热电式传感器 (2)2幻灯片.ppt

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1、热电式传感器热电式传感器第1页，共106页，编辑于2022年，星期一第8章 热电式传感器8.1 8.1 热电偶传感器热电偶传感器8.2 8.2 8.2 8.2 热电阻传感器热电阻传感器热电阻传感器热电阻传感器8.3 8.3 8.3 8.3 热敏电阻传感器热敏电阻传感器热敏电阻传感器热敏电阻传感器第2页，共106页，编辑于2022年，星期一教学基本要求和重点掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念；掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念；掌握三类热电式传感器的基本工作原理；掌握三类热电式传感器的基本工作原理；掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方法；掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度

2、补偿方法；掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合；掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合；掌握热敏电阻的电阻温度特性；掌握热敏电阻的电阻温度特性；会使用分度表。会使用分度表。第3页，共106页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 8.1 8.1 热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器热电效应热电效应热电偶的种类及结构热电偶的种类及结构热电偶的分度表热电偶的分度表热电偶基本规律热电偶基本规律常用热电偶的结构形式常用热电偶的结构形式热电偶参考端温度补偿热电偶参考端温度补偿热电偶测温电路热电偶测温电路第4页，共106页，编辑于2022年，星期一热电效应示意图热电效应示意图1.热电偶测温原理

3、热电效应热电偶测温原理热电效应热热热热电电电电效效效效应应应应：两两种种不不不不同同同同材材材材料料料料的的导导体体（或或半半导导体体）组组成成一一个个闭闭合合回回路路，当两接点当两接点温度温度温度温度T和和T0不同不同不同不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。时，则在该回路中就会产生电动势的现象。第5页，共106页，编辑于2022年，星期一先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论结论结论结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。生电动势。热电极热电极A A右右端端称称为为：自自 由由 端端（参参考考端端、冷端）冷端）左

4、左端端称称为为：测测量量端端（工工作作 端端、热热端）端）热电极热电极B B热电势热电势AB第6页，共106页，编辑于2022年，星期一 热电偶回路热电偶回路热电偶回路热电偶回路 热热热热电电电电势势势势接触电动势（帕尔贴电动势）温差电动势（汤姆逊电动势）第7页，共106页，编辑于2022年，星期一接触电动势接触电动势接触电动势接触电动势含含义义：由由于于两两种种不不同同导导体体的的自自由由电电子子密密度度不不同同而而在在接接触触处处形形成成的电动势。的电动势。第8页，共106页，编辑于2022年，星期一两接点的接触电动势两接点的接触电动势接接触触电电动动势势的的数数值值取取决决于于两两种种不

5、不同同导导体体的的材材料料特特性性和和接接触点的温度。一般在触点的温度。一般在10-210-3V之间。之间。第9页，共106页，编辑于2022年，星期一 式中，式中，k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，k1.38110-23J/k;q0电子电荷量，电子电荷量，q0 1.60210-19C;T,T0结点处的绝对温度（结点处的绝对温度（K）；）；nA，nB材料材料A、B的自由电子浓度，随温度变化。的自由电子浓度，随温度变化。第10页，共106页，编辑于2022年，星期一回路的总接触电势回路的总接触电势 部分参考书写法部分参考书写法nA，nB随温度随温度变化。变化。错误写法错误写法 第11页，共106页，

6、编辑于2022年，星期一 由上式可见，当两结点的温度相同，即由上式可见，当两结点的温度相同，即T=T0，回路中总接触电势，回路中总接触电势将为零。将为零。回路的总接触电势回路的总接触电势 第12页，共106页，编辑于2022年，星期一同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。大小表示：大小表示：单一导体温差电势单一导体温差电势单一导体温差电势单一导体温差电势第13页，共106页，编辑于2022年，星期一导体导体A的温差电势为：的温差电势为：A材料材料A的汤姆逊系数（的汤姆逊系数（V/K），表示单一导体），表示单一导体A两端温度差为两端温度差为1

7、时所产生的温差热电势。时所产生的温差热电势。数量级数量级数量级数量级约为约为10-5V。第14页，共106页，编辑于2022年，星期一热电偶回路中产生的总热电势热电偶回路中产生的总热电势热电偶回路中产生的总热电势热电偶回路中产生的总热电势 eAB(T,T0)=eAB(T)eB(T,T0)eAB(T0)eA(T,T0)第15页，共106页，编辑于2022年，星期一两热电极材料相同时，总电动势为两热电极材料相同时，总电动势为0两接点温度相同时，总电动势为两接点温度相同时，总电动势为0结结结结论论论论：热热热热电电电电偶偶偶偶必必必必须须须须采采采采用用用用两两两两种种种种不不不不同同同同材材材材料

8、料料料作作作作为为为为热热热热电电电电极极极极，热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的热热热热端和冷端必须具有不同的温度。端和冷端必须具有不同的温度。端和冷端必须具有不同的温度。端和冷端必须具有不同的温度。讨论（讨论（讨论（讨论（1 1 1 1）第16页，共106页，编辑于2022年，星期一可可可可见见见见：只只只只要要要要测测测测出出出出e eABAB（T T,T T0 0）的的的的大大大大小小小小，就就就就能能能能得得得得到到到到被被被被测测测测温温温温度度度度T T，这就是利用，这就是利用，这就是利用，这就是利用热电偶测温的原理热电偶测温的原理热电偶测温的原理热电偶测温的原理。讨论（讨论（讨论

9、（讨论（2 2 2 2）对对于于已已选选定定的的热热电电偶偶，当当参参考考端端温温度度T0恒恒定定时时，eAB(T0)=c和和 为常数，则总的热电动势就只与温度为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即成单值函数关系，即 第17页，共106页，编辑于2022年，星期一对热电偶的电极材料主要要求是对热电偶的电极材料主要要求是：配制成的热电偶应具有较大的热电势，并希望热电配制成的热电偶应具有较大的热电势，并希望热电势与温度之间成线性关系或近似线性关系。势与温度之间成线性关系或近似线性关系。能在较宽的温度范围内使用并且在长期工作后物理化学能在较宽的温度范围内使用并且在长期工作后物理化学性能

10、与热电性能都比较稳定。性能与热电性能都比较稳定。电导率要求高，电阻温度系数要小。电导率要求高，电阻温度系数要小。易于复制，工艺简单，价格便宜。易于复制，工艺简单，价格便宜。2、热电偶的材料及结构、热电偶的材料及结构 第18页，共106页，编辑于2022年，星期一 B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 ；R:R:铂铑铂铑1313铂铂 ；S:S:铂铑铂铑1010铂铂 ；K:K:镍铬镍铬镍镍硅硅 ；E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍；J:J:铁铁铜镍铜镍；T:T:铜铜铜镍铜镍。用于制造用于制造铂铂热电偶的热电偶的各种各种铂铂热电偶丝热电偶丝国国际际电电工工委委员员会会（IEC）向向世世界界各各国国推推荐荐8

11、 8种种种种标标标标准准准准化化化化热热热热电电电电偶偶偶偶（已已列入工业标准化文件中，具有统一的分度表）。列入工业标准化文件中，具有统一的分度表）。N:镍铬硅镍硅镍铬硅镍硅第19页，共106页，编辑于2022年，星期一几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501

12、768 C C9.5879.587K镍铬镍硅镍铬镍硅(铝铝)-2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康康 铜铜)270800 C C?5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？第20页，共106页，编辑于2022年，星期一标准化热电偶的主要性能和特点标准化热电偶的主要性能和特点 第21页，共106页，编辑于2022年，星期一标准化热电偶的主要性能和特点标准化热电偶的主要性能和特点 第22页，共106页，编辑于2022年，星期一几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热

13、电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 哪几种热电偶的测温上限哪几种热电偶的测温上限较高？较高？结论：结论：结论：结论：哪几种热电偶的线哪几种热电偶的线性较差？性较差？哪一种热电偶的灵敏哪一种热电偶的灵敏度较高？度较高？哪一种热电偶的灵敏度哪一种热电偶的灵敏度较低？较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？8种标准热电偶第23页，共106页，编辑于2022年，星期一3、热电偶的分度表、热电偶的分度表不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定

14、，并将不同温度下测得的关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。第24页，共106页，编辑于2022年，星期一S型型(铂铑铂铑10-铂铂)热电偶分度表热电偶分度表 第25页，共106页，编辑于2022年，星期一第26页，共106页，编辑于2022年，星期一 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约约约约束条件束条件束条件束条件是：是：自由端（冷端）温度必须为自由端（冷端）温度必须为0 0 C C。假假设设热热电电偶偶的的冷冷端端温温

15、度度为为0 0 C C，请请根根据据“工工业业中中常常用用的的镍镍铬铬-镍镍硅硅（K）热热电电偶偶的的分分度度表表”，查查出出100100 C 、0 0 C、100100 C 时时的热电势。的热电势。如何利用热电偶的分度表如何利用热电偶的分度表 第27页，共106页，编辑于2022年，星期一K K K K热电偶的分度表热电偶的分度表热电偶的分度表热电偶的分度表 比比较较查查出出的的3 3个个热热电电势势，可可以以看看出出热热电电势势是是否否线性？线性？第28页，共106页，编辑于2022年，星期一如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值如

16、何由热电偶的热电势查热端温度值 设冷端为设冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的示值及，根据以下电路中的毫伏表的示值及K K热电热电偶的分度表，查出热端的温度偶的分度表，查出热端的温度t tx x 。每每1010分档，中间值按内插法计算。分档，中间值按内插法计算。第29页，共106页，编辑于2022年，星期一中间导体定律中间导体定律连接导体定律和中间温度定律连接导体定律和中间温度定律标准电极定律标准电极定律4.热电偶基本定律热电偶基本定律第30页，共106页，编辑于2022年，星期一 在在热热电电偶偶测测温温回回路路内内，接接入入第第三三种种导导体体时时，只只要要第第三三种种导体的两端

17、温度相同，则对回路的总热电势没有影响。导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律第31页，共106页，编辑于2022年，星期一测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路 应应应应用用用用：利利用用热热电电偶偶进进行行测测温温，必必须须在在回回路路中中引引入入连连接接导导线线和和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。第32页，共106页，编辑于2022年，星期一 连连接接导

18、导体体定定律律：在在热热电电偶偶回回路路中中，如如果果热热电电极极A、B分分别别与与连连接接导导线线A、B相相连连接接，结结点点温温度度分分别别为为T、Tc、T0，那那么么回回路路的的热热电电势势将将等等于于热热电电偶偶的的热热电电势势EAB(T,Tc)与与连连接接导导线线A、B在在温温度度Tc、T0 时热电势时热电势 EAB(Tc,T0)的代数和，即：的代数和，即：EABBA(T,Tc,T0)=EAB(T,Tc)+EAB(Tc,T0)连接导体定律和中间温度定律连接导体定律和中间温度定律连接导体定律和中间温度定律连接导体定律和中间温度定律第33页，共106页，编辑于2022年，星期一连接导体定

19、律连接导体定律连接导体定律连接导体定律 连接导体定律的应用连接导体定律的应用连接导体定律的应用连接导体定律的应用 根根据据这这个个定定律律，可可以以连连接接与与热热电电偶偶热热电电特特性性相相近近的的导导体体A和和B，将将热热电电偶偶冷冷端端延延伸伸到到温温度度恒恒定定的的地地方方，这这就就为为热热电电偶偶回回路路中中应用应用补偿导线补偿导线提供了理论依据。提供了理论依据。第34页，共106页，编辑于2022年，星期一 中中间间温温度度定定律律：热热电电偶偶在在结结点点温温度度为为T T、T T0 0时时的的热热电电势势值值E EABAB(T,T(T,T0 0)，等等于于热热电电偶偶在在(T,

20、T(T,Tc c)、(T(Tc c,T,T0 0)时时相相应应的的热热电电势势EAB(T,T(T,Tc c)与与 EAB(T(Tc c,T,T0 0)的代数和。如下式所示：的代数和。如下式所示：EAB(T,Tc,T0)=EAB(T,Tc)+EAB(Tc,T0)第35页，共106页，编辑于2022年，星期一 举举举举例例例例 已已知知A、B组组成成的的热热电电偶偶在在（100 ，0）时时热热电电势势为为1mV，且且A、B组组成成的的热热电电偶偶在在（1000 ，0 ）时时热热电电势势为为10mV，则则它它们们在在（1000 ，100 ）时时的的热热电电势势为为：10-1=9mV中间温度定律的应用

21、中间温度定律的应用中间温度定律的应用中间温度定律的应用 制制定定热热电电偶偶分分度度表表的的理理论论基基础础。只只要要列列出出自自由由端端温温度度为为0 时时各各工工作作端端温温度度与与热热电电动动势势的的关关系系表表即即可可。如如果果实实际际自自由由端端温温度度不不是是0，则此时所产生的热电动势为，则此时所产生的热电动势为 第36页，共106页，编辑于2022年，星期一标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律 如如果果将将导导体体C(热热电电极极，一一般般为为纯纯铂铂丝丝)作作为为标标准准电电极极(也也称称参参考考电电极极)，并并已已知知标标准准电电极

22、极与与任任意意导导体体配配对对时时的的热热电电势势，则则在在相相同同结结点点温温度度(T，T0)下下，任任意意两两导导体体A、B组组成成的的热热电电偶偶，其其热热电电势可由下式求得势可由下式求得:EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)第37页，共106页，编辑于2022年，星期一标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律标准导体（电极）定律标准电极第38页，共106页，编辑于2022年，星期一标准导体定律的意义标准导体定律的意义标准导体定律的意义标准导体定律的意义通通常常选选用用高高纯纯铂铂丝丝作作标标准准电电极极，原原因因：其其物物理理、化化学学性性能稳

23、定，易提纯，熔点高。能稳定，易提纯，熔点高。只只要要测测得得它它与与各各种种金金属属组组成成的的热热电电偶偶的的热热电电动动势势，则则各各种种金金属属间间相相互互组组合合成成热热电电偶偶的的热热电电动动势势就就可可根根据据标标准准电电极极定定律律计计算出来。算出来。第39页，共106页，编辑于2022年，星期一 为为了了适适应应不不同同生生产产对对象象的的测测温温要要求求和和条条件件，热热电电偶偶的的结结构构形式有：形式有：5.热电偶的结构形式热电偶的结构形式 普通型热电偶普通型热电偶普通型热电偶普通型热电偶 铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶 薄膜热电偶等薄膜热电偶等薄膜热电偶

24、等薄膜热电偶等 第40页，共106页，编辑于2022年，星期一普通型热电偶结构普通型热电偶结构普通型热电偶结构普通型热电偶结构 第41页，共106页，编辑于2022年，星期一普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装螺纹安装法兰安装法兰第42页，共106页，编辑于2022年，星期一普通普通装配型装配型热电偶热电偶的结构的结构放大图放大图 接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管 第43页，共106页，编辑于2022年，星期一

25、铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护保护套管（铠体）套管（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面第44页，共106页，编辑于2022年，星期一铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶 铠铠装装热热电电偶偶的的制制造造工工艺艺：把把热热电电极极材材料料与与高高温温绝绝缘缘材材料料预预置置在在金金属属保保护护管管中中、运运用用同同比比例例压压缩缩延延伸伸工工艺艺、将将这这三三者者合合为为一一体体，制制成成各各种种直直径径、规规格格的的铠铠装装偶偶体体，再再截

26、截取取适适当当长长度度、将将工工作作端端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠铠装装热热电电偶偶特特点点：内内部部的的热热电电偶偶丝丝与与外外界界空空气气隔隔绝绝，有有着着良良好好的的抗抗高高温温氧氧化化、抗抗低低温温水水蒸蒸气气冷冷凝凝、抗抗机机械械外外力力冲冲击击的的特特性性。铠铠装装热热电电偶偶可可以以制制作作得得很很细细，能能解解决决微微小小、狭狭窄窄场场合合的的测测温温问问题题，且且具具有有抗抗震震、可弯曲、超长等优点。可弯曲、超长等优点。第45页，共106页，编辑于2022年，星期一薄膜热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶薄膜热

27、电偶 特特点点：热热接接点点可可以以做做得得很很小小（m），具具有有热热容容量量小小、反反应应速速度度快快（s）等等特特点点，适适用用于于微微小小面面积积上上的的表表面面温温度度以以及及快快速速变变化化的的动动态温度测量。态温度测量。第46页，共106页，编辑于2022年，星期一隔爆型热电偶外形隔爆型热电偶外形隔爆型热电偶外形隔爆型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线第47页，共106页，编辑于2022年，星期一隔爆型热电偶隔爆型热电偶隔爆型热电偶隔爆型热电偶 结构特点结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特

28、殊结构，它的接线盒是经过它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构机构强度强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。预期的防爆、隔爆效果。使用场合使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业化学工业自控系统自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆

29、等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。引起环境气体爆炸）。第48页，共106页，编辑于2022年，星期一其他热电偶外形其他热电偶外形其他热电偶外形其他热电偶外形小型小型K K型热电偶型热电偶第49页，共106页，编辑于2022年，星期一 6.热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿但但在在实实际际测测量量过过程程中中，由由于于冷冷端端温温度度要要受受热热源源温温度度或或周周围围环环境境温温度度的影响，使得其不固定，将引起测量误差。的影响，使得其不固定，将引起测量误差。eAB(T,T0)=eAB(T)c=f(T)

30、根根据据热热电电偶偶测测温温原原理理，固固定定冷冷端端温温度度T T0 0，只只只只要要要要测测测测出出出出e e e eABABABAB（T T T T,T T T T0 0 0 0）的大小，就能得到被测温度的大小，就能得到被测温度的大小，就能得到被测温度的大小，就能得到被测温度T T T T第50页，共106页，编辑于2022年，星期一 必要性必要性必要性必要性：1、用用热热电电偶偶的的分分度度表表查查毫毫伏伏数数-温温度度时时，必必须须满满足足t0=0 C的的条条件件。在在实实际际测测温温中中，冷冷端端温温度度常常随随环环境境温温度度而而变变化化，这这样样t0不不但但不不是是0 C，而且

31、也不恒定，而且也不恒定，因此因此将产生误差将产生误差。2、一一般般情情况况下下，冷冷端端温温度度均均高高于于0 C，热热电电势势总总是是偏偏小小。应应想想办办法法消除或补偿消除或补偿热电偶的热电偶的冷端损失冷端损失。第51页，共106页，编辑于2022年，星期一热电偶一般做得较短，热电偶一般做得较短，一般为一般为3502000mm。在在实实际际测测温温时时，需需要要把把热热电电偶偶输输出出的的电电势势信信号号传传输输到到远远离离现现场场数数十十米米远远的的控控制制室室里里的的显显示示仪仪表表或或控控制制仪仪表表，这这样样,冷冷端端温温度度t0比比较稳定。较稳定。(1)(1)(1)(1)补偿导线

32、法补偿导线法补偿导线法补偿导线法 解解解解决决决决办办办办法法法法：工工程程中中采采用用一一种种补补偿偿导导线线。在在0100温温度度范范围围内内，要要求求补补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。第52页，共106页，编辑于2022年，星期一常用补偿导线常用补偿导线常用补偿导线常用补偿导线 第53页，共106页，编辑于2022年，星期一补偿导线外形补偿导线外形补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层第54页，共106页，编辑于2022年，星期一 在在实实验验室室及及精精密密测测量量中中，通通常常把把冷冷端端放放入入0恒恒温温器器或或装装满满

33、冰冰水水混合物的容器中，以便冷端温度保持混合物的容器中，以便冷端温度保持0。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。(2)(2)(2)(2)冷端冷端冷端冷端0000恒温法恒温法恒温法恒温法 第55页，共106页，编辑于2022年，星期一冰浴法冰浴法冰浴法冰浴法在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在0 0 C C不变。不变。第56页，共106页，编辑于2022年，星期一冰浴法接线图冰浴法接线图冰浴法接线图冰浴法接线图 1被被测测流体管道流体管道 2热电热电偶偶 3接线盒接线盒 4补偿导线补偿导线

34、 5铜质导线铜质导线 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9试管试管 10新的冷端新的冷端 第57页，共106页，编辑于2022年，星期一 当当冷冷端端温温度度t0不不等等于于0，需需要要对对热热电电偶偶回回路路的的测测量量电电势势值值eAB（t，t0）加加以以修修正正。当当工工作作端端温温度度为为t时时，分分度度表表可可查查eAB(t,0)与与eAB(t0,0)。根据中间温度定律得到：根据中间温度定律得到：eAB(t,0)=eAB(t,t0)+eAB(t0，0)(3)(3)(3)(3)冷端温度修正法冷端温度修正法冷端温度修正法冷端温度修正法 第58页，共106页，编辑于202

35、2年，星期一 例子例子例子例子 eAB（t，0）=eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬由镍铬-镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得t=829.8。用用镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶测测量量加加热热炉炉温温度度。已已知知冷冷端端温温度度t0=30，测得热电势，测得热电势eAB（t，t0）为）为33.29mV,求加热炉温度。求加热炉温度。解解：查查镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶分分度度表表得得eAB（30，0）1.203 mV。可得可得 第59页，共106页，编辑于2022年，星期一(4)(4)(4)(4)冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）冷端温度自

36、动补偿法（电桥补偿法）冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）第60页，共106页，编辑于2022年，星期一电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法 XT-WBC热电偶 冷端补偿器 电电桥桥补补偿偿法法是是利利用用不不平平衡衡电电桥桥产产生生的的不不平平衡衡电电压压来来自自动动补补偿偿热热电电偶偶因因冷冷端端温温度度变变化化而而引引起起的的热热电电势势变变化化值值，可可购购买买与与被被补补偿偿热热电电偶偶对应型号的补偿电桥。对应型号的补偿电桥。第61页，共106页，编辑于2022年，星期一热电偶典型测温线路热电偶典型测温线路(a)普通测温线路；普通测温线路；(b)带有补

37、偿器的测温线路；带有补偿器的测温线路；(c)具有温度变送器的测温线路；具有温度变送器的测温线路；(d)具有一体化温度变送器的测温线路具有一体化温度变送器的测温线路7.热电偶测温线路热电偶测温线路测量某一点的温度测量某一点的温度测量某一点的温度测量某一点的温度第62页，共106页，编辑于2022年，星期一 特特殊殊情情况况下下，热热电电偶偶可可以以串串联联或或并并联联使使用用，但但只只能能是是同同一一分分度度号号的的热热电电偶偶，且且冷冷端端应应在在同同一一温温度度下下。如如热热电电偶偶正正向向串串联联，可可获获得得较较大大的的热热电电势势输输出出和和提提高高灵灵敏敏度度；在在测测量量两两点点温

38、温差差时时，可可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。第63页，共106页，编辑于2022年，星期一串联串联 为为了了提提高高测测量量精精度度和和灵灵敏敏度度，也也可可将将n支支型型号号相相同同的的热热电电偶偶依依次串接，这时线路的总电势为次串接，这时线路的总电势为 EG=E1+E2+En=nE 式式中中的的E1，E2，,En为为单单支支热热电电偶偶的的热热电电势势。显显然然总总电电势势比单支热电偶的热电势增大比单支热电偶的热电势增大n倍。倍。第64页，共106页，编辑于2022年，星期一若若每每支支热热电电偶偶的的绝绝对对误误

39、差差为为E1，E2，,En，则则整整个个串串联联线线路的绝对误差为路的绝对误差为 如果如果 E1=E2=En=E则则故串联电路的相对误差为：故串联电路的相对误差为：第65页，共106页，编辑于2022年，星期一优点优点优点优点：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，且避免了热电偶并联线路存：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，且避免了热电偶并联线路存在的缺点，可立即发现有断路。在的缺点，可立即发现有断路。缺点缺点缺点缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。第66页，共106页，编辑于2022年，星期一并联测量平均温度并联测量平均温度 用若干

40、个热电偶并联，测出各点温度的算术平均值。如果用若干个热电偶并联，测出各点温度的算术平均值。如果n支热支热电偶的电阻值相等，则并联电路总热电势为电偶的电阻值相等，则并联电路总热电势为 第67页，共106页，编辑于2022年，星期一测量平均温度（并联）测量平均温度（并联）测量平均温度（并联）测量平均温度（并联）特点：特点：特点：特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。不会中断整个测温系统的工作。第68页，共106页，编辑于2022年，星期一反向串联测量两点间温度差反向串联测量两点间温度差两支型号相同的热电偶配用相

41、同的补偿导线，并反串连接，使两热两支型号相同的热电偶配用相同的补偿导线，并反串连接，使两热电势相减，从而测出电势相减，从而测出T1和和T2的温度差。的温度差。第69页，共106页，编辑于2022年，星期一8.2 8.2 8.2 8.2 热电阻传感器热电阻传感器热电阻传感器热电阻传感器热电阻传感器原理热电阻传感器原理热电阻的材料及结构热电阻的材料及结构热电阻传感器的组成热电阻传感器的组成热电阻的测量电路热电阻的测量电路第70页，共106页，编辑于2022年，星期一 原理热阻效应原理热阻效应热热电电阻阻传传感感器器是是利利用用导导体体或或半半导导体体的的电电阻阻值值随随温温度度变变化化而而变变化化

42、的原理进行测温的。的原理进行测温的。分类分类热电阻、热敏电阻。热电阻、热敏电阻。1、热电阻传感器原理、热电阻传感器原理第71页，共106页，编辑于2022年，星期一对电阻材料主要要求是对电阻材料主要要求是：电阻温度系数尽可能大和稳定；电阻温度系数尽可能大和稳定；能在较宽的温度范围内保持稳定的物理化学性能；能在较宽的温度范围内保持稳定的物理化学性能；电阻率高；电阻率高；R-t线性度好。线性度好。2、热电阻的材料及结构、热电阻的材料及结构 常用热电阻材料常用热电阻材料：铂电阻，铜电阻，铁电阻和镍电阻。：铂电阻，铜电阻，铁电阻和镍电阻。第72页，共106页，编辑于2022年，星期一几种纯金属的电阻相

43、对变化率与温度变化间关系几种纯金属的电阻相对变化率与温度变化间关系第73页，共106页，编辑于2022年，星期一铂电阻铂电阻:精度高，稳定性好，性能可靠。精度高，稳定性好，性能可靠。铜铜电电阻阻:铂铂是是贵贵金金属属，价价格格昂昂贵贵，因因此此在在测测温温范范围围比比较较小小(-50+150)的的情情况况下下，可可采采用用铜铜制制成成的的测测温温电电阻阻，称称铜铜电阻。电阻。铁铁电电阻阻和和镍镍电电阻阻:铁铁和和镍镍这这两两种种金金属属的的电电阻阻温温度度系系数数较较高高、电电阻阻率率较较大大，故故可可作作成成体体积积小小，灵灵敏敏度度高高的的电电阻阻温温度度计计，其其缺缺点点是是容容易易氧氧

44、化化，化化学学稳稳定定性性差差，不不易易提提纯纯，复复制制性性差差，而而且且电电阻阻值与温度的线性关系差。值与温度的线性关系差。热电阻的材料热电阻的材料热电阻的材料热电阻的材料第74页，共106页，编辑于2022年，星期一(1)(1)(1)(1)铂热电阻铂热电阻铂热电阻铂热电阻 铂铂热热电电阻阻的的特特点点是是精精度度高高、稳稳定定性性好好、性性能能可可靠靠，所所以以在在温温度传感器中得到了广泛应用。度传感器中得到了广泛应用。按按IEC标标准准，铂铂热热电电阻阻的的使使用用温温度度范范围围为为-200850。铂铂铂铂热热热热电电电电阻阻阻阻的特性方程的特性方程的特性方程的特性方程为：为：在在-

45、2000的温度范围内的温度范围内 Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)3 第75页，共106页，编辑于2022年，星期一在在0850的温度范围内的温度范围内 Rt=R0(1+At+Bt2)其中其中 A=3.908310-3/B=-5.80210-7/2 C=-4.27410-12/可见：热电阻在温度可见：热电阻在温度t时的电阻值与时的电阻值与0时的电阻值时的电阻值R0有关。有关。0时的电阻值时的电阻值第76页，共106页，编辑于2022年，星期一目目前前我我国国规规定定工工业业用用铂铂热热电电阻阻有有R0=10和和R0=100两两种种，它它们们的的分分度度号号分分别别为为Pt10和和P

46、t100，其其中中以以Pt100为为常常用用。铂铂热热电电阻阻不不同同分分度度号号亦亦有有相相应应分分度度表表，即即Rt-t的的关关系系表表，这这样样在在实实际际测测量量中中，只只要要测测得得热电阻的阻值热电阻的阻值Rt，便可从分度表上查出对应的温度值。，便可从分度表上查出对应的温度值。第77页，共106页，编辑于2022年，星期一铂电阻铂电阻Pt100分度表分度表 第78页，共106页，编辑于2022年，星期一(2)(2)(2)(2)铜热电阻铜热电阻铜热电阻铜热电阻 在在一一些些测测量量精精度度要要求求不不高高且且温温度度较较低低的的场场合合，可可采采用用铜铜热热电电阻阻进进行行测温，测温，

47、它的测量范围为它的测量范围为-50150。铜铜热热电电阻阻在在测测量量范范围围内内其其电电阻阻值值与与温温度度的的关关系系几几乎乎是是线线性的，可近似地表示为性的，可近似地表示为Rt=R0（1+t）=4.2810-3/两种分度号：两种分度号：Cu50(R0=50)和和Cu100（R0=100）。）。第79页，共106页，编辑于2022年，星期一铜热电阻的分度表分度号：Cu50 温度/0102030405060708090电阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.26100

48、71.4073.5475.6877.8379.9882.13第80页，共106页，编辑于2022年，星期一铜热电阻的特点铜热电阻的特点铜热电阻的特点铜热电阻的特点铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。缺缺点点：电电阻阻率率较较低低，电电阻阻体体的的体体积积较较大大，热热惯惯性性较较大大，稳稳定定性性较较差差，在在100 以以上上时时容容易易氧氧化化，因因此此只只能能用用于于低低温温及及没没有有浸浸蚀蚀性性的的介介质质中。中。第81页，共106页，编辑于2022年，星期一热电阻测温范围热电阻测温范围 热热电电阻阻广广泛泛用用来来测测量量2

49、00200850850范范围围内内的的温温度度，少少数数情情况下，低温可测量至况下，低温可测量至1K1K，高温达，高温达10001000。标标准准铂铂电电阻阻温温度度计计的的精精确确度度高高，作作为为复复现现国国际际温温标标的的标标准准仪仪器。器。第82页，共106页，编辑于2022年，星期一热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构 电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上，支架起支撑和绝缘作用。塑料支架上，支架起支撑和绝缘作用。第83页，共106页，编辑于2022年，星期一 热电阻传感器热电阻传感器 由

50、热电阻、连接导线及显示仪表组成。由热电阻、连接导线及显示仪表组成。3 3 3 3、热电阻传感器的组成、热电阻传感器的组成、热电阻传感器的组成、热电阻传感器的组成第84页，共106页，编辑于2022年，星期一用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路。热热电电阻阻与与检检测测仪仪表表相相隔隔一一段段距距离离，因因此此热热电电阻阻的的引引线线对对测测量量结果有较大的影响。结果有较大的影响。热电阻内部引线方式有热电阻内部引线方式有二线制二线制二线制二线制、三线制三线制三线制三线制和和四线制四线制四线制四线制三种。三种。4 4