傳感器原理及電路設(shè)計(jì)第15-18講熱電

1、第8章 熱電式傳感器 12.03.20151第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電式傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度通常是測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。熱電式傳感器：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的元件。 何種電量？前言以將溫度轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)或電阻的方法最為常見(jiàn)將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)變化：熱電偶將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化：熱電阻、熱敏電阻第8章 熱電式傳感器 12.03.20152第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電效應(yīng)熱電偶測(cè)溫原理1821年，西拜克（See-back）發(fā)現(xiàn)，兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接在一起，當(dāng)兩端溫度不一樣時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種現(xiàn)象。熱電效應(yīng)：兩種不同

2、的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)tt0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)(又稱西拜克效應(yīng))。熱電偶原理圖tt0AB熱端熱端冷端冷端基本概念熱電勢(shì)熱電偶(A&B)熱電極(A、B)熱端(測(cè)量端或工作端)冷端(參考端或自由端)熱電偶 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.20153第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶兩種導(dǎo)體接觸電動(dòng)勢(shì)熱電偶+ABnAnBEAB(t)-)()(ln)(ABtntnekttEBAEAB(t)

3、導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度t 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；nA、nB 導(dǎo)體A、B在某溫度(例如t )時(shí)的電子密度。接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。)()(ln)(0000ABtntnekttEBA 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電勢(shì)包含接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)第8章 熱電式傳感器 12.03.20154第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶單一導(dǎo)體溫差電動(dòng)勢(shì)熱電偶機(jī)理機(jī)理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到

4、低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電， 低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。AEA(t,to)tot 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.20155第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)熱電偶t0tEAB(t)EAB(t0)EA(t,t0)EB(t,t0)ABEAB(t, t0)=EAB(t)EB(t,t0)EAB(t0)EA(t,t0)實(shí)際可忽略溫差電動(dòng)勢(shì)，熱電偶的熱電勢(shì)可表示為： 00000000,lnlnABA

5、BABABABABAABBEt tEtEt tEt tEtEtEtntntktktentent 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.20156第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)熱電偶t0tEAB(t)EAB(t0)EA(t,t0)EB(t,t0)AB影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無(wú)關(guān)兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度t0恒定時(shí)，EAB(t0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系，即 0

6、0( , )( )( )( )( )ABEt tf tf tf tCt可見(jiàn)：只要測(cè)出EAB(t,t0)的大小，就能得到被測(cè)溫度t，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。)()(ln)()(ln)()(),(0000ABAB0ABtntnekttntnekttEtEttEBABA 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.20157第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)熱電偶()MLMLHLHLEEttttEE 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與

7、種類(lèi)不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定，并將不同溫度下測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢(shì)與溫度的對(duì)照表，即分度表，供查閱使用，每10分檔 。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。第8章 熱電式傳感器 12.03.20158第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律熱電偶中間導(dǎo)體定律在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)，接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。C0AB00( , )( )( )( , )ABABABEt tEtEtEt t應(yīng)用：利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后不會(huì)影響

8、回路中的熱電勢(shì)。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.20159第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律熱電偶中間導(dǎo)體定律 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.201510第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律熱電偶中間溫度定律EAB(t1,t3)=EAB(t1,t2)+EAB(t2,t3) BBA t2 t1 t3 AAB如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路，其

9、接點(diǎn)溫度分別為t1、t2(如圖所示)時(shí)，則其熱電勢(shì)為EAB(t1, t2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T(mén)2、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(t2, t3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為t1、t3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(t1, t3)，則 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.201511第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律熱電偶中間溫度定律對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何使用分度表的問(wèn)題提供了依據(jù)。如當(dāng)t2=0時(shí)，則：EAB(t1,t3)=EAB(t1, 0)+EA B(0, t3)=EAB(t1, 0)-EAB

10、(t3, 0)=EAB(t1)）-EAB(t3) 說(shuō)明：當(dāng)在原來(lái)熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A、B(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA (t2)=EBB (t2)時(shí)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為EAB=EAB(t1)EAB(t0)ABt1t2t2ABt0t0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)第8章 熱電式傳感器 12.03.201512第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律0C0C0( , )( , )( , )ABABEt tEt tEt t通常選用高純鉑

11、絲作標(biāo)準(zhǔn)電極只要測(cè)得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來(lái)。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201513第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶基本定律例題解：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律結(jié)論公式，有 EAB（t, t0）= EAC（t, t0） EBC（t, t0）依題意可知，EAC（t, t0）13.967mV； EBC（t, t0）8.345mV則 EAB(t, t0)13.967mV8.345mV5.622 mV因此

12、，在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)為5.622 mV。已知在某特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為13.967mV，材料B與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為8.345mV，求出在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201514第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有：普通型熱電偶特殊熱電偶鎧裝型熱電偶薄膜熱電偶等。接線盒熱電極熱端絕緣管保護(hù)管普通型熱電偶 熱電偶實(shí)用

13、測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201515第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)為了適應(yīng)特殊環(huán)境下使用鎧裝型熱電偶優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。薄膜熱電偶特點(diǎn)：熱接點(diǎn)可以做得很?。╩），具有熱容量小、反應(yīng)速度快（s）等特點(diǎn)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201516第15-18講GMES 2008

14、目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電極材料的選擇熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)理論上，任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以組成熱電偶。但實(shí)際應(yīng)用中，電極材料一般應(yīng)具備以下條件：n性能穩(wěn)定 n溫度測(cè)量范圍廣n物理化學(xué)性能穩(wěn)定 n導(dǎo)電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小n材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好、復(fù)制工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201517第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶的種類(lèi)熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)工程用熱電偶材料應(yīng)滿足條件：熱電勢(shì)變化盡量大，熱電勢(shì)與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易加

15、工，復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，有良好的互換性。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）向世界各國(guó)推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中，具有統(tǒng)一的分度表）。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201518第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電偶的種類(lèi)熱電偶名稱熱電偶名稱正熱電極正熱電極負(fù)熱電極負(fù)熱電極分度號(hào)分度號(hào)測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍特點(diǎn)特點(diǎn)鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6B017001700（超高溫）（超高溫）適用于氧化性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫上限高，穩(wěn)定適用于氧化性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫上限高，穩(wěn)定性好。在

16、冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。性好。在冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鉑銠鉑銠10鉑鉑鉑銠鉑銠10純鉑純鉑S016001600（超高溫）（超高溫）適用于氧化性、惰性氣氛中測(cè)溫，熱電性能穩(wěn)適用于氧化性、惰性氣氛中測(cè)溫，熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，精度高，但價(jià)格貴、熱電動(dòng)定，抗氧化性強(qiáng)，精度高，但價(jià)格貴、熱電動(dòng)勢(shì)較小。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。勢(shì)較小。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻合金鎳鉻合金鎳硅鎳硅K20012001200（高溫）（高溫）適用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫范圍很寬、適用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫范圍很寬、熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性、熱電動(dòng)勢(shì)大、熱電

17、動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性、熱電動(dòng)勢(shì)大、價(jià)格低。穩(wěn)定性不如價(jià)格低。穩(wěn)定性不如B、S型熱電偶，但是非型熱電偶，但是非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻合金鎳鉻合金銅鎳合金銅鎳合金E200900900（中溫）（中溫）適用于還原性或惰性氣氛中測(cè)溫，熱電動(dòng)勢(shì)較適用于還原性或惰性氣氛中測(cè)溫，熱電動(dòng)勢(shì)較其他熱電偶大，穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低。其他熱電偶大，穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低。鐵康銅鐵康銅鐵鐵銅鎳合金銅鎳合金J200750750（中溫）（中溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，價(jià)格低，熱電動(dòng)勢(shì)適用于還原性氣氛中測(cè)溫，價(jià)格低，熱電動(dòng)勢(shì)較大，僅次于較大，僅次于E型熱

18、電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化。型熱電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化。銅康銅銅康銅銅銅銅鎳合金銅鎳合金T200350350（低溫）（低溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，精度高，價(jià)格低。適用于還原性氣氛中測(cè)溫，精度高，價(jià)格低。在在20000可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。缺點(diǎn)是銅極可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。缺點(diǎn)是銅極易氧化。易氧化。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi) 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201519第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線法熱電偶一般做得較短， 一般為3502

19、000mm。在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣, 冷端溫度t0比較穩(wěn)定。解決辦法：工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線。在0100溫度范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 熱電偶類(lèi)型熱電偶類(lèi)型補(bǔ)償導(dǎo)線類(lèi)型補(bǔ)償導(dǎo)線類(lèi)型補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線正極正極負(fù)極負(fù)極鉑銠鉑銠10鉑鉑銅銅鎳合金銅銅鎳合金銅銅銅鎳合金銅鎳合金（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為為0.6%0.6%）鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅I型：鎳鉻鎳硅型：鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅IIII型：銅康銅型：銅康銅銅銅康銅康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻康銅鎳鉻鎳鉻康銅康銅鐵康銅鐵康銅鐵康銅

20、鐵康銅鐵鐵康銅康銅銅康銅銅康銅銅康銅銅康銅銅銅康銅康銅 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201520第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶冷端恒溫法mVABABtCC儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液t0在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把冷端放入0恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持0。這是一種理想的補(bǔ)償方法，但工業(yè)中使用極為不便。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201521

21、第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶冷端溫度校正法當(dāng)冷端溫度t0不等于0，需要對(duì)熱電偶回路的測(cè)量電勢(shì)值EAB（t，t0）加以修正。當(dāng)工作端溫度為t時(shí)，分度表可查EAB(t,0)與EAB(t0,0)。根據(jù)中間溫度定律得到： EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0,0) 例子例子:用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30，測(cè)得熱電勢(shì)EAB(t,t0)為33.29mV, 求加熱爐溫度。 解解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得EAB(30,0)=1.203 mV。 可得 EAB(t,0)= EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=

22、34.493mV由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表插值得t=829.8。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201522第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶自動(dòng)補(bǔ)償法(電橋補(bǔ)償法)Uab冷端補(bǔ)償器 mVEAB(t,t0)t0t0tAB+-abURCuR1R2R3R利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu),此時(shí)Uab=0 ,電橋

23、對(duì)儀表讀數(shù)無(wú)影響。 000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值132213112323()()(1)()UUUUCCABCCR RRR RR RRUEERRRRRRRR 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201523第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶軟件補(bǔ)償法熱電偶冷端溫度補(bǔ)償u冷端溫度恒定t0 ：但t0不為0時(shí)，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。u冷端溫度t0波動(dòng)：可利用熱敏電阻或其它傳感器把t0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程

24、序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正t0的輸入通道就可以了。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201524第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶測(cè)量單點(diǎn)溫度熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器

25、 12.03.201525第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差(反極性串聯(lián))102012( , )( , )( , )TABABABEEt tEt tEt t熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201526第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶測(cè)量多點(diǎn)的平均溫度(同極性并聯(lián)或串聯(lián))特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺(jué)察出來(lái)。當(dāng)然，它也不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。12310203012301230( , )( , )( , )33(,3 )(, )

26、33ABABABTABABEEEEt tEt tEt tEEtttttttEt優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，可立即發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)將停止工作。0123102030012301230( , )( , )( , )(,3 )(, )TABABABtABABEEEEEt tEt tEt tEttttEttt t熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路 熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)熱電偶同極性串聯(lián)同極性并聯(lián)第8章 熱電式傳感器 12.03.201527第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱

27、電偶應(yīng)用一 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi)AD594內(nèi)置放大器及溫度補(bǔ)償電路，如后接A/D轉(zhuǎn)換器，則可構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)。 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路熱電偶的應(yīng)用 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201528第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶應(yīng)用二 熱電偶結(jié)構(gòu)與種類(lèi) 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 熱電偶實(shí)用測(cè)溫電路熱電偶的應(yīng)用常用爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)如圖所示。毫伏定值器給出給定溫度的相應(yīng)毫伏值，熱電偶的熱電勢(shì)與定值器的毫伏值相比較，若有偏差則表示爐溫偏離給定值，此偏差經(jīng)放大器送入調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過(guò)晶閘管觸發(fā)器推動(dòng)晶閘管執(zhí)行器來(lái)調(diào)整電爐絲的加熱功率，直到偏差被消除，從而實(shí)

28、現(xiàn)控制溫度 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶第8章 熱電式傳感器 12.03.201529第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電阻定義及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介熱電阻 常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量200850范圍內(nèi)的溫度。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為實(shí)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。電阻絲采用雙線并繞法繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷塑料支架上，支架起支撐和絕緣作用。 第8章 熱電式傳感器 12.03.201530第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電阻材料要求 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電

29、阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用對(duì)用于制造熱電阻材料的要求：具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率R-t關(guān)系最好成線性物理化學(xué)性能穩(wěn)定容易加工、價(jià)格盡量便宜等 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。第8章 熱電式傳感器 12.03.201531第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶鉑熱電阻 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200850。鉑熱電阻的特性方程為：在-2000的溫度范圍內(nèi) Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在08

30、50的溫度范圍內(nèi) Rt = R0(1+At+Bt2) A=3.9710-13/ B=-5.8510-7/2 C=-4.2210-12/4 在ITS-90 中常數(shù)為第8章 熱電式傳感器 12.03.201532第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶鉑熱電阻 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用-2000 ：Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 0850 ：Rt = R0(1+At+Bt2) 可見(jiàn)：熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與0時(shí)的電阻值R0有關(guān)目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100，其中以Pt1

31、00為常用。 鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表，即Rt-t的關(guān)系表，這樣在實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。第8章 熱電式傳感器 12.03.201533第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶鉑熱電阻 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用熱電阻分度表，即Rt-t的關(guān)系表第8章 熱電式傳感器 12.03.201534第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶銅熱電阻 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，它的測(cè)量范圍為-50150。 銅

32、熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為：Rt=R0（1+t） =4.2810-3/兩種分度號(hào)：Cu50(R0=50)和Cu100（R0=100）。 第8章 熱電式傳感器 12.03.201535第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶銅熱電阻 簡(jiǎn)介熱電阻常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用銅熱電阻的分度表分度號(hào)：Cu50050R 溫度溫度/0 0101020203030404050506060707080809090電阻電阻/0 050.0050.0047.8547.8545.7045.7043.5543.5541.4041.4039.2439

33、.240 050.0050.0052.1452.1445.2845.2856.4256.4258.5658.5660.7060.7062.8462.8464.9864.9867.1267.1269.2669.2610010071.4071.4073.5473.5475.6875.6877.8377.8379.9879.9882.1382.13優(yōu)點(diǎn)：銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100 以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒(méi)有浸蝕性的介質(zhì)中。第8章 熱電式傳感器 12.03.201536第15-18講GMES 2008

34、目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電阻內(nèi)部引線方式 簡(jiǎn)介熱電阻 常用熱電阻熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用用熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)量電路經(jīng)常采用電橋電路。 熱電阻與檢測(cè)儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。電阻體二線制電阻體三線制電阻體四線制第8章 熱電式傳感器 12.03.201537第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電阻測(cè)量電路 簡(jiǎn)介熱電阻 常用熱電阻熱電阻測(cè)量電路 熱電阻應(yīng)用兩線制引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來(lái)附加誤差。適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。三線制用于工業(yè)

35、測(cè)量，一般精度。 四線制實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量。 第8章 熱電式傳感器 12.03.201538第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱電阻應(yīng)用 簡(jiǎn)介熱電阻 常用熱電阻 熱電阻測(cè)量電路熱電阻應(yīng)用電路調(diào)試用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱代替?zhèn)鞲衅?，在T=0 ，調(diào)節(jié)RP1，使輸出U0=0V；在T=120 ，調(diào)節(jié)RP2，使使輸出U0=2V高精度溫度測(cè)量電路，測(cè)量范圍0-120 ，對(duì)應(yīng)輸出U0為0-2V，可接入單片機(jī)做顯示或控制用。三線制接入電橋 信號(hào)放大 低通濾波 第8章 熱電式傳感器 12.03.201539第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱敏電阻定義簡(jiǎn)介熱敏電阻 熱敏

36、電阻溫度特性 熱敏電阻應(yīng)用熱敏電阻是利用半導(dǎo)體（某些金屬氧化物如NiO,MnO2, CuO,TiO2)的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。一般測(cè)溫范圍：50 300第8章 熱電式傳感器 12.03.201540第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱敏電阻分類(lèi)簡(jiǎn)介熱敏電阻 熱敏電阻溫度特性 熱敏電阻應(yīng)用 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） Positive Temperature Coefficient 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） Negative Temperature Coefficient 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

37、器（CTR） Chop Temperature Resistor第8章 熱電式傳感器 12.03.201541第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶熱敏電阻溫度特性 簡(jiǎn)介熱敏電阻熱敏電阻溫度特性 熱敏電阻應(yīng)用大多數(shù)：負(fù)溫度系數(shù)。熱敏電阻在不同值時(shí)的電阻溫度特性，溫度越高，阻值越小，且有明顯的非線性。NTC熱敏電阻具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于：100300之間測(cè)溫。PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消磁、各種電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)等。CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個(gè)溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高。主要用作溫度開(kāi)關(guān)。各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來(lái)方便。第8章 熱電式傳感器 12.03.201542第15-18講GMES 2008目錄前言熱電阻熱敏電阻熱電偶溫度控制 簡(jiǎn)介熱敏