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1、Cha.9 热电式传感器,工作原理： 温度及其有关量电（参）量变化电阻，热电动势,一、热电阻传感器 1、材料特点及性能 （1）、特点 常用材料是铂和铜。,热电偶,原理：利用导体或半导体的的电阻随温度变化而变化（热电阻效应），而由相应的电阻值对应温度值。,取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为数百欧姆。,铂电阻的物理、化学比较稳定，因而在温度不是太高的工业测温领域应用比较广泛。 在0630.74温度范围内，铂电阻的阻值与温度的关系：,-1900温度范围内阻值与温度关系：,（2）、铂电阻,薄膜型及普通型铂热电阻,小型铂
2、热电阻,防爆型铂热电阻,（3）铜电阻 在对测量精度要求不太高，测温范围不大的情况下，可以使用铜电阻，以利于降低成本。 在-50150的温度范围内铜电阻的的阻值与温度的关系为：,W铜(100)1.425，大于铂电阻。即灵敏度比铂电阻高，成本也低。,2、结构、种类及接线方式、主要参数,3、铂热电阻应用的基本电路形式 (1)、恒流电路 (2)、恒压电路 4、应用 (1)、铂电阻测温 (2)、A/D转换器比例工作的温度测量电路,2热敏电阻的温度特性、参数及特点 热敏电阻的温度特性由三种类型： 负电阻温度系数热敏电阻（NTC）； 正电阻温度系数热敏电阻（PTC）； 具有临界温度特性的热敏电阻（CTR），
3、即在某各温度下（临界温度），电阻的阻值将会发生突变。 应该指出，由于热敏电阻的线性不好，现在已基本不再用来作温度测量使用了。但是由于成本低，在定点温度控制等场合中还有较大的应用市场。,1热敏电阻的结构形式 热敏电阻是由一些金属氧化物按不同比例配方经高温烧结而成，或用半导体材料制成的。形状有很多种，如所示。,二、（半导体）热敏电阻,下图所示的五根曲线分别为哪一种热敏电阻？,1 2 3 4 5,热敏电阻外形,MF12型 NTC热敏电阻,聚脂塑料封装热敏电阻,玻璃封装NTC热敏电阻,MF58 型热敏电阻,带安装孔的热敏电阻,大功率PTC热敏电阻,贴片式NTC热敏电阻,3、线性校正 (1)、串联电阻法
4、 (2)、桥路法 4、测量电路 (1)、串联方式 (2)、桥路 5、应用 (1)、温度控制 (2)、温度测量,热敏电阻体温表,热敏电阻用于CPU的温度测量,（参考小熊在线公司资料）,热敏电阻用于电热水器的温度控制,先看一个实验热电偶工作原理演示,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,第三节 热电偶的工作原理,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,通过以上演示得出结论有关热电偶热电势的讨论,热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差t 的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T
5、）- eAB （ T0 ）,热电势大致与两个结点的温差t 成正比,从实验到理论：热电效应,1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？） 。 显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。,结点产生热电势的微观解释及图形符号,两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金
6、属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。,自由电子,A,B,eAB（ T ）,T,1、热电效应(赛贝尔（Seebeck）效应),三、热电偶,将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，当两接点分别置于两种不同的温度时，则在回路中产生热电势，形成回路电流。这种现象称塞贝克效应，即热电效应。,热电势的产生,热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部分组成.(产生原理),接触电势的大小与不同导体的电子密度及接点处温度高低 有关，温差越高，和两种导体电子密度的比值越大，接触电势均越大；同一根导体两端处于不同的温度，导体中会产生温差电势.,总之，回路热电势的大小仅与材料和端点的温度
7、有关，与热电偶的尺寸形状无关。,（1）.回路中的接触电势,（2）. 温差电势 汤姆逊（Thomoson）电势,（3）. 总回路热电势 根据经典电子论，总热电势应为接触电势与温差电势之和。,几点讨论: 如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。 组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但是两结点的温度相同也不会产生热电势。 由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端温度 T0 恒定时，产生的热电势在一定的温度范围内仅是热端温度 T 的单值函数。,2、热电偶的基本定律 (1).中间导体定律 将由A、B两种导体组成的热电偶的冷端（T0端）断开而接入的三种导体C后，只要冷
8、、热端的T0 、T 保持不变，则回路的总热电势不变。,T T0,A,B,T0,T,T0,C,此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料)，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(T0 )仪表的入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法也可以是任意的。,(2).参考电极定律（标准电极定律） 如果两种导体A、B分别与第三种导体C所组成的热电偶所产生的热电势是已知的，则这两种导体所组成的热电偶的热电势也是已知的，且,根据此定律，可以便于给出所有热电偶材料的有关参数（与标准电极C间的热电动势），方便热电偶电极的选配。,(3).连接导体与中间温度定律 在热电偶回路中，
9、如果电极A、B在热端（温度为 T ）相连接，而在温度较低的一侧分别与导线A,、B,相连接，接点温度均为Tn， A,、B,在冷端（温度为T0 ）相连接，则回路的总热电势将等于热电偶的A、B的热电势EAB(T ，Tn )与连接导线在(Tn 、T0 )下的热电势EA,B,(Tn，T0 )的代数和，即：,若A与A ,B与B分别为同一材料，显然有,上式即为中间温度定律。,3、工业热电偶的结构、材料和分类 4、冷端补偿 测温时，要求冷端, ， 而实际上，T0 很难恒定冷端补偿 (1).补偿导线,“补偿导线” C、D。要求补偿导线的冷端温差热电势特性与热电偶的冷端温差热电势特性相同，即，此时测得的温差热电势
10、为，相当于将热电偶的冷端延长到了T0端。,问题： a). C、D采用相同的导线（如铜导线）来连接。使用中，连接导线与热电偶的两个连接点的温度均为T1，测量仪表及仪表与连接导线结点的温度均为T0。问：此时测得的热电势为？b). C、D使用“补偿导线” 来连接，但由于粗心，工人正负级接反了。问：此时测得的热电势为？（留给同学们思考）,(2).其它冷端温度补偿电路,4、测量电路 (1).放大电路 (2).非线性校正电路 5、测量误差 6、应用,普通装配型热电偶的外形,安装螺纹,安装法兰,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,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）,铠装型热电偶横截面,请将右图各有关设备正确地连接起来，组成热电偶测温、控温电路。,黄,绿,红,L1,L2,L3,接大地铜排,接零,热电偶输出端,电炉,交流接触器,三相 空气开关,380V线圈的交流接触器连接过程,当温度控制器测得的温度达到设定值时，5-6两端开路，交流接触器失电，电炉回路被切断。,接大地铜排,电炉,接零,“3”端接何处,热电偶,再看一次,
