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1、2020/8/11,1,第七章,热电式传感器 Thermoelectric sensor,2020/8/11,2,热电式传感器 Thermoelectric sensor,热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。 将温度变化转换为电阻变化的热电式传感器称为热电阻传感器(thermoresistive sensor)。 将温度变化转换为热电势变化的热电式传感器称为热电偶传感器(thermocouple)。,2020/8/11,3,热电式传感器 Thermoelectric sensor,主要内容 热电阻传感器 热电偶传感器 热电式传感器的应用,
2、2020/8/11,5,7.1 热电阻传感器Thermoresistive sensor,热电阻传感器可分为： 金属热电阻式（热电阻） 半导体热电阻式（热敏电阻）,主要介绍： 热电阻 热敏电阻,2020/8/11,6,1. 热电阻Thermoresistance,热电阻材料的特点： 高温度系数，高电阻率。 化学、物理性能稳定。 良好的输出特性。 良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。,2020/8/11,7,铂、铜热电阻的特性 铂、铜为应用最广的热电阻材料 铂：特点是测量精度不高，测量范围较小。,1. 热电阻Thermoresistance,2020/8/11,8,铜：特点是电阻率低，易被氧
3、化，适用于温度较低和没有腐蚀性的介质。,其他热电阻,1. 热电阻Thermoresistance,2020/8/11,9,2. 热敏电阻Thermal resistance,热敏电阻的特点: 热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件。分类：,正温度系数热敏电阻（PTC）,临界温度系数热敏电阻（CTR）,负温度系数热敏电阻（NTC）,2020/8/11,10,2) 负温度系数热敏电阻特点：与热电阻相比， 电阻温度系数大，灵敏度高。 电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。 结构简单，体积小，可以测量点温度。 易于维护和进行远距离控制。 制造简单，寿命长。 热敏电阻的不足：互换性差，非线性严重。,2. 热敏
4、电阻Thermal resistance,2020/8/11,11,负温度系数热敏电阻的特性 负温度系数热敏电阻的电阻-温度特性曲线：,2. 热敏电阻Thermal resistance,2020/8/11,12,热敏电阻特性的严重非线性是扩大测量范围和提高精度必须解决的问题。 解决办法：利用温度系数很小金属电阻与热电阻串联或并联，是热敏电阻阻值在一定范围内呈线性关系。,2. 热敏电阻Thermal resistance,热敏电阻的结构组成,近代热敏电阻的特性：,2020/8/11,13,7.2 热电偶传感器Thermocouple,应用实例：,2020/8/11,14,7.2 热电偶传感器T
5、hermocouple,热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器。,主要介绍： 热电效应及其工作定律 热电偶,2020/8/11,15,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,1）热电效应(Pyroelectric effect ) 热电效应：将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若两接点处温度不同，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。,2020/8/11,16,接触电势：当两种不同金属接触时，在接触处形成的电势，称为接触电势。,热电效应产生的热电势由两部分组成：接触电势（珀尔帖电势
6、）和温差电势（汤姆逊电势）。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,17,温差电势：对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。其大小与金属材料的性质和两端的温度有关。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,18,回路总热电势：,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,19,结论
7、： 如果热电偶两电极材料相同，即NA=NB，A= B 但闭合回路的总热电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料作电极。 如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即T=T0，闭合回路中也不产生热电势。即热电偶两接点温度不同时，才有热电势输出。 。 必须形成闭合回路才有热电势产生。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,20,2）工作定律 中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持其两端温度相同，则对回路总热电势无影响，这就是中间导体定律。,应用：将第三导体换成毫伏表，只要保证两个节
8、点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,21,连接导体定律：,应用：连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,2020/8/11,22,中间温度定律：,应用：中间温度定律为制订分度表奠定了理论基础。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,例题,由连接导体定律，当A与A、B与B相同时：
9、,2020/8/11,23,参考电极定律：,应用：利用该定律可大大简化热电偶选配工作，只要知道有关电极与标准电极配对的热电势，即可求出任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。,1. 热电效应及其工作定律Pyroelectric effect and working laws,例题,2020/8/11,24,2. 热电偶Thermocouple,热电偶材料 热电偶的结构,热电偶的温度补偿 T作为被测温度端，T0作为固定冷端（参考温度端）通常要求T0保持为00C。热电偶冷端温度补偿法有： 00C恒温法：在标准大气压下将清洁的水和冰屑混合后放在保温容器内，可使T0保持00C。,2020/8/11,2
10、5,补正系数修正法：设冷端温度为tn，此时测得的温度为t1，则实际温度为：t=t1+ktn，k为补正系数。 延伸热电极法（补偿导线法）：根据连接导体定律。,2. 热电偶Thermocouple,补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化。,2020/8/11,26,热电偶的使用误差： 分度误差：热电偶的分度是指将热电偶置于给定温度下测定其电势，以确定热电势与温度的关系。分度方法有标准分度和单独分度法两种。 延伸导线误差 延伸导线的热特性与配用的热电偶不一致。 延伸导线与热电偶参考端的两点温度不一致。 动态误差：测量瞬变温度时，由于滞后而引起的误差称为动态误差。
11、动态误差的大小与热电偶的时间常数有关。 漏电误差：随着温度升高，绝缘效果明显变坏使热电势输出分流造成漏电误差。,2. 热电偶Thermocouple,2020/8/11,27,7.3 热电式传感器的应用,测量管道流量,热电式继电器,气体成分分析仪,金属材质鉴别仪,2020/8/11,28,普通装配型热电偶的外形,安装螺纹,安装法兰,2020/8/11,29,普通装配型热电偶的结构放大图,接线盒,引出线套管,固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）,热电偶工作端（热端）,不锈钢保护管,2020/8/11,30,铠装型热电偶外形,法兰,铠装型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,铠装型热电偶横截
12、面,2020/8/11,31,隔爆型热电偶外形,厚壁保护管,压铸的接线盒,电缆线,2020/8/11,32,其他热电偶外形,小形K型热电偶,2020/8/11,33,补偿导线法,基本原理：,工业现场测温时，由于热电偶的长度有限，冷端温度直接受到被测介质和周围环境的影响，不仅很难保持在0，而且经常波动，因此采用冷端延长线（或称冷端补偿导线）。,由连接导体定律可知：,可见，适当选取A、B、使得：,上式即为：,可见，通过连接补偿导线，可使中间温度的影响消除掉。,2020/8/11,34,用一热电偶测温，热电偶输出示值为87mv。已知环境温度为25，试确定热电偶热端温度（即被测温度）为多少？该热电偶的冷端温度t0=0的分度表如表1。 表1 热电偶分度表(t0=0),2020/8/11,35,已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为11.456mV，材料B与铂配对的热电势为4.259mV，求在此特定条件下材料A与材料B配对后的热电势。,解：,根据参考电极定律：,2020/8/11,36,比较查出的3个热电势，可以看出热电势是否线性？,
