第五章热电式传感器精选文档.ppt

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1、第五章热电式传感器1本讲稿第一页，共六十四页 热电式传感器是一种将热电式传感器是一种将温度温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。例如将被测温度转件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。例如将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。可由电压、电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。将温度转换为将温度转换为电势电势大小的热电式传感器叫大小的热电式传感器叫热电偶

2、热电偶；将温度转换为将温度转换为电阻值电阻值大小的热电式传感器叫做大小的热电式传感器叫做热电阻热电阻。本讲稿第二页，共六十四页 两种不同的金属两种不同的金属A A和和B B构成如图所示的闭合回路，如果将它们的构成如图所示的闭合回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加热，使其温度为两个接点中的一个进行加热，使其温度为T T，而另一点置于室，而另一点置于室温温T T0 0中，则在回路中会产生热电势，用中，则在回路中会产生热电势，用 来表示，这一现来表示，这一现象称为热电效应。象称为热电效应。第一节第一节 热电偶热电偶一一 热电效应热电效应通常把两种不同金属的这种组通常把两种不同金属的这种组合叫做热

3、电偶，合叫做热电偶，A A、B B叫做热电叫做热电极，温度高的接点叫做极，温度高的接点叫做热端热端或或工作端工作端，而温度低的接点叫，而温度低的接点叫做做冷端冷端或或自由端自由端。本讲稿第三页，共六十四页接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。成的电动势。由理论分析知道，热电效应产生的热电式是由由理论分析知道，热电效应产生的热电式是由接触电势接触电势和和温差电势温差电势两部分组成。两部分组成。1 1 接触电势产生的原因接触电势产生的原因接触电势产生的原因接触电势产生的原因e eABAB(T T)本讲稿第四页，共

4、六十四页两种不同金属两种不同金属A A和和B B接触时，在接触处便发生电子的扩散。若金属接触时，在接触处便发生电子的扩散。若金属A A的自由电子浓度大于金属的自由电子浓度大于金属B B的自由电子浓度，则在同一瞬间由金的自由电子浓度，则在同一瞬间由金属属A A扩散到金属扩散到金属B B中去的电子将比由金属中去的电子将比由金属B B扩散到扩散到A A中去的电子多，中去的电子多，因而金属因而金属A A因失去电子而带正电，金属因失去电子而带正电，金属B B因得到电子而带负电。由因得到电子而带负电。由于正、负电荷的存在，在接触处便产生电场。于正、负电荷的存在，在接触处便产生电场。e eABAB(T T)

5、本讲稿第五页，共六十四页 该电场将阻碍扩散作用的进一步发生，同时引起反方向的电子该电场将阻碍扩散作用的进一步发生，同时引起反方向的电子转移。扩散和反扩散形成矛盾运动。转移。扩散和反扩散形成矛盾运动。上述过程的发展，直到上述过程的发展，直到扩散作用和阻碍其扩散的作用的效果相同时，也即由金属扩散作用和阻碍其扩散的作用的效果相同时，也即由金属A A扩扩散到金属散到金属B B的自由电子与金属的自由电子与金属B B扩散到金属扩散到金属A A的自由电子（形的自由电子（形成漂移电流）相等时，该过程便处于动态平衡。在这种动态平成漂移电流）相等时，该过程便处于动态平衡。在这种动态平衡状态下，衡状态下，A A和和

6、B B两金属之间便产生一定的接触电势。两金属之间便产生一定的接触电势。e eABAB(T T)本讲稿第六页，共六十四页式中：k-玻耳兹曼常数（k=1.38 J/K）；T-接触面的绝对温度；e-单位电荷量（e=1.6 C）；NA-金属电极A的自由电子密度；NB-金属电极B的自由电子密度。两接点的接触电势两接点的接触电势e eABAB（T T）可表示为：）可表示为：接触电势的数值取决于接触电势的数值取决于两种不同导体的性质两种不同导体的性质和和接触点的温度接触点的温度。本讲稿第七页，共六十四页温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度

7、不同而产生的一种热电势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子产生的一种热电势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成温差电势。成温差电势。2 2 温差电势产生的原因温差电势产生的原因温差电势产生的原因温差电势产生的原因本讲稿第八页，共六十四页综上所述，在由两种

8、不同金属组成的闭合回路中，当两端点的温综上所述，在由两种不同金属组成的闭合回路中，当两端点的温度不同时，回路中产生的热电势等于上述电位差的代数和。度不同时，回路中产生的热电势等于上述电位差的代数和。A AB BT TT T0 0-e eA A(T T,T T0 0)e eB B(T T,T T0 0)e eABAB(T T)e eABAB(T T0 0)e eABAB(T T)7.1 热电偶式中：式中：、分别为温度分别为温度T T和和 下的接触电势下的接触电势;和和 为为A A和和B B的温差电势。的温差电势。本讲稿第九页，共六十四页在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，热电偶在

9、总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，热电偶的热电势可表示为：的热电势可表示为：对于已选定的热电偶，当参考端温度恒定时，对于已选定的热电偶，当参考端温度恒定时，为常数，为常数，则总的热电动势就只与温度则总的热电动势就只与温度T T成单值函数关系，即成单值函数关系，即:本讲稿第十页，共六十四页因此就可以用测量到的热电势因此就可以用测量到的热电势 来得到对应的温度值来得到对应的温度值T T。热热电偶热电势的大小，只是与导体电偶热电势的大小，只是与导体A A和和B B的材料有关，与冷热端的材料有关，与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。的温度有关，与导体的粗细长短及两

10、导体接触面积无关。实际应用中，热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来确定的。实际应用中，热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来确定的。分度表是在参考端温度为分度表是在参考端温度为00时，通过实验建立起来的热电势与工作端时，通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。温度之间的数值对应关系。本讲稿第十一页，共六十四页本讲稿第十二页，共六十四页 只只有有由由化化学学成成分分不不同同的的两两种种导导体体材材料料组组成成的的热热电电偶偶，其其两两端端点点间间的的温温度度不不同同时时，才才能能产产生生热热电电势势。热热电电势势的的大大小小与与材材料料的的性性质质及及其其两两端点的温度有关

11、，而与形状、大小无关。端点的温度有关，而与形状、大小无关。二二.热电偶基本定律热电偶基本定律 化化学学成成分分相相同同的的材材料料组组成成的的热热电电偶偶，即即使使两两个个接接点点的的温温度度不不同同，回回路的总热电势也等于零。应用这一定律可以判断两种金属是否相同。路的总热电势也等于零。应用这一定律可以判断两种金属是否相同。化化学学成成分分不不相相同同的的两两种种材材料料组组成成的的热热电电偶偶，若若两两个个接接点点的的温温度度相相同同，回路中的总热电势也等于零。回路中的总热电势也等于零。本讲稿第十三页，共六十四页 在在热热电电偶偶中中插插入入第第三三种种材材料料，只只要要插插入入材材料料两两

12、端端的的温温度度相相同同，对热电偶的总热电势没有影响。对热电偶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）回路中的总电动势：回路中的总电动势：回路中的总电动势：回路中的总电动势：这这这这一一一一定定定定律律律律具具具具有有有有特特特特别别别别重重重重要要要要的的的的实实实实际际际际意意意意义义义义。因因因因为为为为利利利利用用用用热热热热电电电电偶偶偶偶来来来来测测测测量量量量温温温温度度度度时时时时，必必必必须须须须在在在在热热热热电电电电偶偶偶偶回回回回路路路路中中中中接接接接入入入入电电电电气气气气测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，也也也也就就就就相相相相当当

13、当当于于于于接接接接入入入入第第第第三三三三种种种种材材材材料。料。料。料。本讲稿第十四页，共六十四页同理，加入第四、第五种导体后，只要加入的导体两端同理，加入第四、第五种导体后，只要加入的导体两端温度相等，同样不影响回路中的总热电势。温度相等，同样不影响回路中的总热电势。但是，如果接入第三种材料的两端温度不等，热电偶回路但是，如果接入第三种材料的两端温度不等，热电偶回路的总热电势将会发生变化。其变化大小，取决于材料的性质的总热电势将会发生变化。其变化大小，取决于材料的性质和接点的温度。和接点的温度。本讲稿第十五页，共六十四页 中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度 中中间间

14、温温度度定定律律的的实实用用价价值值在在于于：当当自自由由端端温温度度不不为为0时时，可可利利用用该该定定律律及及分分度度表表求求得得工工作作端端温温度度，另另外外热热电电偶偶中中补补偿偿导线的使用也依据了以上定律。导线的使用也依据了以上定律。本讲稿第十六页，共六十四页测量端温度0102030405060708090热电动势（mv）00.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681为为了了便便于于使使用用，我我们们将将冷冷温温度度取取为为00，将将热热电电偶偶工工作作端端温温度度与与热热电电动动势势的的对对应应关关系系列列成成表表格格，该该表表称称为为

15、热热电电偶的分度表。偶的分度表。分度表镍镉镍镉-镍硅镍硅K K型热电偶分度表型热电偶分度表本讲稿第十七页，共六十四页 如如果果两两种种导导体体分分别别与与第第三三种种导导体体组组成成的的热热电电偶偶所所产产生生的的热热电电式式已已知知，则则此此两两种种导导体体组组成成热热电电偶偶的的热热电电势势就就己己知知。（标标标标准准准准电电电电极极极极定律定律定律定律）T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC本讲稿第十八页，共六十四页两式相减得：两式相减得：两式相减得：两式相减得：本讲稿第十九页，共六十四页若一个热电偶由若一个热电偶由A A、B B、C C三种

16、导体组成，且回路中三个接点三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：或或本讲稿第二十页，共六十四页由此可知，当任一电极由此可知，当任一电极B B，C C，DD，与与标准电极标准电极A A组组成热电偶产生热电势为已知时，就可以求出这些热电极成热电偶产生热电势为已知时，就可以求出这些热电极彼此任意组成热电偶时的热电势。通常采用铂作为标准彼此任意组成热电偶时的热电势。通常采用铂作为标准电极。电极。本讲稿第二十一页，共六十四页为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有

17、普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。三三.热电偶结构和种类热电偶结构和种类本讲稿第二十二页，共六十四页用作用作热电极热电极的材料应具备下面的条件：的材料应具备下面的条件：温度测量精度高。温度测量精度高。要求在规定的温度测量范围内要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。物理化学性能好。物理化学性能好。要求在规定的温度测量范围内有良要求在规定的温度测量范围内有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗

18、还原性能。好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。性能稳定。性能稳定。要求在规定的温度测量范围内使用时热电要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。性能稳定，均匀性和复现性好。本讲稿第二十三页，共六十四页保护套管：保护套管：绝缘材料：绝缘材料：防止电极间短路。防止电极间短路。使电极和待测温度介质隔离，使其免受化学侵使电极和待测温度介质隔离，使其免受化学侵蚀和机械损伤。蚀和机械损伤。接线盒：接线盒：供热电偶和补偿导线连接之用。供热电偶和补偿导线连接之用。本讲稿第二十四页，共六十四页 1 1普通型热电偶普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、普通

19、型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。保护管和接线盒组成。本讲稿第二十五页，共六十四页2 2铠装热电偶铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体。属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体。本讲稿第二十六页，共六十四页 3.3.薄膜热电偶薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料，用薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料，用 真空蒸镀、真空蒸镀、化学涂层化学涂层 等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶。偶。本

20、讲稿第二十七页，共六十四页 从从19881988年年1 1月月1 1日日起起，我我国国热热电电偶偶和和热热电电阻阻的的生生产产全全部部按按国国际际电电工工委委员员会会（IECIEC）的的标标准准，并并指指定定S S、B B、E E、K K、R R、J J、T T七七种种标标准准化化热热电电偶偶为为我我国国统一设计型热电偶。统一设计型热电偶。标准型热电偶标准型热电偶本讲稿第二十八页，共六十四页热电偶类别热电偶类别热电偶类别热电偶类别代号代号代号代号分度号分度号分度号分度号测温测温测温测温范围范围范围范围允许误差允许误差允许误差允许误差铂铑铂铑铂铑铂铑30303030-铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6

21、6WRRWRRWRRWRRLL-2LL-2LL-2LL-2或或或或B B B B0 0 0 01800180018001800800800800800，4.04.04.04.08008008008000.5%t0.5%t0.5%t0.5%t铂铑铂铑铂铑铂铑10-10-10-10-铂铂铂铂WRPWRPWRPWRPLB-3LB-3LB-3LB-3或或或或S S S S0 0 0 01600160016001600600600600600，3.03.03.03.06006006006000.5%t0.5%t0.5%t0.5%t镍铬镍铬镍铬镍铬-镍硅镍硅镍硅镍硅WRNWRNWRNWRNEU-2EU-2

22、EU-2EU-2或或或或K K K K 0 0 0 01300130013001300400400400400，3.03.03.03.04004004004000.75%t0.75%t0.75%t0.75%t镍铬镍铬镍铬镍铬-考铜考铜考铜考铜镍铬镍铬镍铬镍铬-铜镍铜镍铜镍铜镍WRKWRKWRKWRKWRE WRE WRE WRE EA-2EA-2EA-2EA-2或或或或E E E E0 0 0 08008008008000 0 0 01000 1000 1000 1000 300300300300，3.03.03.03.03003003003001.0%t1.0%t1.0%t1.0%t几种常用

23、热电偶的测温范围及精确度几种常用热电偶的测温范围及精确度本讲稿第二十九页，共六十四页本讲稿第三十页，共六十四页 补偿导线补偿导线T Tn nT T0 0T T0 0T Tn nC CD DMMR RL LE EA AB BT T实实际际测测量量时时，为为了了让让自自由由端端免免受受被被测测介介质质温温度度和和周周围围环环境境的的影影响响，往往往往采采用用补补偿偿导导线线，将将热热电电偶偶的的自自由由端端延延引引到到远远离离高高温温区区的的地地方方，从从而使新的自由端温度相对稳定。而使新的自由端温度相对稳定。同同时时当当测测量量端端与与工工作作端端距距离离较较远远时时，利利用用补补偿偿导导线线可

24、可以以节节约约大大量量贵金属，减少热电偶回路的电阻，而日便于铺设安装。贵金属，减少热电偶回路的电阻，而日便于铺设安装。补偿导线本讲稿第三十一页，共六十四页所所谓谓补补偿偿导导线线，是是指指在在一一定定的的温温度度范范围围内内(0一一100)，其其热热电电性性能能与与相相应应热热电电偶偶的的热热电电性性能能相相同同的的廉廉价价导导线线。它它仅仅能能延延长长热热电电偶偶的的自由端，但不起任何温度补偿作用。自由端，但不起任何温度补偿作用。T Tn nT T0 0T T0 0T Tn nC CD DMMR RL LE EA AB BT T接接补补偿偿导导线线后后的的热热电电偶偶回回路路可可以以看看成成

25、仅仅由由热热电电极极A、B组组成成的回路。的回路。本讲稿第三十二页，共六十四页T Tn nT T0 0T T0 0T Tn nC CD DMMR RL LE EA AB BT T使使用用补补偿偿导导线线应应注注意意：(1)两两根根补补偿偿导导线线与与热热电电偶偶两两个个热热电电极极的的接接点点必必须须具具有有相相同同的的温温度度。(2)各各种种补补偿偿导导线线只只能能与与相相应应型型号号的的热热电电偶偶配配用用，而而且且必必须须在在规规定定的的温温度度范范围围内内使使用用，极极性切勿接反。性切勿接反。本讲稿第三十三页，共六十四页本讲稿第三十四页，共六十四页1.1.测量某一点的温度测量某一点的温

26、度流过测温毫伏表的电流为流过测温毫伏表的电流为:T Tn nT T0 0T T0 0T Tn nC CD DMMR RL LE EA AB BT T四四.热电偶实用测量电路热电偶实用测量电路其中其中R Rz z、R Rc c、R RMM分别为热电偶、导线和仪表（包括分别为热电偶、导线和仪表（包括R RL L ）电阻。）电阻。本讲稿第三十五页，共六十四页2.2.测量两点之间的温度差（反向串联）测量两点之间的温度差（反向串联）A AT T2 2仪表仪表仪表仪表B BT T1 1C CD DT T0 0 T T0 0B BA AC C回路内的总电动势为回路内的总电动势为:因为因为C C、DD为补偿导

27、线，其热为补偿导线，其热电性质分别与电性质分别与A A、B B 材料性材料性质相同质相同本讲稿第三十六页，共六十四页故如如果果连连接接导导线线用用普普通通铜铜导导线线，则则必必须须保保证证两两热热电电偶偶的冷端温度相等，否则测量结果是不正确的。的冷端温度相等，否则测量结果是不正确的。本讲稿第三十七页，共六十四页3.3.热电偶并联线路热电偶并联线路 T T1 1R R1 1T T0 0T T2 2R R2 2T T0 0 T T3 3R R3 3T T0 0 仪表仪表仪表仪表A AB B A AB B A AB BR R1 1、R R2 2、R R3 3：阻值很大，在阻值很大，在T T1 1、T

28、 T2 2、T T3 3不不相等时，使每一只热电偶线路中相等时，使每一只热电偶线路中流过的电流不受影响。流过的电流不受影响。本讲稿第三十八页，共六十四页T T1 1R R1 1T T0 0T T2 2R R2 2T T0 0 T T3 3R R3 3T T0 0 仪表仪表仪表仪表A AB B A AB B A AB B每只热电偶的输出为：每只热电偶的输出为：回路总的热电动势为回路总的热电动势为:特点：当有一只热电偶烧断特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统它也不会中断整个测温系统的工作。的工作。本讲稿第三十九页，共六十四页4.4.热电偶

29、串联线路（正向串联）热电偶串联线路（正向串联）T T1 1T T0 0T T2 2仪表仪表仪表仪表T T3 3T T0 0A AB BD DD DD DC CC CC CA AB BA AB B因为因为所以所以本讲稿第四十页，共六十四页优点：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，可立即可以发现有断路。并联线路存在的缺点，可立即可以发现有断路。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。本讲稿第四十一页，共六十四页五五.热电偶冷端补偿方式热电偶冷端补偿方

30、式vv 热电偶的热电势的大小与热端温度有关，与冷端温热电偶的热电势的大小与热端温度有关，与冷端温度有关。度有关。vv 只有当冷端温度恒定，才可通过测量热电势的大只有当冷端温度恒定，才可通过测量热电势的大小得到热端温度。小得到热端温度。vv 热电偶电路中最大的问题是冷端的问题，即如何热电偶电路中最大的问题是冷端的问题，即如何选择测温的参考点。选择测温的参考点。本讲稿第四十二页，共六十四页常采用的冷端方式有三种：常采用的冷端方式有三种：(1)(1)冰点槽法冰点槽法将热电偶的冷端置于冰点槽内将热电偶的冷端置于冰点槽内(冰水混合物冰水混合物)，使冷端温，使冷端温度处于度处于00。为了避免冰水导电引起两

31、个连接点短路，。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。这种装置通常用于实验室或精密点槽，使相互绝缘。这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。的温度测量。本讲稿第四十三页，共六十四页mVmVA AB BT T铜导线铜导线铜导线铜导线铜铜铜铜导导导导线线线线试试试试管管管管补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线热电偶热电偶热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液冰水溶液冰水溶液T T0 0仪表仪表仪表仪表补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线本讲稿第四十四页，共六十四页2 2恒温槽方式恒温槽

32、方式:即将冷端置于恒温槽中，如恒定即将冷端置于恒温槽中，如恒定温度为温度为T T0 0，则冷端的误差，则冷端的误差 为：为：本讲稿第四十五页，共六十四页3 3冷端自动补偿方式（补偿电桥法）冷端自动补偿方式（补偿电桥法）补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因参考作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因参考端温度不为端温度不为00或变化而引起热电势的变化值。或变化而引起热电势的变化值。本讲稿第四十六页，共六十四页R R1 1、R R2 2、R R3 3为电阻温度系数较小的锰铜丝做成，为电阻温度系数较小的锰铜丝

33、做成，R RCuCu为电阻温为电阻温度系数较大的铜丝做成。度系数较大的铜丝做成。补偿电桥与热电偶参考端处在同一环境温度，但由于补偿电桥与热电偶参考端处在同一环境温度，但由于R RCuCu的阻值随环的阻值随环境温度变化而变化，如果适当选择桥臂电阻和桥路电流，就可以使电桥境温度变化而变化，如果适当选择桥臂电阻和桥路电流，就可以使电桥产生的不平衡电压产生的不平衡电压UUabab补偿由于参考端温度变化引起的热电势补偿由于参考端温度变化引起的热电势E E（T T，T T0 0）变化量，从而达到自动补偿的目的。）变化量，从而达到自动补偿的目的。本讲稿第四十七页，共六十四页若冷端温度恒定，但并非若冷端温度恒

34、定，但并非00，要使测出的热电动势只反映热，要使测出的热电动势只反映热端的实际温度，则必须对温度进行修正。修正公式如下：端的实际温度，则必须对温度进行修正。修正公式如下：4.4.计算修正法计算修正法本讲稿第四十八页，共六十四页5.5.显示仪表零位调整法显示仪表零位调整法当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电偶冷端温度不是偶冷端温度不是00，但十分稳定（如恒温车间或有，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所），可预先将有零位调整器的显示仪表空调的场所），可预先将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度的初始值调至已知的冷端温度值上，的指针从刻度的初始值调

35、至已知的冷端温度值上，这时显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。这时显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。本讲稿第四十九页，共六十四页6.6.软件处理法软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为例如冷端温度恒定但不为00的情况，只需在采样后加一的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。个与冷端温度对应的常数即可。对于对于T T0 0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把把T T0 0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能信号输入计算机，按照运算

36、公式设计一些程序，便能自动修正。自动修正。本讲稿第五十页，共六十四页 热电阻传感器是利用导体的热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化电阻值随温度变化而变化的原而变化的原理进行测温的。理进行测温的。热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量200200500500的温度；易于使用在自动测量和远距离测量的温度；易于使用在自动测量和远距离测量中。中。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。第二节第二节 热电阻热电阻本讲稿第五十一页，共六十四页 1 1铂电阻铂电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性

37、好、性能可靠，所以铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。按在温度传感器中得到了广泛应用。按IPTS-68IPTS-68标准，在标准，在-259.34+630.74259.34+630.74温域内，以铂电阻温度计作为基准温域内，以铂电阻温度计作为基准器。器。一一一一 常用的几种热电阻常用的几种热电阻常用的几种热电阻常用的几种热电阻用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，温度系数和电阻率，R-t R-t 关系最好成线性，物理化学关系最好成线性，物理化学性能稳定，复现性好等。目前最常用的热电

38、阻有铂热性能稳定，复现性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。电阻和铜热电阻。本讲稿第五十二页，共六十四页铂热电阻的温度特性，在铂热电阻的温度特性，在0 0630.74630.74以内为：以内为：在在-190-19000以内为：以内为：式中：式中：R Rt t温度为温度为t t时的阻值；时的阻值；R R0 0温度为温度为0 0度时的阻值；度时的阻值；A A分度系数，取分度系数，取3.940 /3.940 /；B B分度系数，取分度系数，取-5.84 /-5.84 /；C C分度系数，取分度系数，取-4.22 /-4.22 /。本讲稿第五十三页，共六十四页2铜电阻 由于铂是贵重金属材料，

39、因此，在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温，它的测量范围为-50150。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地表示为：本讲稿第五十四页，共六十四页二二二二 热电阻的测量电路热电阻的测量电路热电阻的测量电路热电阻的测量电路R Rt t为热电阻为热电阻,r,r1 1 、r r2 2、r r3 3为引线电阻为引线电阻,R,R1 1、R R2 2为两桥臂电阻为两桥臂电阻,R R1 1=R=R2 2,R,R3 3为调整电为调整电桥的精密电阻。桥的精密电阻。测量仪表测量仪表MM内阻很大，故电流近似为零。当内阻很大，故电流近似为零。当UUA A=U=UBB时

40、电桥平衡。时电桥平衡。若使若使r r1 1+R+Rt t=r=r2 2+R+R3 3,就可降低引线电阻的影响。就可降低引线电阻的影响。三线式电桥连接法三线式电桥连接法三线式电桥连接法三线式电桥连接法R R1 1R R2 2R R3 3R Rt tr r1 1r r3 3r r2 2E EA AB BMM本讲稿第五十五页，共六十四页 本节介绍半导体的电阻值随温度变化的一种热敏元件本节介绍半导体的电阻值随温度变化的一种热敏元件（热敏电阻）。（热敏电阻）。第三节第三节 半导体温度传感器半导体温度传感器 热敏电阻是由一些金属氧化物热敏电阻是由一些金属氧化物,采用不同比例的配方，经高温烧结而采用不同比例

41、的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状。种形状。热敏电阻具有以下优点：热敏电阻具有以下优点：电阻温度系数大，灵敏度高；电阻温度系数大，灵敏度高；结构简单；结构简单；电阻率高，热惯性小；电阻率高，热惯性小；但它阻值与温度变化呈非线性，且稳定性和互换性较差。但它阻值与温度变化呈非线性，且稳定性和互换性较差。一一一一 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻1 1 热敏电阻的结构形式及其特点热敏电阻的结构形式及其特点热敏电阻的结构形式及其特点热敏电阻的结构形式及其特点本讲稿第五十六页，共六十四页按半导体电

42、阻随温度变化的典型特性分为三种类型：即负电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型：即负电阻温度系数热敏电阻（温度系数热敏电阻（NTCNTC），正电阻温度系数热敏电阻），正电阻温度系数热敏电阻（PTCPTC）和在在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度）和在在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（电阻器（CTRCTR）。）。2 2 热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性4040808012012016016010108 810210210410410610

43、60 0温度（温度（温度（温度（）电阻（电阻（电阻（电阻（）NTCNTCCTRCTRPTCPTC180180本讲稿第五十七页，共六十四页 式中：式中：R RT T、R R0 0温度温度T T、T T0 0时的阻值；时的阻值；T T热力学温度；热力学温度；B B热敏电阻材料常数，一般取热敏电阻材料常数，一般取200020006000K6000K。由图可见，使用由图可见，使用CTRCTR型热敏电阻组成控制开关是十分理想的。在温型热敏电阻组成控制开关是十分理想的。在温度测量中，则主要采用度测量中，则主要采用NTCNTC或或PTCPTC型热敏电阻，但使用最多的是型热敏电阻，但使用最多的是NTCNTC型

44、热敏电阻。负温度系数的热敏电阻的阻值与温度的关系可表型热敏电阻。负温度系数的热敏电阻的阻值与温度的关系可表示为：示为：本讲稿第五十八页，共六十四页若定义若定义 为热敏电阻的温度系数为热敏电阻的温度系数，则：，则：B B 和和 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，所以它的灵敏度很高。但热敏电阻非线温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。但热敏电阻非线性严重，所以实际使用时要对其进行线性化处理。性严重，所以实际使用时要对其进行线性化处理。本讲稿第五十九页，共六十四页热敏电阻值随温度变化呈指数规律

45、，其非线性非常严重。线性热敏电阻值随温度变化呈指数规律，其非线性非常严重。线性变换常用的方法有：变换常用的方法有：1 1线性化网络线性化网络 对热敏电阻进行线性化处理的最简单方法是用温度系数很小对热敏电阻进行线性化处理的最简单方法是用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络代替单个热敏的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。3 3 热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理E ER Rx xRtRt串联补偿电路串联补偿

46、电路串联补偿电路串联补偿电路RxRxRt+RxRt+RxRtRt温度温度温度温度电阻电阻电阻电阻本讲稿第六十页，共六十四页2计算修正法计算修正法大部分传感器的输出特性都存在非线性，因此实际使用时都必须大部分传感器的输出特性都存在非线性，因此实际使用时都必须对其进行线性化处理，其方法有硬件（电子线路）法和软件（程对其进行线性化处理，其方法有硬件（电子线路）法和软件（程序）法。序）法。在带有微处理器的测量系统中，就可以用软件对传感器进行处在带有微处理器的测量系统中，就可以用软件对传感器进行处理。当已知热敏电阻的实际特性和要求的理想特性时，可以用理。当已知热敏电阻的实际特性和要求的理想特性时，可以用

47、线性插值等方法将特性分段并把分段点的值存放在计算机的内线性插值等方法将特性分段并把分段点的值存放在计算机的内存中，计算机将根据热敏电阻的实际输出值进行校正计算，给存中，计算机将根据热敏电阻的实际输出值进行校正计算，给出要求的输出值。出要求的输出值。本讲稿第六十一页，共六十四页二二二二 PN PN结温度传感器结温度传感器结温度传感器结温度传感器利用利用PNPN结的结电压随温度成近似线性变化这一特性实现对结的结电压随温度成近似线性变化这一特性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。可直接用半导体二极管温度的检测、控制和补偿等功能。可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极管做成或将半导体三极管接成二极管做成PNPN结温度传感器。这种结温度传感器。这种传感器的测温范围为传感器的测温范围为-50-50至至150150，与其他的温度传感，与其他的温度传感器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、灵敏度高、器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、灵敏度高、热时间常数小，因此用途较广。热时间常数小，因此用途较广。本讲稿第六十二页，共六十四页 基于热电偶的温度计基于热电偶的温度计图图 J J型热电偶型热电偶03000300测温电路测温电路第三节第三节 热电势传感器的应用热电势传感器的应用本讲稿第六十三页，共六十四页基于铂电阻的火灾报警器基于铂电阻的火灾报警器本讲稿第六十四页，共六十四页