《感測技術(shù)》第五章熱電傳感器

1、 第五章 熱電傳感器第一節(jié) 熱電偶 第二節(jié) 電阻溫度傳感器 第三節(jié) 集成溫度傳感器 熱電傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，利用一些材料或元件的性能參數(shù)隨溫度而變化，通過測量該性能參數(shù)，而得到被測溫度大小。屬物性型傳感器 第一節(jié) 熱電偶熱電偶是將溫度變化量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電傳感器測溫范圍寬（1802800）精度高結(jié)構(gòu)簡單且便于遠(yuǎn)距離及多點(diǎn)測量 一、熱電效應(yīng) 在在兩種不同的導(dǎo)體組成的閉合回路兩種不同的導(dǎo)體組成的閉合回路中，若中，若兩連接點(diǎn)的兩連接點(diǎn)的溫度不同時(shí)溫度不同時(shí)，閉合回路中閉合回路中就會(huì)就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)而形成電流產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)而形成電流，這，這種現(xiàn)象稱之為種現(xiàn)象稱之為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)

2、。熱電效應(yīng)引起的電動(dòng)勢(shì)和電流，稱為熱電勢(shì)和熱電流熱電偶是基于熱電效應(yīng)的測溫裝置兩種不同物質(zhì)的導(dǎo)體A 和B兩接觸點(diǎn)T 和T0當(dāng)兩接觸點(diǎn)T 和T0的溫度不同時(shí)，熱電偶回路中就產(chǎn)生熱電勢(shì)，因而熱電勢(shì)可分為接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)熱電勢(shì)可分為接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)工作端 熱端 置于被測溫度場自由端 冷端 要求溫度恒定結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)熱電極熱電極A A自由端自由端（參考（參考端、冷端、冷端）端） 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 測量端測量端（工作（工作端、熱端、熱端）端） 熱電極熱電極B B熱電勢(shì)熱電勢(shì)AB 前端溶接 鎧裝熱電偶(惡

3、劣環(huán)境中使用)金屬保護(hù)管和熱電偶線之間，封入粉末狀的無機(jī)絕緣物?？梢栽谒峄透g性環(huán)境中使用，也可在高溫領(lǐng)域使用（取決于保護(hù)管材質(zhì)）。接地型溫度響應(yīng)較快, 熱電偶線和被測物體間非絕緣非接地型溫度響應(yīng)較慢，熱電偶線和被測物體間絕緣鎧裝熱電偶 1接觸電勢(shì)組成熱電偶的兩導(dǎo)體A和B屬于不同的兩物質(zhì)，各自內(nèi)部自由電子密度不同。擴(kuò)散理論：在接觸點(diǎn)處要產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)若導(dǎo)體A自由電子密度NA大大，導(dǎo)體B自由電子密度NB小小，則擴(kuò)散結(jié)果，在接觸點(diǎn)處導(dǎo)體A側(cè)失去電子帶正電，導(dǎo)體B側(cè)得到電子帶負(fù)電，于是在接觸點(diǎn)處形成電場，該電場阻止電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電場作用與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，在接觸點(diǎn)處就產(chǎn)生穩(wěn)定的接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)E

4、ABUAUB 。、 兩接觸點(diǎn)處的接觸電勢(shì)分別表示如下： 熱端接觸電勢(shì)BTATABNNqkTTEln)(00ln)(00BTATABNNqkTTE k 波爾茲曼常數(shù)（1.381023 J/K）q 電子電荷量（1.6021019 C）T 熱端絕對(duì)溫度K，絕對(duì)溫度與攝氏溫度 的換算關(guān)系是x (K) （ 273+x） NAT、NBT 導(dǎo)體A、B 在溫度為T(K)時(shí)的自由電子密度 冷端接觸電勢(shì)式中 T0 冷端絕對(duì)溫度K；NAT0、NBT0 導(dǎo)體A、B 在溫 度為T0(K)時(shí)的自由電子密度。 2溫差電勢(shì) 由于熱端T 和冷端T0存在著溫度差，在同一導(dǎo)體內(nèi)，高溫端的自由電子向低溫端擴(kuò)散，從而形成高溫端與低溫端

5、的溫差電勢(shì)。 導(dǎo)體A 溫差電勢(shì)dtTTEATTA0)(0 A 導(dǎo)體A 的湯姆遜系數(shù)，其大小與材料性質(zhì)和導(dǎo)體兩端的平均溫度有關(guān)。 dtTTEBTTB0)(0 導(dǎo)體B 溫差電勢(shì) B 導(dǎo)體B 的湯姆遜系數(shù) 3回路總電勢(shì)由導(dǎo)體A 和B 組成的熱電偶回路，當(dāng)接觸點(diǎn)溫度 T T0時(shí)，回路總電勢(shì)等于接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的代數(shù)和由于溫差電勢(shì)通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，因而工程計(jì)算上可以把接觸電勢(shì)看成回路總電勢(shì)令NANB以熱端接觸電勢(shì)（EAB（T）的方向?yàn)檎较?，則0000( ,)( )()()()ABABBABAET TETE TTETE TT000( )() ()()ABABABETETE TTE TT0( )()

6、ABABETET 當(dāng)熱電偶導(dǎo)體A 和B 材料一定時(shí)，回路總電勢(shì)成為熱端和冷端的溫度函數(shù)。在實(shí)際測溫中，總是把冷端置于某一恒溫下，此時(shí)冷端接觸電勢(shì)為一常量冷端接觸電勢(shì)為一常量即 ，則CTEAB)(0)()(),(0TfCTETTEABAB 此時(shí)回路總電勢(shì)此時(shí)回路總電勢(shì)僅決定于熱端接觸電勢(shì)，即只與熱端僅決定于熱端接觸電勢(shì)，即只與熱端溫度有關(guān)，兩者之間是單值的函數(shù)關(guān)系溫度有關(guān)，兩者之間是單值的函數(shù)關(guān)系00( , )( )( )ABABABET TETET0 ),(0TTEABBA 二、熱電偶工作特性產(chǎn)生回路電勢(shì)的必要充分條件是：1、組成熱電偶的兩導(dǎo)體A 和B 熱電特性不同2、兩接觸點(diǎn)T 和T0 溫度

7、不同。因而各種類型的熱電偶測溫時(shí)總有一些共同的工作特性，了解這些特性，有利于我們對(duì)熱電偶有效利用。 1基本特性 當(dāng)組成熱電偶的兩導(dǎo)體A、B性能相同時(shí)，則無論接觸點(diǎn)處溫度如何，熱電偶回路總電勢(shì)為零0 ),(0TTEAB 當(dāng)熱電偶兩接觸點(diǎn)處的溫度T 和T0相等時(shí)，盡管組成熱電偶的兩導(dǎo)體A 和B 不同，熱電偶回路總電勢(shì)為零0TT 熱電偶回路電勢(shì)僅與導(dǎo)體A、B 兩接觸點(diǎn)處的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體A 或B 中間任一點(diǎn)溫度無關(guān) 2基本定律 中間導(dǎo)體定律 用熱電偶測溫時(shí)，在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則不影響熱電偶回路的總電勢(shì)。即 這一定律在實(shí)現(xiàn)熱電偶測溫工作中十分有用。),(),

8、(00TTETTEABCAB),( )()( )()()( )()()(000000TTETETETETETETETETEEABABABBCACABBCCAAB 標(biāo)準(zhǔn)電極定律 導(dǎo)體A、B 組成熱電偶的回路電勢(shì)EAB（T，T0），等于導(dǎo)體A、C 和C、B 組成熱電偶回路電勢(shì)EAC（T，T0）與 ECB（T，T0）之代數(shù)和代數(shù)和),(),(),(000TTETTETTECBACAB 導(dǎo)體C 被稱為標(biāo)準(zhǔn)電極被稱為標(biāo)準(zhǔn)電極，通常用純鉑（Pt）作標(biāo)準(zhǔn)電極),(),(),(000TTETTETTECBACAB證明：BTATABNNqkTTEln)(00( , )( )( )ABABABET TETET00

9、( )()( )()ACACCBCBETETETET右邊000000lnlnlnlnATCTCTATCTCTBTBTNNkTNkTNkTkTqNqNqNqN00000(lnln)(lnln)ATCTCTATCTBTCTBTNNNkTNkTqNNqNN000lnlnATATBTBTNkTNkTqNqN0( )()ABABETET0( ,)ABET T 左邊 中間溫度定律 熱電偶在接觸點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的回路電勢(shì)，等于該熱電偶在接觸點(diǎn)溫度為 T、Tn和Tn、T0（TTnT0）時(shí)回路電勢(shì)之代數(shù)和代數(shù)和。即例EAB（T，T0）EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）若T00則有 EAB（T，0）EAB

10、（T，Tn）+EAB（Tn，0） 這個(gè)定律在熱電偶冷端溫度校正時(shí)很有用。證明：0( )()()()ABABnABnABETETETET右邊00( )()()ABABABETETET T,左邊該定律是熱電偶分度表應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。分度表是參考溫度為0時(shí)，熱電偶的回路電勢(shì)EAB（T，0）與被測溫度T的數(shù)值對(duì)照表。若已知T，可查表求EAB（T，0）；反之，若已知EAB（T，0），亦可查表求出T。熱電偶的分類分為：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩類。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶。一般均有相應(yīng)配套的測量、顯示儀表。非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：不具備上述特征，主要應(yīng)用

11、在一些特殊場合。1988年1月1日以來，我國的熱電偶全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定了S、B、E、K、R、J和T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。1、S型熱電偶鉑銠10-鉑熱電偶屬貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許誤差-0.015mm，正極名義化學(xué)成分為鉑銠合金（銠10%，鉑90%），負(fù)極為純鉑，俗稱單鉑銠熱電偶。長期使用時(shí)的最高溫度為1300，短期為1600。缺點(diǎn)：1）熱電勢(shì)較小，靈敏度低；2）高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降；3）對(duì)污染非常敏感；4）成本高。2、B型熱電偶鉑銠30-鉑銠6熱電偶屬貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許誤差-0.015mm，正極名義化學(xué)成分為鉑銠合金（銠30%，鉑70%），負(fù)極

12、也是鉑銠合金（含銠量6%）。長期使用時(shí)的最高溫度為1600，短期為1800。缺點(diǎn)：1）熱電勢(shì)較小，靈敏度低；2）高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降；3）對(duì)污染非常敏感；4）成本高。3、E型熱電偶鎳鉻-銅鎳熱電偶屬廉金屬熱電偶。正極鎳鉻10合金（鎳90%，鉻10%），負(fù)極銅鎳合金（銅55%，鎳45%），使用溫度-200900。在所有熱電偶中，其靈敏度最高。4、K型熱電偶鎳鉻-鎳硅熱電偶屬廉金屬熱電偶。正極鎳鉻10合金，負(fù)極鎳硅合金（鎳97%，硅3%），使用溫度-2001300。其使用量為其他熱電偶的總和。5、R型熱電偶鉑銠13-鉑熱電偶屬貴金屬熱電偶。正極鉑銠合金（鉑87%，銠13%），負(fù)極純鉑。長期使用的最高

13、溫度為1300，短期為1600。6、J型熱電偶鐵-銅鎳熱電偶屬廉金屬熱電偶。正極純鐵，負(fù)極銅鎳合金（銅55%，鎳45%）常用溫度0750。7、T型熱電偶銅-銅鎳熱電偶，又稱銅-康銅熱電偶屬廉金屬熱電偶。正極純銅，負(fù)極銅鎳合金。測溫范圍-200350。8、N型熱電偶鎳鉻硅-鎳硅熱電偶（最新國際化標(biāo)準(zhǔn)熱電偶）屬廉金屬熱電偶。正極鎳鉻硅合金（鎳84.4%，鉻14.2%，硅1.4%），負(fù)極鎳硅鎂合金（鎳95.5%，硅4.4%，鎂0.1%）。使用溫度-2001300。 三、熱電偶冷端溫度誤差及補(bǔ)償 當(dāng)使用熱電偶測溫時(shí)，熱電偶冷端的溫度必須恒定，當(dāng)使用熱電偶測溫時(shí)，熱電偶冷端的溫度必須恒定，否則要引入冷端

14、溫度誤差否則要引入冷端溫度誤差。 1冰浴法 將熱電偶冷端置于冰水中，使冷端保持恒定的0，它可以使冷端溫度誤差完全消失。這是一種最好的方法，但一般只有在實(shí)驗(yàn)室測溫時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)。C、D應(yīng)為同種材料的導(dǎo)體。E=BT1和T2應(yīng)在同一溫度場中，即T1=T2。 2冷端溫度修正法 當(dāng)冷端溫度不是0，但能保持在某一恒定的溫度Tn時(shí)，可采取相應(yīng)的修正，將冷端溫度校正到0，以便使用標(biāo)準(zhǔn)的分度表。熱電勢(shì)修正 由中間溫度定律 EAB（T，0）EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0）可知，EAB（T，Tn）項(xiàng)為熱電偶實(shí)測電勢(shì)，EAB（Tn，0）可由分度表查出，故修正到冷端溫度為0時(shí)的熱電偶回路電勢(shì)為EAB（T，0）可計(jì)

15、算出，再查分度表求得被測溫度T的大小 例：當(dāng)K型熱電偶冷端溫度為23時(shí)輸出的熱電動(dòng)勢(shì)的測量值為1.200mV ，則熱端溫度為多少？即已知 求T( ,23)1.2E TmV分度表是E（T，0）的熱電勢(shì)值( ,0)( ,23)(23,0)E TE TE查表求E（23，0）熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度0123456789-30-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.46

16、9-0.508-0.547-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570

17、401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.971

18、4.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467 例：當(dāng)K型熱電偶冷端溫度為23時(shí)輸出的熱電動(dòng)勢(shì)的測量值為1.200mV ，則熱端溫度為多少？即已知 求T( ,23)1.2E TmV分度表是E（T，0）的熱電勢(shì)值( ,0)( ,23)(23,0)E TE TE查表求E（23，0）(23,0)0.919EmV( ,0)( ,23)(23,0)E TE TE1.20.9192.119mV再查表求溫度熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度0123456789-30-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.

19、379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.469-0.508-0.547-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758

20、200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.14

21、13.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467(52,0)2.105,(53,0)2.146EE1對(duì)應(yīng)約0.04mV( ,0)2.119E TmV(53,0)(52,0)0.04EEmV( ,0)(52,0)0.02E TEmV52.5TC鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表例：現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測溫。其冷端為30時(shí)顯

22、示儀表機(jī)械零點(diǎn)正好指向0；當(dāng)讀數(shù)為400時(shí)，是否可以認(rèn)為測點(diǎn)（熱端）溫度為430？錯(cuò)誤。測量儀表的刻度是以冷端為0刻度的，故此時(shí)的讀數(shù)不是真實(shí)溫度，應(yīng)通過查分度表計(jì)算。(400,0)28.943,(30,0)1.801NiCr CuNiNiCr CuNiEmV EmV讀數(shù)為400，即某熱端溫度T，冷端30時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為28.943( ,30)28.943NiCr CuNiETmV即而分度表是T相對(duì)于0的熱電勢(shì)。( ,0)( ,30)(30,0)NiCr CuNiNiCr CuNiNiCr CuNiETETE( ,0)( ,30)(30,0)NiCr CuNiNiCr CuNiNiCr CuN

23、iETETE( ,0)( ,30)(30,0)NiCr CuNiNiCr CuNiNiCr CuNiETETE( ,30)28.943,(30,0)1.801NiCr CuNiNiCr CuNiETmV EmV28.943 1.80130.744mV再查分度表求T(420,0)30.546,(430,0)31.350NiCr CuNiNiCr CuNiEmV EmV每10熱電勢(shì)升高約0.8mV，0.2mV約相當(dāng)于2.5T=422.5 3延伸導(dǎo)線法 當(dāng)熱電偶冷端溫度易受熱端溫度影響而在較大范圍變化時(shí)，應(yīng)先用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端延伸到遠(yuǎn)離被測溫度現(xiàn)場，使新的冷端處在比較穩(wěn)定的溫度環(huán)境中使新的冷端處

24、在比較穩(wěn)定的溫度環(huán)境中，然后再采用上述的冷端溫度修正進(jìn)行補(bǔ)償 所采用的延伸導(dǎo)線所采用的延伸導(dǎo)線A、B在一定的溫度范圍內(nèi)具有與在一定的溫度范圍內(nèi)具有與熱電偶導(dǎo)體熱電偶導(dǎo)體A、B 相同或相近的熱電特性相同或相近的熱電特性例：如圖，利用K型熱電偶和某智能溫度表測溫，利用補(bǔ)償導(dǎo)線延伸，冷端溫度為T0=25 ，如果回路的熱電勢(shì)此時(shí)等于1.022mv，則溫度表顯示值為多少？如果施工時(shí)誤將兩根補(bǔ)償線A和B接反，補(bǔ)償線和熱電偶連接位置溫度T0=40 ，則顯示溫度為多少？( ,25)1.022TE TmV已知，求查表即可( ,0)( ,25)(25,0)E TE TE熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度0123456789-3

25、0-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.469-0.508-0.547-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.437

26、0.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809

27、702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467( ,0)( ,25)(25,0)E TE TE(25,0)1.000mVE( ,0)( ,25)(25,0)E TE TE1.022 1.0002.022熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度01234

28、56789-30-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.469-0.508-0.547-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3

29、970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7

30、672.809702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467( ,0)( ,25)(25,0)E TE TE(25,0)1.000mVE( ,0)( ,25)(25,0)E TE TE1.022 1.0002.022查表得：T=50

31、00000( ,)( )()()()ABABBAA BB AET T TETETETET000( )()()()ABABABABETETETET00( )2()()ABABABETETET00( )(0)2()2(0)()(0)ABABABABABABETEETEETE00( ,0)2(,0)(,0)ABABABETETET00( )(0)2()(0) ()(0)ABABABABABABETEETEETE00( ,)( ,0)2(40,0)(25,0)ABABABABET T TETEE0000( ,)( ,0)2(,0)(,0)ABABABABET T TETETET查表求EAB（40，0）

32、和EAB（25，0）熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度0123456789-30-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.469-0.508-0.547-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.198

33、0.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5

34、602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467(40 0)1.611(25 0)1.000ABABEE，2.0222 1.611 10.2mV 再查表求對(duì)應(yīng)的溫度0.2

35、 10.8mV )0 ,25()0 ,40(2)0 ,()25,40,(ABABABABEETETE)0 ,25()0 ,40(2)0 ,()25,40,(ABABABABEETETE)0 ,25()25, ()0 , (ABABABETETE熱電動(dòng)勢(shì)(mV)溫度0123456789-30-1.156-1.193-1.231-1.268-1.305-1.342-1.379-1.416-1.453-1.490-20-0.777-0.816-0.854-0.892-0.930-0.968-1.005-1.043-1.081-1.118-10-0.392-0.431-0.469-0.508-0.54

36、7-0.585-0.624-0.662-0.701-0.73900-0.039-0.0790.118-0.157-0.1970.236-0.275-0.314-0.353000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.652

37、1.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.852.8922.9332.8753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.933.9714.0124.05410

38、04.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.467讀數(shù)為20 1測量某一點(diǎn)溫度圖中T 為工作端，AB為延伸導(dǎo)線，與導(dǎo)體A、B 具有相近的熱電特性；C 為銅接頭，保證兩連接點(diǎn)溫度相等；T0為新的冷端，要求等溫且恒定新的冷端，要求等溫且恒定。 四、熱電偶測溫電路 2測量兩點(diǎn)溫度差 EEAB（T1）EAB（T2） 且要求熱電偶新的冷端T0等溫且恒定，或測試儀表本身帶有補(bǔ)償裝置，或軟件修正。 3測量多點(diǎn)溫度的平均值 測量多點(diǎn)溫度的平均值有兩種基本形式的電路接法，如圖所示。 （b）是采用多個(gè)熱電偶并聯(lián)測多點(diǎn)溫度平均值并聯(lián)測多點(diǎn)溫度平均值的方法，此時(shí)儀表

39、指示值即為多個(gè)熱電偶熱電勢(shì)的平均值，即 ED=（E1+E2+E3+EN）/N （a）是采用多個(gè)熱電偶相串聯(lián)測多點(diǎn)溫度平均值串聯(lián)測多點(diǎn)溫度平均值的方法，此時(shí)儀表指示多個(gè)熱電偶電勢(shì)之和，即 ESE1+E2+E3+EN 式中N 為熱電偶個(gè)數(shù)，其平均值應(yīng)通過計(jì)算式ED=ES /N 求得；設(shè)置有除法電路的儀表，可由表頭直接讀出平均值 第二節(jié) 電阻溫度傳感器 熱電阻或熱敏電阻都是利用材料的電阻對(duì)溫度敏感的特性制成的電阻溫度傳感器，常用于常用于200200500500范圍內(nèi)范圍內(nèi)溫度的測量溫度的測量。在低溫區(qū)域，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)小，測量精度較低；采用熱電阻可以獲得很高的測量精度，而且不存在冷端補(bǔ)償問題，因

40、而在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。這類感溫器件的材料有金屬和半導(dǎo)體兩大類，常稱之為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。 一、金屬熱電阻 純金屬熱電阻器件的主要特性如下： 電阻溫度系數(shù)大且穩(wěn)定； 熱容量小，熱慣性小，反應(yīng)速度快； 在測溫范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定； 工藝性好，易復(fù)制、價(jià)格低。 1鉑熱電阻目前制作熱電阻的最好材料常用來制作標(biāo)準(zhǔn)測溫器件常用來制作標(biāo)準(zhǔn)測溫器件鉑電阻的阻值與溫度之間關(guān)系接近于線性鉑電阻的阻值與溫度之間關(guān)系接近于線性在0850范圍內(nèi)可用下式表示 RtR0（1+At+Bt2） 在2000范圍內(nèi)可用下式表示 RtR01+At+Bt2+C（t100）t3 式中 Rt、R0溫度分別為t和0時(shí)鉑

41、的電阻值； A、B、C實(shí)驗(yàn)常數(shù) 鉑的純度通常用百度電阻鉑的純度通常用百度電阻W（100）表示）表示，即為 W（100）=R100/R0 式中 R100溫度為100時(shí)鉑的電阻值 W（100100）越大，表示鉑絲純度越高）越大，表示鉑絲純度越高，目前工藝水平已達(dá)到純度為99.999 ，其W（100）1.3930。不同純度下鉑的阻值R0和常數(shù)A、B、C 不同 2銅熱電阻 價(jià)格便宜、純度可以獲得很高 在5050150150范圍內(nèi)靈敏度高，而且線性關(guān)系好范圍內(nèi)靈敏度高，而且線性關(guān)系好 但是在較高的溫度下銅易氧化在較高的溫度下銅易氧化， 只能用于低溫及無浸蝕性介質(zhì)中 銅熱電阻的阻值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系銅熱

42、電阻的阻值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系如下式表示 RtR0（1+t）式中 Rt、R0溫度分別為t和0時(shí)銅的熱電阻； 電阻溫度系數(shù)，（4.254.78）10-3/。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鉑熱電阻和銅熱電阻均有相對(duì)應(yīng)的分度表，只要測量出某溫度下的電阻值，即可查表得出溫度。 3測溫電路 熱電阻測溫電路最常用的是電橋電路，在橋路中接入熱電阻的方法有三線法和四線法兩種。三線法熱電阻Rt有三根連接導(dǎo)線，要求：直徑、長度均相同，阻值均為r即：r1=r2=re=r。Re串在電源上，對(duì)電橋平衡沒有影響，r1和r2分別串聯(lián)在相鄰橋臂。電橋平衡時(shí)，有：213()()tRr RR Rr13122(1)tR RRRrRR只要R1=R2，則

43、r對(duì)橋路平衡就沒有影響了。通常在Rt上串一個(gè)調(diào)零電阻來調(diào)平衡 電橋調(diào)零時(shí)，依靠橋臂電阻R4（Ra+Rt）調(diào)節(jié)，電橋調(diào)零時(shí)參考溫度應(yīng)為0。三線法的主要缺點(diǎn)是調(diào)零電三線法的主要缺點(diǎn)是調(diào)零電阻阻RaRa直接與滑點(diǎn)的接觸電阻串聯(lián)，測溫時(shí)會(huì)導(dǎo)致電橋零點(diǎn)直接與滑點(diǎn)的接觸電阻串聯(lián)，測溫時(shí)會(huì)導(dǎo)致電橋零點(diǎn)不穩(wěn)定不穩(wěn)定。四線法原理圖，圖中調(diào)零電位器Ra滑動(dòng)觸點(diǎn)的接觸電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)的接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡及正常工作狀態(tài)不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡及正常工作狀態(tài)溫 度 T/0C電 阻 RT/0NTCPTCCTR三 類 熱 敏 電 阻 的 溫 度 特 性 曲 線 二、半導(dǎo)體熱敏電阻 正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PT

44、C） 負(fù)溫度系數(shù)（負(fù)溫度系數(shù)（NTC） 臨界溫度系數(shù)（臨界溫度系數(shù)（CTR） 我們常說的熱敏電阻一般是指NTCNTC（Negative Negative Temperature Temperature CoefficientCoefficient）熱敏電阻，NTCNTC熱敏電阻具熱敏電阻具有很高的負(fù)電阻溫度有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于系數(shù)，特別適用于100100300300溫度范圍溫度范圍內(nèi)使用，既可作溫度內(nèi)使用，既可作溫度測量，亦可作電子控測量，亦可作電子控制系統(tǒng)中溫控器件。制系統(tǒng)中溫控器件。 1溫度特性 NTC熱敏電阻的阻值與溫度之間近似指數(shù)關(guān)系，可由下式表示)11(00TTBTeR

45、R式中 RT 、R0溫度為T、T0時(shí)的電阻值； B 熱敏電阻材料常數(shù)（K），隨溫度升高而增大； T被測溫度（K）； T0參考溫度（K）。 為了使用方便，生產(chǎn)廠一般取T025，T100，即T0298K，T=373K 作為熱敏電阻材料常數(shù)B 的取值，則有)ln(148229813731)/ln()/1/1 ()/ln(100252510000RRRRTTRRBT式中 R100和R25分別為T100和T025時(shí)的電阻值 2伏安特性 伏安特性也是熱敏電阻重要特性之一，它表示在穩(wěn)態(tài)情況下，通過熱敏電阻上的電流I 與熱敏電阻兩端之間電壓U 的關(guān)系NTC熱敏電阻伏安特性 當(dāng)流過熱敏電阻的電流很小時(shí)，NTC具

46、有與PTC相同的伏安特性，服從歐姆定律，如圖中o段為一直線。隨著電流的增加，熱敏電阻耗散功率增加，其自身溫度逐漸超過環(huán)境溫度，其電阻開始下降，此時(shí)端電壓隨電流的增加而上升幅度變緩，如圖中b段。當(dāng)電流上升到一定當(dāng)電流上升到一定值值Ip時(shí)，端電壓達(dá)時(shí)，端電壓達(dá)到最大值到最大值Um。此。此后電流繼續(xù)上升，后電流繼續(xù)上升，熱敏電阻自身溫度熱敏電阻自身溫度急劇增加，其電阻急劇增加，其電阻減小的速度超過電減小的速度超過電流增加的速度，此流增加的速度，此時(shí)，熱敏電阻的端時(shí)，熱敏電阻的端電壓隨電流的增加電壓隨電流的增加而下降，如圖中而下降，如圖中bd段，即出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)段，即出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)。當(dāng)電流超過某一允許值時(shí)，熱

47、敏電阻將因過熱而燒壞。 3熱敏電阻主要參數(shù) 標(biāo)稱電阻值R25（） 標(biāo)稱電阻是25時(shí)的熱敏電阻值。其大小由熱敏電阻的材料和幾何尺寸決定。 電阻溫度系數(shù)（%/） 即熱敏電阻的溫度變化1時(shí)，其電阻值的變化率。 耗散系數(shù)H（W/） 即熱敏電阻的溫度變化1時(shí)，熱敏電阻所耗散的功率，其大小與熱敏電阻材料性能、結(jié)構(gòu)及周圍介質(zhì)有關(guān)。 熱容量C（J/） 即熱敏電阻的溫度變化1時(shí)所吸收或釋放的熱量。 時(shí)間常數(shù)（S） 時(shí)間常數(shù)表示熱敏電阻加熱或冷卻的響應(yīng)速度，以熱容量與耗散系數(shù)之比來表示，即 C/H 熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大，因而靈敏度高；熱容量小，因而響應(yīng)速度快。 最高工作溫度Tm 熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件

48、下，長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。 額定功率PH（W） 熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下，長期連續(xù)工作所允許的耗散功率。在此條件下熱敏電阻自身的溫度不應(yīng)超過最高工作溫度。 4熱敏電阻的應(yīng)用 利用熱敏電阻的阻值對(duì)溫度變化靈敏度高的特性，可廣泛應(yīng)用于溫度測量及溫度控制電路中。熱敏電阻測溫電路電阻溫度關(guān)系曲線考慮到熱敏電阻的阻值與溫度之間的非線性特性，采取與采取與熱敏電阻并聯(lián)補(bǔ)償電阻的方法進(jìn)行線性化處理熱敏電阻并聯(lián)補(bǔ)償電阻的方法進(jìn)行線性化處理 并聯(lián)補(bǔ)償電阻rc只要選得合適，可使溫度在一定的范圍內(nèi)與并聯(lián)等效電阻R=RT/rc呈線性關(guān)系冰箱的溫控電路調(diào)節(jié)RW，可設(shè)定最低溫度最高溫度由R3、R4分壓取得溫度升高

49、時(shí)，R1阻值降低，Vx上升；溫度降低時(shí)，R1阻值升高，Vx降低。常開繼電器，線圈通電時(shí)開關(guān)閉合，線圈失電時(shí)開關(guān)開路。冰箱的溫控電路VxVH時(shí)，RS=01，Q=1，三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，壓縮機(jī)工作，冰箱制冷，溫度降低。冰箱的溫控電路VHVxVL時(shí)，RS=00，Q保持，三極管保持導(dǎo)通，繼電器保持閉合，壓縮機(jī)保持工作，冰箱繼續(xù)制冷，溫度繼續(xù)降低。冰箱的溫控電路VLVx時(shí)，RS=10，Q=0，三極管截止，繼電器開路，壓縮機(jī)停止工作，溫度升高。 第三節(jié) 集成溫度傳感器 一、溫敏二極管及其應(yīng)用 半導(dǎo)體溫敏器件可分為電阻型和PN結(jié)型兩大類 上節(jié)介紹的半導(dǎo)體熱敏電阻屬于電阻型溫敏器件 本節(jié)是PN結(jié)型溫敏器件IBTqkTUIIqkTUrgSlnln 1工作原理 由PN結(jié)理論，可求得PN結(jié)電壓、電流及溫度的函數(shù)關(guān)系為式中 U PN結(jié)正向電壓； I PN結(jié)正向電流； IS PN結(jié)反向飽和電流； q 電子電荷量； k 波爾茲曼常數(shù)； T 絕對(duì)溫度； Ug溫度為0K時(shí)材料的