、贵，热电偶尺寸不能过长，所以冷端（即接偶材料较贵，热电偶尺寸不能过长，所以冷端（即接仪表端）常常不能放到任意点上去；且冷端温度不可仪表端）常常不能放到任意点上去；且冷端温度不可能恒定，是波动的，为解决这一问题，采用能恒定，是波动的，为解决这一问题，采用冷端延长冷端延长线线（或称冷端补偿导线）。或称冷端补偿导线）。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第64页，共87页，编辑于2022年，星期一所谓延长线实际上是把在一定温度范围内（一般为所谓延长线实际上是把在一定温度范围内（一般为0100）与热电偶具有相同热电特性的两种较长金属导）与热电偶具有相同热电特性的两

47、种较长金属导线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，从而消除冷端温度变较远并且环境温度较稳定的地方，从而消除冷端温度变化带来的影响，即该补偿导线所产生的热电势等于工作化带来的影响，即该补偿导线所产生的热电势等于工作热电偶在此温度范围内产生的热电势。热电偶在此温度范围内产生的热电势。BABTT0TNTNA冷端延长线连接示意图冷端延长线连接示意图第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第65页，共87页，编辑于2022年，星期一回路总电势为回路总电势为:Ec=EAB(T,Tn)+

48、EAB(Tn,T0)=EAB(T,T0)上式证明了回路中总电势等于上式证明了回路中总电势等于EAB(T,T0)，相，相当于冷端直接延伸到了温度为当于冷端直接延伸到了温度为T0处，但并不能消处，但并不能消除冷端温度不为除冷端温度不为0时产生的影响，应用前面介绍时产生的影响，应用前面介绍的修正方法把冷端修正到的修正方法把冷端修正到0。第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第66页，共87页，编辑于2022年，星期一应用延长线应注意：应用延长线应注意：延长线只能与相应型号的热电偶配用，（专用）；延长线只能与相应型号的热电偶配用，（专用）；注意极性，不能接反（否则会

49、造成更大的误差）；注意极性，不能接反（否则会造成更大的误差）；延长线和热电偶连接处，两结点温度必须相同。延长线和热电偶连接处，两结点温度必须相同。热电偶补偿导线热端为100 。冷端为0时的标准热电势(mV)正极负极材料颜色材料颜色铂铑铂镍铬镍硅镍铬考铜铁考铜铜康铜铜铜镍、铬铁铜红红褐、绿白红镍铜康铜考铜考铜康铜白白白白白0.64土0.034.10士0.156.95士0.305.75土0.254.10土0.15第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第67页，共87页，编辑于2022年，星期一第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传

50、感器补偿导线补偿导线第68页，共87页，编辑于2022年，星期一五、热电偶测温线路五、热电偶测温线路1、热电偶直接与指示仪表配用、热电偶直接与指示仪表配用把把n支相同型号的热电偶依次将正、负极相连接，则线路的总支相同型号的热电偶依次将正、负极相连接，则线路的总电势为：电势为：EG=E1+E2+En=nE串联线路中配用的仪表，按串联线路中配用的仪表，按EGT刻度。刻度。若每支热电偶的绝对误差分别为若每支热电偶的绝对误差分别为E1、E2、E3En，则整个串联线路的绝对误差：，则整个串联线路的绝对误差：第八章第八章第八章第八章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器热电式传感器第69页，共87页，编辑