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1、2.2热电式传感器,SHENYANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY,2,2.2 热电式传感器,温度测量的应用：铸造合金熔炼、焊接熔池温度控制、锻造工艺中的始锻温度、终锻温度等。 热电式传感器：是一种将温度变化转换为电量（电阻、磁导、电势）变化的装置。 热电式传感器的分类 1.热电偶 2.热电阻 3热敏电阻,3,2.2.1热电偶传感器,热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛，因为它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。,4,一.热电效应及其工作定律,1.热电效应 将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，如图所示。若节点(1)、(2)处于不同的温度
2、(TT0)时，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。其电势由接触电势(珀尔帖电势)和温差电势(汤姆逊电势)两部分组成。,5,接触电势 当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。其大小除与两种金属的性质有关外，还与结点温度有关。,6,在温度为T时的接触电势： eAB（T）A、B两种金属在温度T时的接触电势； k波尔兹曼常数，k=1.3810-23(J/K)； e电子电荷，e=1.610-19(C)； N
3、A、NB金属A、B的自由电子密度； T结点处的绝对温度。,7,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差有关，可表示为 eA(T,T0)金属A两端温度分别为T与T0时的温差电势； A温差系数； T、T0高、低温端的绝对温度。,8,A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为 于是，回路的总热电势为,9,热偶基本定律 ： 1）只有化学成分不同的两种金属材料组成的热电偶，且两端点间的温度不同时，热电势才会产生。热电势的大小与材料的性质及其两端点的温度有关，而与形状，大小无关。
4、2）化学成分相同的材料组成的热电偶，即使两个接点的温度不同，回路的总热电势也等于零。应用这一定率可以判断两种金属是否相同。,10,3）化学成分不相同的两种材料组成的热电偶，若两个接点的温度相同，回路中的总热电势也等于零。 4）在热电偶中插入第三种材料，只要插人材料两端点的温度相同，对热电偶的总热电势没有影响。 5）如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成热电偶的热电势也已知。,11,12,热电偶实用测量电路,1）单点温度的测温线路,13,2）测量两点之间温差的测温线路,14,3）测量平均温度的测温线路,15,4）测量几点温度之和的测温线路,16,5）若干只热
5、电偶共用一台仪表的测量线路,17,18,19,20,21,22,23,2.2.2 热电阻,1.热电阻材料的特点 热电阻材料必须具有以下特点： (1).高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。 (2).化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性。 (3).良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性的输出。 (4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 适宜制作热电阻的材料有铂、铜、镍、铁等。,24,2.铂、铜热电阻的特性 铂、铜为应用最广的热电阻材料。虽然铁、镍的温度系数和电阻率均比铂、铜要高，但由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点
6、，因而用得不多。 铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。,25,铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示： 在0660温度范围内 (7-1) 在-1900温度范围内 (7-2) 式中 R0、Rt分别为0和t的电阻值； A常数(3.9684710-3/)； B常数(-5.84710-7/2)； C常数(-4.2210-12/3)。,26,铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。 铜电阻阻值与温度变化之间的关系可近似表示为： (7-3) 式中 A常量(4.2889910-3/)； B常量(-
7、2.13310-7/2)； C常量(1.23310-9/3)。 当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。,27,3.其他热电阻 .铟电阻适宜在-269-258温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。 .锰电阻适宜在-271-210温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。 .碳电阻适宜在-273-268.5温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。,28,2.2.3热敏电阻,1.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。按物理特性，可分为三类： (1).负温度系数热敏电阻(NTC)； (2).
8、正温度系数热敏电组(PTC)； (3).临界温度系数热敏电阻(CTR)。 下面以负温度系数的热敏电阻为例作一下介绍。,29,30,负温度系数热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体，通常用它测量-100+300范围内的温度，与热电阻相比，其特点是： (1).电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电阻的10倍。 (2).结构简单，体积小，可以测量点温度。 (3).电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。 (4).易于维护和进行远距离控制。 (5).制造简单，使用寿命长。 缺点是互换性差，非线性严重。,31,2.负温度系数热敏电阻的特性,图为负温度系数热敏电阻的电阻-温度特性曲线，用如下经验公式描述： 式中 RT温度为T(K)时的电阻值； A与热敏电阻的材料和几何尺寸有关的常数； B热敏电阻常数。,热敏电阻特性曲线图,热敏电阻的伏安特性,32,3 近代热敏电阻的特性,(1).近年来研制的玻璃封装热敏电阻具有较好的耐热性、可靠性、频响特性。 (2).氧化物热敏电阻的灵敏度都比较高，但只能在低于300时工作。 (3).负温度系数热敏电阻的特性曲线非线性严重。 (4).近年来发现四氰醌二甲烷新型有机半导体材料，具有电阻率随温度迅速变化的特性。,33,热电式传感器的应用,热电式传感器最直接的应用是测量温度。 其它应用有： 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,
