傳感與檢測(cè)技術(shù)_07熱電式傳感器

1、第第7 7章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 本章介紹用來測(cè)量溫度的傳感器，包括：熱電偶、本章介紹用來測(cè)量溫度的傳感器，包括：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。介紹這些傳感器的基本工作原熱電阻、熱敏電阻等。介紹這些傳感器的基本工作原理、類型及應(yīng)用。理、類型及應(yīng)用。 溫度測(cè)量傳感器分類方法有很多種，如教材中常溫度測(cè)量傳感器分類方法有很多種，如教材中常用按工作原理分：膨脹式、電阻式、熱電式和輻射式用按工作原理分：膨脹式、電阻式、熱電式和輻射式等形式；實(shí)際使用按用途分：基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度等形式；實(shí)際使用按用途分：基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式。計(jì)；按測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸

2、式。 還有以下三張表中的分類。還有以下三張表中的分類。熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器。分 類特 征傳 感 器 名 稱超高溫用傳感器1500以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器10001500光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器5001000光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0500低溫用傳感器-2500極低溫用傳感器-270-250BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容 測(cè) 溫 范 圍溫度傳感器分類溫度傳感器分類(1)(1)分 類特

3、征傳 感 器 名 稱測(cè)溫范圍寬、輸出小測(cè)溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型測(cè)溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì) 測(cè) 溫 特 性溫度傳感器分類(2)分 類特 征傳 感 器 名 稱測(cè)定精度0.10.5鉑測(cè)溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)用測(cè)定精度0.55熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器絕對(duì)值測(cè)定用管理溫度測(cè)定用相對(duì)值15 測(cè) 定 精 度溫度傳感器分類(3) 此

4、外，還有此外，還有微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。應(yīng)用，有的尚在研制中。 測(cè)溫方法很多，我們僅介紹最常用的三類：測(cè)溫方法很多，我們僅介紹最常用的三類：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻。熱電偶、熱電阻、熱敏電阻。第一節(jié)第

5、一節(jié) 熱電偶傳感器熱電偶傳感器一、熱電偶的工作原理一、熱電偶的工作原理 熱電偶的工作原理是基于熱電效應(yīng)。熱電偶的工作原理是基于熱電效應(yīng)。 1 1、熱電效應(yīng)、熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A A和和B B串接成一個(gè)閉串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電動(dòng)勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 閉合回路中的兩種導(dǎo)體稱為熱電極。閉合回路中的兩種導(dǎo)體稱為熱電極。 回路中的兩結(jié)點(diǎn)，一個(gè)稱工作端（熱端回路中的兩結(jié)點(diǎn)，一個(gè)稱工作端（熱端T T），另一個(gè)），另一個(gè) 稱參比端（冷端稱參

6、比端（冷端T T0 0）。）。 通常將兩種導(dǎo)體組合，并將溫度轉(zhuǎn)化成熱電動(dòng)勢(shì)輸通常將兩種導(dǎo)體組合，并將溫度轉(zhuǎn)化成熱電動(dòng)勢(shì)輸出的器件叫做熱電偶，是一種常用的測(cè)溫傳感器。出的器件叫做熱電偶，是一種常用的測(cè)溫傳感器。 熱電偶為何能產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)呢？熱電偶為何能產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)呢？ 熱電動(dòng)勢(shì)的形成是由于接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)共同作用的熱電動(dòng)勢(shì)的形成是由于接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。其大小與組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的材料及結(jié)點(diǎn)溫度（結(jié)果。其大小與組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的材料及結(jié)點(diǎn)溫度（T0、T）有關(guān)。有關(guān)。（1）接觸電動(dòng)勢(shì)）接觸電動(dòng)勢(shì)e AB(T) 當(dāng)兩種導(dǎo)體當(dāng)兩種導(dǎo)體A、B接觸，在其接觸區(qū)會(huì)形成一個(gè)電場，

7、即在兩接觸，在其接觸區(qū)會(huì)形成一個(gè)電場，即在兩導(dǎo)體接觸區(qū)形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)：導(dǎo)體接觸區(qū)形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)：1)-(10 NNLnekT)T(eBAAB式中：式中：e AB(T)-導(dǎo)體導(dǎo)體A、B的接點(diǎn)在溫度的接點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)； k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)， k=1.3810-23 J/K e電子電荷量，電子電荷量， e=1.610-19 C T接觸處的溫度接觸處的溫度 NA，NB分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A和和B的自由電子的自由電子密度。密度。 接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)e AB(T)的形成，可以用以下理論解釋。的形成，可以用以下理論解釋。 不同導(dǎo)體

8、材料具有不同的自由電子密度（不同導(dǎo)體材料具有不同的自由電子密度（NA、NB），當(dāng)其接），當(dāng)其接觸時(shí)，發(fā)生電子擴(kuò)散。電子擴(kuò)散速率與各自的電子密度（觸時(shí)，發(fā)生電子擴(kuò)散。電子擴(kuò)散速率與各自的電子密度（NA、NB）有關(guān)。有關(guān)。 不妨設(shè)不妨設(shè)NANB。當(dāng)電子擴(kuò)散平衡時(shí)，。當(dāng)電子擴(kuò)散平衡時(shí)，A失去電子帶正電荷，失去電子帶正電荷，B得到電子帶負(fù)電荷。其結(jié)果在接觸區(qū)形成電場，該電場阻礙了電得到電子帶負(fù)電荷。其結(jié)果在接觸區(qū)形成電場，該電場阻礙了電子的繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，即形成了接觸電動(dòng)勢(shì)子的繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，即形成了接觸電動(dòng)勢(shì)e AB(T) 。自由電子ABe (T)TBA接觸電動(dòng)勢(shì)的形成機(jī)理ANN

9、B（2）溫差電動(dòng)勢(shì)）溫差電動(dòng)勢(shì)e A(T，T0) 溫差電動(dòng)勢(shì)是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度的不同而產(chǎn)生的一種熱溫差電動(dòng)勢(shì)是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度的不同而產(chǎn)生的一種熱電動(dòng)勢(shì)。其大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度差有關(guān)?？杀硎緸椋弘妱?dòng)勢(shì)。其大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度差有關(guān)?？杀硎緸椋?ABe (T )0T圖10-2 熱電偶閉合回路電動(dòng)勢(shì)組成ABTe (T)ABTTB0B0dt)T(T,eTTA0A0dt)T(T,e2)-(10 dt)T(T,eTTA0A0TTB0B0dt)T(T,ee A(T，T0)-導(dǎo)體導(dǎo)體A的溫差的溫差 電動(dòng)勢(shì)；電動(dòng)勢(shì)；A、B分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A、 B的湯姆遜系數(shù)；的湯姆遜系數(shù)；

10、T、T0導(dǎo)體兩端的絕對(duì)導(dǎo)體兩端的絕對(duì) 溫度。溫度。因此，根據(jù)圖因此，根據(jù)圖10-2，可計(jì)算回路總的電動(dòng)勢(shì)：，可計(jì)算回路總的電動(dòng)勢(shì)：3)-(10 )dt-(NNLnekTNNLnekT )T, T(e)T, T(e)T(e)T(e)T(T,ETTABBTATBTATBAABAB0AB0000000一般情況下，溫差電動(dòng)勢(shì)一般情況下，溫差電動(dòng)勢(shì)T0，所以總，所以總電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)EAB（T，T0）中，）中， eAB(T)占主導(dǎo)。占主導(dǎo)。 當(dāng)當(dāng)NANB，則，則A為正極，為正極，B為負(fù)極。為負(fù)極。從（從（10-310-3）式可得出有關(guān)熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論或基本定律）式可得出有關(guān)熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論或基本定律

11、1)1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。 換種說法：熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱電換種說法：熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱電極，否則，輸出總電動(dòng)勢(shì)為零。極，否則，輸出總電動(dòng)勢(shì)為零。2 2）若）若T=TT=T0 0，即冷、熱端溫度相同，輸出熱電動(dòng)勢(shì)為，即冷、熱端溫度相同，輸出熱電動(dòng)勢(shì)為0 0；3 3）熱電偶的總熱電動(dòng)勢(shì)與）熱電偶的總熱電動(dòng)勢(shì)與A A、B B材料的中間溫度無關(guān)，只材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)；與結(jié)

12、點(diǎn)溫度有關(guān)；例例1（P237）1 1、將一靈敏度為、將一靈敏度為0.08mV/0.08mV/的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是端是50 50 ，若電位計(jì)上讀數(shù)是，若電位計(jì)上讀數(shù)是60mV60mV，求熱電偶的熱端溫度是多，求熱電偶的熱端溫度是多少？少？解：已知熱電偶靈敏度為常數(shù)解：已知熱電偶靈敏度為常數(shù)0.08mV/0.08mV/，說明所測(cè)溫度與熱電偶，說明所測(cè)溫度與熱電偶輸出成線性關(guān)系，可設(shè)：輸出成線性關(guān)系，可設(shè)：E(T)=kT+A= 0.08T+AE(T)=kT+A= 0.08T+A其中：其中：T T為工作端溫度，為工作端溫度，A A是待定常數(shù)。是待定常

13、數(shù)。 因電壓表接線端為因電壓表接線端為50 50 。則當(dāng)測(cè)端溫度也為。則當(dāng)測(cè)端溫度也為50 50 時(shí)，有：時(shí)，有： E E（5050）= 0 = 0 推出：推出： A=A=4mV4mV， 故：故：E(T) = 0.08T E(T) = 0.08T 4 4 當(dāng)電壓表測(cè)得數(shù)值為當(dāng)電壓表測(cè)得數(shù)值為60mV60mV時(shí)，即：時(shí)，即：60 =0.08T60 =0.08T4 4T = 800 T = 800 4)4)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其（第三種材料）在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其（第三種材料）兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電

14、動(dòng)勢(shì)。兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。 根據(jù)該定律，可以將第三導(dǎo)體換成根據(jù)該定律，可以將第三導(dǎo)體換成測(cè)量儀表，只要保持兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，測(cè)量儀表，只要保持兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，就可測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)。就可測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)。T00TC圖10-3 具有第三導(dǎo)體的熱電偶回路ABT儀表 證明：圖中回路中總電動(dòng)勢(shì)為：證明：圖中回路中總電動(dòng)勢(shì)為： E EABCABC(T(T，T T0 0) ) =E =EABAB(T)+E(T)+EBCBC(T(T0 0)+E)+ECACA(T(T0 0) (10-4) (10-4)式中右邊三項(xiàng)分別為式中右邊三項(xiàng)分別為A A與與B B導(dǎo)體、導(dǎo)體、B B與與C

15、C導(dǎo)體、導(dǎo)體、C C與與A A導(dǎo)體組成的熱電偶在導(dǎo)體組成的熱電偶在T T或或T T0 0溫溫度下的熱電動(dòng)勢(shì)。度下的熱電動(dòng)勢(shì)。 在在T=T0的情況下，回路中的總電動(dòng)勢(shì)為的情況下，回路中的總電動(dòng)勢(shì)為0，即：，即：EABC(T0，T0)= EAB(T0)+EBC(T0)+ECA(T0)=0 (10-5) 將此式與（將此式與（10-4）相減，可得：）相減，可得：EABC(T，T0)= EAB(T)EAB(T0)=EAB(T，T0) 證畢證畢5)5)參考電極定律參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A A、B B分別與參考電極分別與參考電極C C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已

16、知，的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A A和和B B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：7)-(10 )T(T,E)T(T,E)T(T,E0CB0AC0AB教材對(duì)此式作了證明，我們?cè)诖瞬蛔鐾茖?dǎo)教材對(duì)此式作了證明，我們?cè)诖瞬蛔鐾茖?dǎo)。=ACTT0+CBTT0ABTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，人們多采用鉑作為參考電極。E (T,T0)ABT0TCCBA 參考電極定律有何實(shí)際意義參考電極定律有何實(shí)際意義？由于適于制作熱電偶的材料約300余種，兩兩組合數(shù)量達(dá)C3002種以上。顯然對(duì)這些組合的配對(duì)都作熱電偶的標(biāo)定，顯然費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于鉑材

17、料性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高且易提純，可用作標(biāo)準(zhǔn)參考電極。用熱電偶材料與鉑配對(duì)，只需要300余種熱電偶的標(biāo)定，這樣可大大減少不必要的材料配對(duì)工作。 例例2 2：（P237P237）已知在某特定條件下材料已知在某特定條件下材料A A與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為13.967mV13.967mV，材料，材料B B與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為8.345mV8.345mV，求出在此特定條件，求出在此特定條件下材料下材料A A與材料與材料B B配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)？配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)？解：根據(jù)式（解：根據(jù)式（10-7）)T(T,E)T(T,E)T(T,E0PtB0APt0ABEAB=13.967

18、 8.345 = 5.622(m)二、常用熱電偶二、常用熱電偶適于制作熱電偶的材料約適于制作熱電偶的材料約300300余種。到目前為止，余種。到目前為止，國際電工委員會(huì)已將其中七種推薦為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。國際電工委員會(huì)已將其中七種推薦為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。這七種熱電偶為：這七種熱電偶為： 貴金屬類：貴金屬類： 鉑銠鉑銠1010鉑；鉑銠鉑；鉑銠1313鉑；鉑；鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 ；一般金屬類：一般金屬類： 銅康（考）銅；鐵康銅；銅康（考）銅；鐵康銅；鎳鉻康銅；鎳鉻鎳硅（鋁）鎳鉻康銅；鎳鉻鎳硅（鋁）熱電偶工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1接線盒；2保險(xiǎn)套管3絕緣套管4熱電偶絲1234 1鉑銠鉑銠1010鉑熱

19、電偶鉑熱電偶(S(S型型) ) 分度號(hào)LB3工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：正極：鉑銠合金絲鉑銠合金絲, ,用用9090鉑和鉑和1010銠銠( (重量比重量比) )冶煉而成。冶煉而成。 負(fù)極：負(fù)極：鉑絲鉑絲。 測(cè)量溫度：長期：測(cè)量溫度：長期：13001300、短期：、短期：16001600。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電 偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。 測(cè)量溫度較高，一般用來測(cè)量測(cè)量溫度較高，一

20、般用來測(cè)量10001000以上高溫。以上高溫。 在高溫還原性氣體中（如氣體中含在高溫還原性氣體中（如氣體中含CoCo、H H2 2等）易被侵蝕，需要等）易被侵蝕，需要 用保護(hù)套管。用保護(hù)套管。 外套材料常用外套材料常用3030高溫合金。高溫合金。 材料屬貴金屬，成本較高。材料屬貴金屬，成本較高。 熱電動(dòng)勢(shì)較弱。熱電動(dòng)勢(shì)較弱。 2鎳鉻鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型) 分度號(hào)EU2工業(yè)用熱電偶絲： 1.22.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.489.7鎳、910鉻，0.6 硅，0.3錳，0.40.7鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.797鎳,23硅,0.40.7 鈷冶煉而成)。測(cè)量溫度

21、：長期1000，短期1300。特點(diǎn)：v 價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。v 高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，H2S等氣體中易 被侵蝕。v 復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大。 3 3鎳鉻鎳鉻考銅考銅熱電偶熱電偶(E型型) 分度號(hào)為分度號(hào)為EA2工業(yè)用熱電偶絲：工業(yè)用熱電偶絲：1.22mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：正極：鎳鉻合金負(fù)極：負(fù)極：考銅合金（用56銅，44鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：測(cè)量溫度：長期600，短期800。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。l 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。l 氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質(zhì)，適 于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 4 4鉑銠鉑

22、銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶(B(B型型) ) 分度號(hào)為分度號(hào)為LLLL2 2正極：正極：鉑銠合金（用70鉑，30銠冶煉而成）。負(fù)極負(fù)極：鉑銠合金（用94鉑，6銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：測(cè)量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)1800。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。l 還原性氣體中易被侵蝕。l 低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在50以下可不加補(bǔ)償。l 成本高。 幾種特殊用途的熱電偶幾種特殊用途的熱電偶（1）銥和銥合金熱電偶：）銥和銥合金熱電偶：如銥如銥50銠銠銥銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中釕熱電偶它能在氧化氣氛中 測(cè)量高達(dá)測(cè)量高達(dá)2100的高溫。的高溫。（2）鎢錸熱電偶：）鎢錸熱電偶：

23、是是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)崮甏l(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)?電偶，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能電偶，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能 力差。國產(chǎn)鎢錸力差。國產(chǎn)鎢錸5-鎢錸鎢錸20熱電偶使用溫度范圍熱電偶使用溫度范圍3002000分度精分度精 度為度為1。（3）金鐵）金鐵鎳鉻熱電偶鎳鉻熱電偶 ：主要用在低溫測(cè)量，可在主要用在低溫測(cè)量，可在2273K范圍內(nèi)范圍內(nèi) 使用，靈敏度約為使用，靈敏度約為10V。（4）鈀）鈀鉑銥鉑銥15熱電偶：熱電偶：是一種高輸出性能的熱電偶，在是一種高輸出性能的熱電偶，在1398時(shí)時(shí) 的熱電勢(shì)為的熱電勢(shì)為4

24、7.255mV，比鉑，比鉑鉑銠鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì) 高出高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。（6）銅）銅康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)MK 熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43V/。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于20K473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。 （5 5）鐵）鐵康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)TKTK 靈敏度高，約為53V/，線性度好，價(jià)格便宜，可在800以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能

25、力。 三、熱電偶溫度補(bǔ)償（冷端處理及補(bǔ)償）三、熱電偶溫度補(bǔ)償（冷端處理及補(bǔ)償）為何要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償為何要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償l 熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)是兩結(jié)點(diǎn)溫度差（熱端溫度和冷端溫度差）的函數(shù)，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；l 熱電偶分度表給出的熱電動(dòng)勢(shì)是以冷端溫度0為依據(jù)。而在實(shí)際使用中，冷端溫度是隨環(huán)境溫度變化的，很難保持溫度恒定。因此，就要采取一些措施來抵消由于冷端溫度變化對(duì)輸出熱電動(dòng)勢(shì)的影響。 在工業(yè)使用時(shí)，解決冷端補(bǔ)償問題有許多方法，一般根據(jù)使用條件和測(cè)量精度的要求來確定所使用的具體方法。 熱電偶冷端溫度主要補(bǔ)償方法有： 冰點(diǎn)槽法（見后面說明） 計(jì)算修正

26、法 零點(diǎn)遷移法（見后面說明） 冷端補(bǔ)償器法（見后面說明） 補(bǔ)償導(dǎo)線法 軟件處理法（見后面說明）1. 冰點(diǎn)槽法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。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例: 用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測(cè)溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是0而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一

27、致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。 2. 2. 零點(diǎn)遷移法零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定的場所（如恒溫車間）。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。3. 3. 冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法 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)Ua

28、b=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)4. 4. 軟件處理法軟件處理法 對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，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。 對(duì)于T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，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

29、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。 第二節(jié)第二節(jié) 熱電阻傳感器熱電阻傳感器一、概述一、概述熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的裝置。熱電阻傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)： 性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高。在中、低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)很小，用熱電阻比用熱電偶做為測(cè)溫元件時(shí)的測(cè)量精度更高； 具有較大的測(cè)量范圍，尤其在低溫區(qū)。一般可在-270900范圍內(nèi)使用（推薦在150以下時(shí)選用）； 易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。 與熱電偶相比，沒有參比端誤差問題

30、。二、熱電阻的材料要求： 作為測(cè)量溫度用的熱電阻材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 電阻溫度系數(shù)大。 電阻率大；熱容量小。熱慣性要小。在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；良好的工藝性。便于批量生產(chǎn)，以降低成本；電阻隨溫度的變化呈線性關(guān)系，具有良好的輸出特性。 根據(jù)以上要求，純金屬是制造熱電阻的主要材料。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻有：鉑、銅，鎳、鐵等。常用熱電阻材料：1、鉑熱電阻 鉑是一種貴金屬，其主要優(yōu)點(diǎn)是物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并具有良好的工藝性，易于提純，可以制作極細(xì)的鉑絲（0.02或更細(xì)），但它的電阻溫度系數(shù)較小。 鉑的使用溫度范圍為-200650，可作為溫度標(biāo)準(zhǔn)使用，也廣泛用于高精度的工業(yè)溫度測(cè)量。 由于

31、成本原因，在測(cè)量精度要求不高的場合下，一般采用銅電阻。 鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系： 在-2000范圍內(nèi)：Rt=R01+At+Bt2+C（t-100）t3 在0850范圍內(nèi)：Rt=R0（1+At+Bt2） 式中： Rt、R0-分別為0和t （）時(shí)的電阻值； 對(duì)于常用的工業(yè)鉑電阻，常數(shù)： A=3.9080210 3/ ； B=5.80210 7/2； =4.2735010 12 /4； 2、銅熱電阻、銅熱電阻銅熱電阻僅用來制造-50180范圍內(nèi)的工業(yè)用電阻溫度計(jì)。其主要特點(diǎn)是在上述溫度范圍內(nèi)，其電阻與溫度的關(guān)系是線性的；而且它的電阻溫度系數(shù)比鉑高，但它的電阻率低。在溫度不高、測(cè)溫元件尺寸沒有

32、特殊限制時(shí)，可以使用銅電阻溫度計(jì)。電阻值與溫度關(guān)系為：Rt=R01+At+Bt2+Ct3式中： Rt、R0-分別為0和t （）時(shí)的電阻值； 系數(shù) A=4.2889910 3/ ； B=2.13310 7/2； =1.23310 9/3； 3、 其它熱電阻其它熱電阻鎳和鐵電阻的溫度系數(shù)較大，電阻率也高，因此也適合于作熱電阻。 鎳熱電阻使用溫度為50100； 鐵熱電阻使用溫度為50150； 兩種熱電阻目前應(yīng)用較少，主要是由于它們有以下缺點(diǎn)：鐵很容易氧化，化學(xué)性能不好；但由于鐵的線性、電阻率和靈敏度都較高，加以適當(dāng)保護(hù)，也可作為熱電阻元件。鎳非線性嚴(yán)重，材料提取困難，但穩(wěn)定性優(yōu)于鐵，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。銦熱電阻適宜在低溫269 258使用，精度精度、靈敏度高；錳熱電阻適宜在低溫271 210使用,靈敏度高，但易損壞；碳電阻適宜在低溫273 268.5使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，但熱穩(wěn)定性差。第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的熱敏器件。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40350