溫度傳感器原理與應(yīng)用

1、第三章第三章 溫度傳感器溫度傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器 第四節(jié)第四節(jié) ICIC溫度傳感器溫度傳感器 第五節(jié)第五節(jié) 其他溫度傳感器其他溫度傳感器通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類和發(fā)展趨勢(shì)；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握集成溫度傳感器使用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、發(fā)展最快最快的傳感器之一。l溫度是與人類生活息息相關(guān)

2、的物理量。l在2000多年前，就開(kāi)始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開(kāi)始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。l人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。l工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程,溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。因此，人類離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。 一、溫度的基本概念一、溫度的基本概念熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。表示溫度大小

3、的尺度是溫度的標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。u熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)u國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)u攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)u華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)如果在式中再規(guī)定一個(gè)條件,就可以通過(guò)卡諾循環(huán)中的傳熱量來(lái)完全地確定溫標(biāo)。1954年，國(guó)際計(jì)量會(huì)議選定水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的1/273.16定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即T=273.16(Q1/Q2)。1848年威廉湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。它是國(guó)際基本單位制之一 。根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度T1的熱源與溫度的

4、熱源與溫度為為T2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式1 1熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)Q1熱源給予熱機(jī)的傳熱量 Q2熱機(jī)傳給冷源的傳熱量2121QQTT為解決國(guó)際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問(wèn)題，國(guó)際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)International Practical Temperature Scale of 1968(簡(jiǎn)稱IPTS-68)，又稱國(guó)際溫標(biāo)。2 2國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)注意：攝氏溫度的分度值與開(kāi)氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化

5、溫度， T0 = 273.15 K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01 K。1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16 K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。氫氧三相點(diǎn)沸點(diǎn)54.36190.188-218.798-182.962水三相點(diǎn)沸點(diǎn)273.16373.150.01100.0鋅凝固點(diǎn)692.73419.58銀凝固點(diǎn)1235.08961.93金凝固點(diǎn)1337.581064.43物質(zhì)三相點(diǎn)平衡狀態(tài)溫 度T68/KT68/1

6、3.817.04220.827.102-259.31-256.108-252.87-246.048沸點(diǎn)25/76atm沸點(diǎn)沸點(diǎn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn)四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K273.15K）；鉑電阻溫度計(jì)（273.15K903.89K）；鉑銠-鉑熱電偶溫度計(jì)（903.89K1337.58K）；光測(cè)溫度計(jì)（1337.58K以上）。 國(guó)際實(shí)用開(kāi)爾文溫度與國(guó)際實(shí)用攝氏溫度分別用符號(hào)T68和t68來(lái)區(qū)別（一般簡(jiǎn)寫為T與t）。 3攝氏溫標(biāo)是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份，

7、每一等份稱為攝氏一度(攝氏度，)，一般用小寫字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。 攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4華氏溫標(biāo)目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為華氏一度，符號(hào)用 ，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15 Kt=T-273.15 m=1.8n+32 n= 5/9 (m-32) 二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類u 隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；u 蒸氣壓的溫度變化；蒸氣壓的溫度變化；u 電極的溫度變化電極的溫度變化u 熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；熱電

8、偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；u 光電效應(yīng)光電效應(yīng)u 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)u 介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；u 物質(zhì)的變色、融解；物質(zhì)的變色、融解；u 強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；u 熱放射；熱放射；u 熱噪聲。熱噪聲。1 溫度傳感器的物理原理(11)l特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢 測(cè)和處理，且隨溫度呈線性變化；l除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低；l特性隨時(shí)間變化要小；l重復(fù)性好，沒(méi)有滯后和老化；l靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響要?。籰機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；l能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜；l無(wú)危險(xiǎn)性，無(wú)公害等。2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件3.

9、 溫度傳感器的種類及特點(diǎn)l 接觸式溫度傳感器l 非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象 體積熱膨脹體積熱膨脹 電阻變化電阻變化溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化導(dǎo)磁率變

10、化電容變化電容變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化超聲波傳播速度變化物質(zhì)物質(zhì) 顏色顏色PN結(jié)電動(dòng)勢(shì)結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射熱、光輻射種種類類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶熱電偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶體振動(dòng)器石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)超聲波溫度計(jì)示溫涂料示溫涂料 液晶液晶半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅可控硅輻射溫度傳感器輻射溫度傳感器 光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)氣體溫度計(jì) 2. 玻璃制水銀溫度計(jì)玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)玻璃制有機(jī)液

11、體溫度計(jì) 4.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì) 6. 氣體壓力溫度計(jì)氣體壓力溫度計(jì)1 熱鐵氧體熱鐵氧體 2 Fe-Ni-Cu合金合金熱電偶、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、可控硅分 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

12、體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見(jiàn)表下內(nèi)容 測(cè) 溫 范 圍溫度傳感器分類(1)分 類特 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(kāi)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

13、成電路傳感器、可控硅絕對(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) 此外，還有微波測(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)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度

14、傳感器。三、溫度傳感器的發(fā)展概況接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器1常用熱電阻 范圍：-260850；精度：0.001。改進(jìn)后可連續(xù)工作2000h，失效率小于1，使用期為10年。2管纜熱電阻 測(cè)溫范圍為-20500，最高上限為1000，精度為0.5級(jí)。（）接觸式溫度傳感器3陶瓷熱電阻 測(cè)量范圍為200+500，精度為0.3、0.15級(jí)。4超低溫?zé)犭娮?兩種碳電阻，可分別測(cè)量268.8253-272.9272.99的溫度。5熱敏電阻器 適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。經(jīng)濟(jì)性好、價(jià)格便宜。l l輻射高溫計(jì)輻射高溫計(jì) 用來(lái)測(cè)量 1000以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電

15、高溫計(jì)。2 2光譜高溫計(jì)光譜高溫計(jì) 前蘇聯(lián)研制的YCII型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì),其測(cè)量范圍為4006000,它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。 （二）非接觸式溫度傳感器3 3超聲波溫度傳感器超聲波溫度傳感器 特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強(qiáng)。目前國(guó)外有可測(cè)到5000 的產(chǎn)品。4 4激光溫度傳感器激光溫度傳感器 適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度，精度為1。美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000，專門用于核聚變研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器可測(cè)幾千開(kāi)(K)

16、的高溫。 1超高溫與超低溫傳感器，如+3000以上和250以下的溫度傳感器。 2提高溫度傳感器的精度和可靠性。 3研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器。 4發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測(cè)溫元件、快速高靈敏CA型熱電偶以及各類非接觸式溫度傳感器。 5發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器。 6發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器。 （三）溫度傳感器的主要發(fā)展方向溫差熱電偶（簡(jiǎn)稱熱電偶）是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳

17、或信號(hào)轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來(lái)測(cè)量流體的溫度、測(cè)量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)冷端處理及補(bǔ)償冷端處理及補(bǔ)償熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，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)熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西

18、拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB 一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱端冷端1. 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)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在溫度為T 時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，

19、T0高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0時(shí)，銅的 =2V/。2. 溫差電勢(shì)dTTTeTTAA0),(0溫差電勢(shì)原理圖由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果TT0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路總電勢(shì)),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在

20、結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。根據(jù)電磁場(chǎng)理論得結(jié)論(4點(diǎn))：EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T )由于NA、NB是溫度的單值函數(shù)dTNNekTTETTBAAB0ln),(0在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T，0)-EAB(T0，0) 熱電偶的熱電勢(shì)，等于兩端溫度分別為熱電偶的熱電勢(shì)，等于兩端溫度分別為T 和零度以及和零度以及T0和零度的熱電

21、勢(shì)之差。和零度的熱電勢(shì)之差。導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使E EABAB( (T T0 0)=)=常數(shù)，常數(shù)，則回路熱電勢(shì)則回路熱電勢(shì)E EABAB( (T T，T T0 0) )就只與溫度就只與溫度T T有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是T T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。測(cè)溫的原理。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶

22、的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點(diǎn)溫度分別為T1、T2 、 、Tn ，冷端溫度為零度的熱電勢(shì)。其熱電勢(shì)為 E= EAB（T1）+ EBC（T2）+ENA（Tn） 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒(méi)有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。 二、熱電偶回路的性質(zhì)1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律 E總=EAB（T）+EBC（T）

23、+ECA（T）= 0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2. 中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則兩點(diǎn)結(jié)論： l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0

24、T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入 熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來(lái)的熱電勢(shì)，接入的方式見(jiàn)下圖所示。 EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：3. 中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其

25、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T2、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BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） ABT1T2T2ABT0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問(wèn)題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入

26、AB后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)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)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為熱電偶材料應(yīng)滿足：l 物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；l 化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；l 熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；l 便于制造；l 復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu) 1鉑鉑銠熱電偶(S型) 分度號(hào)LB3工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90鉑和10

27、銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期：1300、短期：1600。特點(diǎn)：n 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。n 測(cè)量溫度較高，一般用來(lái)測(cè)量1000以上高溫。n 在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵 蝕，需要用保護(hù)套管。n 材料屬貴金屬，成本較高。n 熱電勢(shì)較弱。 （一）熱電偶常用材料（一）熱電偶常用材料 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

28、95.797鎳,23硅,0.40.7鈷冶煉而成)。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000，短期1300。特點(diǎn)：u 價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。u 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。u 復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大，但精度不如WRLB。 3鎳鉻考銅熱電偶(E型) 分度號(hào)為EA2工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56銅，44鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600，短期800。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鉑銠

29、30鉑銠6熱電偶(B型) 分度號(hào)為L(zhǎng)L2正極：鉑銠合金（用70鉑，30銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94鉑，6銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600，短期可達(dá)1800。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。 幾種持殊用途的熱電偶（1 1）銥和銥合金熱電偶）銥和銥合金熱電偶 如銥50銠銥10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測(cè)量高達(dá)2100的高溫。（2 2）鎢錸熱電偶）鎢錸熱電偶 是60年代發(fā)展起來(lái)的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕迹墒褂迷谡婵斩栊詺怏w介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國(guó)產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度

30、范圍3002000分度精度為1。（3 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2273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10V。（4 4）鈀）鈀鉑銥鉑銥1515熱電偶熱電偶 是一種高輸出性能的熱電偶，在1398時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)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)。 （6 6）銅）銅康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)MKMK 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

31、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力。 （二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型 1工業(yè)用熱電偶 下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。 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(a)(b)(c)(d) 132 2鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。 測(cè)溫范圍在1100以下的有：鎳鉻鎳硅、鎳鉻考銅鎧裝式熱電偶

32、。 斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖 1 金屬套管; 2絕緣材料; 3熱電極 (a)碰底型; (b)不碰底型; (c)露頭型; (d)帽型3快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.010.lm) 4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1熱電極; 2熱接點(diǎn);3絕緣基板; 4引出線因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國(guó)試制的有鐵鎳、鐵康銅和銅康銅三種,尺寸為 6060.2

33、mm;絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。 4快速消耗微型熱電偶 下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為0.050.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)土57。14235678 91110快速消耗微型 1剛帽； 2石英； 3紙環(huán)； 4絕熱泥；5冷端； 6棉花； 7絕緣紙管； 8補(bǔ)償導(dǎo)線；9套管； 10塑料插座； 11簧片與引出線方法u 冰點(diǎn)槽法u 計(jì)算修正法u 補(bǔ)正系數(shù)法u 零點(diǎn)遷移法u 冷端補(bǔ)償器法

34、u 軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因l熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，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勢(shì)是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。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)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T02. 計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例 用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境T

35、H中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè) 出 TH= 2 1 , 查 此 種 熱 電 偶 的 分 度 表 可 知 ，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68。注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為T=49，也不能把49加上21，認(rèn)為T=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)3. 補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式

36、表達(dá)即 式中：T為未知的被測(cè)溫度； T為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度； TH室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見(jiàn)下表。例 用鉑銠10鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T=1150。再?gòu)南卤碇胁槌?，?duì)應(yīng)于1150的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度 T=1150+0.5335=1168.3（）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14。 T T k T H溫度T/補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.9840

37、00.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53熱電偶補(bǔ)正系數(shù) 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)際溫度一致了。這種辦法非常簡(jiǎn)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

38、。 4. 零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。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。5. 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)Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。 冷端補(bǔ)償器的作用注意：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,

39、T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)供電4V直流，在040或-2020的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。6. 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

40、，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。 1. 1. 熱電偶的選擇、安裝使用熱電偶的選擇、安裝使用 熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖3.2-17是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用（XCZ型動(dòng)圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動(dòng)記錄。另外也可圖3.2-17 熱電偶安裝圖通過(guò)與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。五、熱電

41、偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/熱電偶允許偏差/溫度偏差溫度偏 差LB3600，800，1000，120006002.4600占所測(cè)熱電勢(shì)的0.4%EU2400，600，800，10004004400占所測(cè)熱電勢(shì)的0.75%EA2300，400，60003004300占所測(cè)熱電勢(shì)的1%2. 2. 熱電偶的定期校驗(yàn)熱電偶的定期校驗(yàn) 校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過(guò)規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見(jiàn)下表。工業(yè)熱電偶允許偏差工業(yè)熱電偶允許偏差78564321穩(wěn)壓電源220V熱電

42、偶校驗(yàn)圖 1-調(diào)壓變壓器； 2-管式電爐； 3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶； 4-被校熱電偶； 5-冰瓶； 6-切換開(kāi)關(guān)； 7-測(cè)試儀表； 8-試管 熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶熱電偶、熱電阻熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計(jì)等）和熱敏熱敏電阻電阻。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(chǎng)合下（-40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類，基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器（一）熱敏電阻的特點(diǎn) 1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬有正、負(fù)溫度系數(shù)和

43、在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬大10100倍左右。 2材料加工容易、性能好 可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為 0.2mm。 3阻值在110M之間可供自由選擇 使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控溫使用。 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類 4穩(wěn)定性好 商品化產(chǎn)品已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。據(jù)報(bào)道，在0.01的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002的精度。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。 5原料資源豐富，價(jià)格低廉

44、燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。 熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） 電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡(jiǎn)稱PTC熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡(jiǎn)稱NTC熱敏電阻器。它的材料主要是一些過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度

45、系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。 （二）熱敏電阻的分類（二）熱敏電阻的分類 熱敏電阻材料的分類熱敏電阻材料的分類（1）大分類小分類代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體 、無(wú)缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體 、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧化物燒結(jié)體、還原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物濺射SiC薄膜玻璃Ge 、Fe、 V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物 、 （ A s2S e3） 0 . 8 、（Sb2SeI）0.2

46、有機(jī)物芳香族化合物聚酰亞釉表面活性添加劑液體電解質(zhì)溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系熱敏電阻材料的分類（熱敏電阻材料的分類（2）PTC無(wú)機(jī)物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3燒結(jié)體有機(jī)物石墨系有機(jī)物石墨、塑料石臘、聚乙烯、石墨液體三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3單晶V、P、（BaSr）氧化物Ag2SCuS大分類小分類代表例子1. 標(biāo)稱電阻R25（冷阻）標(biāo)稱電阻值是熱敏電阻在250.2時(shí)的阻值。 二、熱敏電阻的基本參數(shù)2. 材料常數(shù)BN是表征負(fù)溫度系數(shù)(

47、NTC)熱敏電阻器材料的物理特性常數(shù)。BN值決定于材料的激活能E,具有BN=E2k的函數(shù)關(guān)系，式中k為波爾茲曼常數(shù)。一般BN值越大，則電阻值越大，絕對(duì)靈敏度越高。在工作溫度范圍內(nèi)，BN值并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。 3. 電阻溫度系數(shù)（%/）熱敏電阻的溫度變化1 時(shí)電阻值的變化率。4. 耗散系數(shù)H熱敏電阻器溫度變化1所耗散的功率變化量。在工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),H值隨之變化,其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。 6. 最高工作溫度Tmax熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度：T0環(huán)境溫度；PE環(huán)境溫度為T0時(shí)的額定功率；H耗散系數(shù)7

48、. 最低工作溫度Tmin熱敏電阻器在規(guī)定的技術(shù)條件下能長(zhǎng)期連續(xù)工作的最低溫度。8. 轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。HPTTE0max5. 時(shí)間常數(shù)熱敏電阻器在零功率測(cè)量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度變化量從開(kāi)始到最終變量的63.2所需的時(shí)間。它與熱容量C和耗散系數(shù)H之間的關(guān)系HC9. 額定功率PE熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下,它自身溫度不應(yīng)超過(guò)Tmax。10. 測(cè)量功率P0熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測(cè)量電流加熱而引起的電阻值變化不超過(guò)0.1時(shí)所消耗的功率11. 工

49、作點(diǎn)電阻RG在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。 tnHP1000012. 工作點(diǎn)耗散功率PG電阻值達(dá)到RG時(shí)所消耗的功率。UG電阻器達(dá)到熱平衡時(shí)的端電壓。GGGRUP213. 功率靈敏度KG熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率lmW時(shí)所引起電阻的變化，即：在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。14. 穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱敏電阻器的主要參數(shù)變化率來(lái)表示。最常用的是以電阻值的年變化率或?qū)?yīng)的溫度變化率來(lái)表示。 KGR/P15. 熱電阻值RH指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過(guò)給定的工作電流時(shí),電阻

50、器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。16. 加熱器電阻值Rr指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。18. 標(biāo)稱工作電流 I指在環(huán)境溫度25時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。19. 標(biāo)稱電壓 它是穩(wěn)壓熱敏電阻器在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對(duì)應(yīng)的電壓值。20. 元件尺寸指熱敏電阻器的截面積A、電極間距離L和直徑d。 17. 最大加熱電流Imax指旁熱式熱敏電阻器上允許通過(guò)的最大電流。（一）熱敏電阻器的電阻溫度特性（RTT） 1234鉑絲4060120 1600100101102103104105106RT/溫度T/C熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線1-NTC；2

51、-CTR； 3-4 PTC三、熱敏電阻器主要特性TT與RTT特性曲線一致。RT、RT0溫度為T、T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值； BN NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測(cè)試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。 1 負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性011exp0TTBRRNTTNTC的電阻溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：0ln11ln0TNTRTTBR如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則上式是一條斜率為BN ，通過(guò)點(diǎn)(1/T，lnRT)的一條直線,如圖。105104103102 0 -

52、101030507085100120T/C電阻/NTC熱敏電阻器的電阻-溫度曲線材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT1/T表示負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻溫度特性，在實(shí)際應(yīng)用中比較方便。為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25作為參考溫度（即T0=25），則NTC熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系式：29811exp25TBRRNTRT/R25BN關(guān)系如下表。02550751001250.511.522.533.5(25C,1)RT / RT0-T特性曲線RT/R25TRTR25BN系數(shù)表系數(shù)表RTR25BNR50R2522002600280030003200340036003800400050

53、000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.1940.1760.1600.1460.0920.2270.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.

54、007R0R25R75R25R-20R25R150R25R100R252.正電阻溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的電阻溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來(lái)取得的，典型特性曲線如圖10000100010010050100150200250R20=120R20=36.5R20=12.2PTC熱敏電阻器的電阻溫度曲線T/C電阻/Tp1Tp2Tc=175 CPTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻溫度曲線上有兩個(gè)拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時(shí)，

55、正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對(duì)應(yīng)有較大的溫度系數(shù)tp 。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中 RT、RT0溫度分別為T、T0時(shí)的電阻值； BP正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。若對(duì)上式取對(duì)數(shù)，則得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。 ）可見(jiàn)： 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)tp ，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。 lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRTT 表示的PTC熱敏電阻器電阻溫度曲線lnRrTP

56、PTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100若對(duì)上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)tp abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性（二）熱敏電阻器的伏安特性（UI）熱敏電阻器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過(guò)的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1.負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測(cè)出的靜態(tài)UI曲線。熱敏電阻的端電壓UT和通過(guò)它的電流I有如下關(guān)系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0環(huán)境溫度；T熱敏電阻的溫升。曲線

57、見(jiàn)下圖，它與NTC熱敏電阻器一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^(guò)電阻器電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。當(dāng)熱敏電阻器溫度超過(guò)環(huán)境溫度時(shí)，引起電阻值增大，曲線開(kāi)始彎曲。 104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的伏安特性 當(dāng)電壓增至Um時(shí)，存在一個(gè)電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過(guò)電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。 （三）功率-溫度特性（PTT）描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與電阻器所處

58、的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。（四）熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性種類：u周圍溫度變化所引起的加熱特性；u周圍溫度變化所引起的冷卻特性；u熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。 當(dāng)熱敏電阻器由溫度T0增加到TU時(shí)，其電阻值RTr隨時(shí)間 t 的變化規(guī)律為： 式中 RTt時(shí)間為t時(shí)，熱敏電阻的阻值； T0 環(huán)境溫度；Tu 介質(zhì)溫度(TuT0); RTa溫度Ta時(shí),熱敏電阻器的電阻值； t時(shí)間。 當(dāng)熱敏電阻由溫度Tu冷卻T0時(shí)，其電阻值RTt與時(shí)間的關(guān)系為：Taa

59、nuunTtRTBtTTBRln)/exp()T(ln0TaanunTtRTBtTBRln)/exp()T(ln0伏安特性的位置在儀器儀表中的應(yīng)用 U m 的左邊溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測(cè)、溫度報(bào)警、溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測(cè)定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外探測(cè)器、熱傳導(dǎo)測(cè)定、比熱測(cè)定U m的附近液位測(cè)定、液位檢測(cè)U m的右邊流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析旁熱型熱敏電阻器風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空計(jì)（一）檢測(cè)和電路用的熱敏電阻器 （U m峰值電壓） 檢測(cè)用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用 四、熱敏電阻器的應(yīng)用電路元件熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類 在儀器儀表中的應(yīng)用U m 的左邊偏置線圖的溫

60、度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償U(kuò) m的附近恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路U m的右邊自動(dòng)增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路 測(cè)溫用的熱敏電阻器，其工作點(diǎn)的選取，由熱敏電阻的伏安特性決定。 伏安特性的位置(a) (b) (c) (d)(e)(f) (g) (h)(i)6543 2 112D0.20.5A型B型( j )溫度檢測(cè)用的各種熱敏電阻器探頭 1熱敏電阻；2鉑絲；3銀焊；4釷鎂絲；5絕緣柱；6玻璃（二） 測(cè)溫用的熱敏電阻器1、 各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)2、測(cè)表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法 圖為測(cè)表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。 (a)(b)(c)(d)(e)(f