傳感器與檢測(cè)技術(shù)第八章熱電式傳感器

（優(yōu)選）傳感器與檢測(cè)技術(shù)第八章熱電式傳感器當(dāng)前第1頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)溫標(biāo)

不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(TemperatureStandard)，而是溫度標(biāo)尺(TemperatureScale)的簡(jiǎn)稱。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)(美國(guó))、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第2頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)溫標(biāo)名稱有關(guān)規(guī)定華氏溫標(biāo)（℉）1714年，F(xiàn)ahrenheit把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)這兩個(gè)恒定溫度作固定點(diǎn)(212℉和32℉)，這兩個(gè)溫度點(diǎn)之間用水銀溫度計(jì)分成180等份，每等份定為1華氏度(℉)。列氏溫標(biāo)(oR’)1731年Réaumur提出：水的冰點(diǎn)被定為列氏0度，而沸點(diǎn)則為列氏80度。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)濃度的酒精在水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間體積從1000單位膨脹到1080單位。攝氏溫標(biāo)(℃)1742年Celsius提出：最初定義“水的冰點(diǎn)定為一百攝氏度，沸點(diǎn)定為零攝氏度，其間分成一百等分，一等分為一攝氏度”。第二年將刻度顛倒過(guò)來(lái)使用，即當(dāng)今用法。當(dāng)前應(yīng)用最廣，ITS-90有專門定義。開(kāi)氏溫標(biāo)(K)1854年Kelvin提出：把絕對(duì)零度(0K)到水的三相點(diǎn)溫度(273.16K)等分為273.16份，每份就是1開(kāi)氏度。其分度間隔和攝氏溫標(biāo)間隔一致，Δt(1℃)=ΔT(1K)。蘭氏溫標(biāo)(oR)Rankine溫標(biāo)是美國(guó)工程界使用的一種溫標(biāo)。起點(diǎn)也為絕對(duì)零度，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為491.67和671.67蘭氏度(oR)，中間分成180等分，每一等分為1oR。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第3頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開(kāi)氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度====================華氏度=1.8攝氏度+32華氏度=1.8開(kāi)氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32====================開(kāi)氏度=攝氏度+273.15開(kāi)氏度=1.25列氏度+273.15開(kāi)氏度=5(華氏度-32)/9+273.15開(kāi)氏度=5蘭氏度/9下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第4頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第5頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回8.1熱電偶

把兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為T和T0（設(shè)T＞T0)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)。由這兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)的傳感器稱為熱電偶。圖8-1熱電效應(yīng)示意圖當(dāng)前第6頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)熱電偶作為敏感元件優(yōu)點(diǎn)為：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的；②具有較高的準(zhǔn)確度；③測(cè)量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測(cè)到-50℃，高溫可以達(dá)到1600℃左右，配用特殊材料的熱電極，最低可測(cè)到-180℃，最高可達(dá)到+2800℃的溫度；④具有良好的敏感度；⑤使用方便。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第7頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回8.1.1熱電效應(yīng)

熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電流，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。測(cè)溫時(shí)結(jié)點(diǎn)1置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中，稱為測(cè)量端(工作端、熱端)；結(jié)點(diǎn)2一般處在某一恒定溫度，稱為參考端(自由端、冷端)。熱電效應(yīng)（塞貝克效應(yīng)Seekbeck1821）：當(dāng)前第8頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回式中k

—波爾茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；

t—接觸處的絕對(duì)溫度；

e—電子電荷數(shù)；

NA、NB—金屬A、B在溫度為T時(shí)的自由電子密度。圖8-2接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)(兩種導(dǎo)體）當(dāng)前第9頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回同理可以計(jì)算出A、B兩種金屬構(gòu)成回路在溫度t0端的接觸電勢(shì)為：

但與方向相反，所以回路的總接觸電勢(shì)

由上式可見(jiàn)，當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同，即t=t0

，回路中總電勢(shì)將為零。當(dāng)前第10頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

含義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。

溫差電勢(shì)（單一導(dǎo)體）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)。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第11頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)

EAB(t,t0)=EAB(t)＋EB(t,t0)－EAB(t0)－EA(t,t0) 溫差電勢(shì)較小，忽略，故熱電偶的熱電勢(shì)可表示為：

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第12頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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

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。討論下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第13頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)熱電偶的分度表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。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第14頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表

當(dāng)前第15頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)8.1.2熱電偶基本規(guī)律

中間導(dǎo)體定律

下頁(yè)上頁(yè)返回

圖8-3具有中間導(dǎo)體的熱電偶電路在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)無(wú)影響?？捎檬阶颖硎緸椋寒?dāng)前第16頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回EABC(t0,t0)=EAB(t0)＋EBC(t0)+ECA(t0)=0

對(duì)于(a)：（1）當(dāng)t=t0時(shí)，回路總電勢(shì)為0，即：（2）當(dāng)A和B兩點(diǎn)溫度分別為t,t0且t>t0時(shí)：EABC(t,t0)=EAB(t)＋EBC(t0)+ECA(t0)=0

由

EBC(t0)+ECA(t0)=–EAB(t0) EABC(t,t0)=EAB(t)–EAB(t0)=EAB(t,t0) 故當(dāng)前第17頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)EABC(t,t0)=EAB(t)＋eBC(t1)+eCB(t1)+EBA(t0)

對(duì)于(b)：回路總電勢(shì)為：由于EBC(t1)=-ECB(t1)EABC(t,t0)=EAB(t)–EAB(t0)=EAB(t,t0) 故下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第18頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)例：測(cè)量?jī)x表及引線作為第三種導(dǎo)體的熱電偶回路

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)影響回路中的熱電勢(shì)。應(yīng)用下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第19頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)中間溫度定律EAB(t,t0)=EAB(t,tc)+EAB(tc,t0)

在熱電偶測(cè)溫回路中，tc為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代數(shù)和，即下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第20頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)應(yīng)用根據(jù)這個(gè)定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體A′和B′，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對(duì)參考端溫度不為0℃的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第21頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體（電極）定律下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第22頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)通常選用高純鉑絲作標(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)。應(yīng)用【例】熱端為100℃，冷端為0℃時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為－4.0mV，則鎳鉻和考銅組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為：=2.95－(－4.0)=6.95(mV)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第23頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

均質(zhì)導(dǎo)體定律

由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與兩材料及兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無(wú)關(guān)。即熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。應(yīng)用：

有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及材料的均勻性。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第24頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)普通型熱電偶結(jié)構(gòu)8.1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第25頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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（1100℃以下）。

鎧裝型熱電偶下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第26頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)薄膜熱電偶

特點(diǎn)：熱接點(diǎn)可以做得很?。é蘭），具有熱容量小、反應(yīng)速度快（μs）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（300℃以下）。

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第27頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

熱電極材料的選取性能穩(wěn)定溫度測(cè)量范圍廣物理-化學(xué)性能穩(wěn)定導(dǎo)電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小材料的機(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。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑銠10—鉑（S型）熱電偶、鎳鉻—鎳硅（K型）熱電偶、鎳鉻—康銅（E型）熱電偶等。

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第28頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

常用熱電偶鉑銠10—鉑熱電偶（S型）這種熱電偶可在1300℃以下范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，短期可測(cè)1600℃高溫，復(fù)制精度和測(cè)量準(zhǔn)確性高，但熱電偶的材料為貴金屬，成本較高。鎳鉻—鎳硅熱電偶（K型）化學(xué)穩(wěn)定性較高，復(fù)制性好，產(chǎn)生熱電勢(shì)大，線性好，價(jià)格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。鎳鉻—銅鎳（康銅）熱電偶（E型）適用于還原性或中性介質(zhì)，熱電偶靈敏度高，價(jià)格便宜，但測(cè)溫范窄而低。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第29頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)熱電偶名稱正熱電極負(fù)熱電極分度號(hào)測(cè)溫范圍特點(diǎn)鉑銠30－鉑銠6鉑銠30鉑銠6B0～＋1700℃（超高溫）適用于氧化性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫上限高，穩(wěn)定性好。在冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鉑銠10－鉑鉑銠10純鉑S0～＋1600℃（超高溫）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)勢(shì)較小。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。鎳鉻－鎳硅鎳鉻合金鎳硅K－200～＋1200℃（高溫）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、價(jià)格低。穩(wěn)定性不如B、S型熱電偶，但是非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。鎳鉻－康銅鎳鉻合金銅鎳合金E－200～＋900℃（中溫）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。鐵－康銅鐵銅鎳合金J－200～＋750℃（中溫）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E型熱電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化。銅－康銅銅銅鎳合金T－200～＋350℃（低溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，精度高，價(jià)格低。在－200～0℃可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。缺點(diǎn)是銅極易氧化。

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶特性下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第30頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)當(dāng)熱端溫度為t時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)EAB(t,0)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB(t,t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0，0)由此可見(jiàn)，EAB(t0，0)是冷端溫度t0的函數(shù)，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。

8.1.3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第31頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

(1)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線

下頁(yè)上頁(yè)返回

補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，從而可將熱電偶的參考端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場(chǎng)合，以免參比端溫度受到被測(cè)介質(zhì)的熱干擾。t0’變化頻繁t0較為穩(wěn)定當(dāng)前第32頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)補(bǔ)償導(dǎo)線類型(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用(0～100℃)和耐熱用(0～150℃)；(4)按精度可分為普通級(jí)與精密級(jí)。補(bǔ)償導(dǎo)線作用(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參考端溫度的修正和測(cè)量誤差的減少；(3)用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第33頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)常用補(bǔ)償導(dǎo)線

熱電偶類型補(bǔ)償導(dǎo)線類型補(bǔ)償導(dǎo)線正極負(fù)極鉑銠10－鉑銅－銅鎳合金銅銅鎳合金（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%）鎳鉻－鎳硅I型：鎳鉻－鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻－鎳硅II型：銅－康銅銅康銅鎳鉻－康銅鎳鉻－康銅鎳鉻康銅鐵－康銅鐵－康銅鐵康銅銅－康銅銅－康銅銅康銅補(bǔ)償導(dǎo)線的使用(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶用；(2)使用時(shí)必須注意極性，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過(guò)規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0～100℃及0～150℃兩種。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第34頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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)中使用不便。

(2)冷端0℃恒溫法

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第35頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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)

(3)冷端溫度修正法

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第36頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)【例】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：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得EAB(30,0)=1.203mV?？傻肊AB(t,0)=

EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV

由鎳鉻-鎳硅熱電偶（K）分度表得：

（℃）下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第37頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)(4)冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法（電橋補(bǔ)償法）下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第38頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

8.1.4熱電偶測(cè)溫線路測(cè)量單點(diǎn)的溫度下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第39頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反向串聯(lián)）下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第40頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)測(cè)量平均溫度特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺(jué)察出來(lái),不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。1.并聯(lián)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第41頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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)，可立即可以發(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。2.正向串聯(lián)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第42頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)8.1.5熱電偶的應(yīng)用當(dāng)前第43頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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)現(xiàn)控制溫度。爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第44頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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。大多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，即具有正溫度系數(shù)。熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。

8.2熱電阻傳感器下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第45頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)熱電阻的結(jié)構(gòu)

直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無(wú)感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第46頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)1.常用熱電阻對(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。此外還有其它一些材料熱電阻。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第47頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)(1)鉑熱電阻（Pt）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-200～850℃。鉑熱電阻的特性方程為：在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3(t-100)］在0～850℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0(1+At+Bt2)

A=3.97×10-13/℃

B=-5.85×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃4

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第48頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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=10Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100，其中以Pt100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。鉑電阻的純度通常用W(100)表示（R100與R0的比值），目前鉑電阻的純度最高可達(dá)5個(gè)九。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第49頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第50頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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-50～150℃。銅熱電阻在測(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+αt）α=4.28×10-3/℃兩種分度號(hào)：Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。

(2)銅熱電阻（Cu）下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第51頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)銅熱電阻的分度表下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第52頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)銅熱電阻的特點(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。下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第53頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)銦電阻：是一種高精度低溫?zé)犭娮?。?.2-15K測(cè)溫范圍內(nèi)靈敏度極高，缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。錳電阻：在63-2K低溫范圍內(nèi)，靈敏度高，缺點(diǎn)是脆性大，難以拉制成絲。碳電阻：低溫下靈敏度高，熱容量小，對(duì)磁場(chǎng)不敏感，價(jià)格便宜，使用方便。缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。鐵電阻和鎳電阻：這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差。(3)其它熱電阻下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第54頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)幾種純金屬的電阻相對(duì)變化率與溫度變化間關(guān)系下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第55頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

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。8.2.3熱電阻的測(cè)量電路下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第56頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)內(nèi)部引線方式

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第57頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)兩線制這種引線方式簡(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。兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。平衡條件：誤差來(lái)源：下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第58頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)三線制用于工業(yè)測(cè)量，一般精度

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)前第59頁(yè)\共有68頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)四線制實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)合，高精度測(cè)量

下頁(yè)上頁(yè)返回當(dāng)