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1、第6章 热电式传感器,6.1 热电偶温度传感器 6.1.1 热电偶测温原理 6.1.2 热电动势的测量 6.1.3 热电偶的基本定律 6.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿 6.1.5 常用热电偶的特点 6.1.6 常用热电偶的应用举例 6.2 热敏电阻温度传感器 6.2.1 热敏电阻的基本类型 6.2.2 NTC热敏电阻的基本特性 6.2.3 半导体热敏电阻传感器的组成,第6章 热电式传感器,6.2.4 提高热敏电阻传感器互换性与线性的方法 6.2.5 热敏电阻的应用 6.3 其他温度传感器 6.3.1 磁式温度传感器 6.3.2 电容式温度传感器,6.1 热电偶温度传感器,6.1.1 热电
2、偶测温原理 6.1.2 热电动势的测量 6.1.3 热电偶的基本定律 6.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿 6.1.5 常用热电偶的特点 6.1.6 常用热电偶的应用举例,6.1.1 热电偶测温原理,图6-1 热电偶的结构,6.1.2 热电动势的测量,图6-2 热电动势 的测量电路,6.1.3 热电偶的基本定律,图6-3 热电偶回路中 接入第三种导体,6.1.3 热电偶的基本定律,图6-4 三种导体分别组成热电偶,1.0恒温法 2.冷端恒温法 3.冷端补偿器法 4.补偿导线法 5.采用不需要冷端补偿的热电偶,6.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿,1.0恒温法,图6-5 0恒温法 1水银 2
3、变压器油 3试管 4盖 5铜导线 6显示仪表 7保温瓶 8冰水混合物,2.冷端恒温法,只要在回路中加入相应的修正电压，或调整指示装置的起始位置，即可达到完全补偿的目的。,3.冷端补偿器法,图6-6 冷端补偿器法 1热电偶 2补偿导线 3冷 端补偿器 4显示仪表,4.补偿导线法,当然热电偶冷端温度由于受热端温度的影响，在很大范围内变化时，则直接采用冷端温度补偿法将很困难。因此，应先采用前述的补偿导线(对于廉价热电偶，可以采用延长热电极的方法)，将冷端远移到温度变化比较平缓的环境中，再采用上述的补偿方法进行补偿。,5.采用不需要冷端补偿的热电偶,目前已知道：镍钴-镍铝热电偶在300以下、镍铁-镍铜
4、热电偶在50以下、铂-铂热电偶在50以下的热电动势均非常小。只要实际的冷端温度在其范围内，使用这些热电偶可以不考虑冷端误差。,6.1.5 常用热电偶的特点,1)结构简单，制造容易，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需要进行配制。 2)因为它的输出信号为电动势，因此测量时，可不要外加电源。 3)测量范围广，可从-2691800。 4)测量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。 5)便于远距离测量、自动记录及多点测量。,6.1.6 常用热电偶的应用举例,1.热电偶测金属表面温度 2.测控应用,1.热电偶测金属表面温度,表面温度测量是温度测量的一大领域。金属表面温度的
5、测量对于机械、冶金、能源、国防等部门来说是非常普通的问题。例如，热处理的锻件、铸件、气体水蒸气管道、炉壁面等表面温度的测量。测温范围从几百摄氏度到一千多摄氏度，测量方法通常利用直接接触测温法。,2.测控应用,图6-7 热电偶测量系统,6.2 热敏电阻温度传感器,6.2.1 热敏电阻的基本类型 6.2.2 NTC热敏电阻的基本特性 6.2.3 半导体热敏电阻传感器的组成 6.2.4 提高热敏电阻传感器互换性与线性的方法 6.2.5 热敏电阻的应用,6.2.1 热敏电阻的基本类型,图6-8 三种热敏电阻的 热电特性曲线,6.2.2 NTC热敏电阻的基本特性,1.热电特性 2.伏安特性 3.热响应特
6、性,1.热电特性,图6-8 三种热敏电阻的 热电特性曲线,2.伏安特性,图6-9 NTC热敏电阻的伏安特性曲线,3.热响应特性,热敏电阻测温的过程都是将被测对象的热能通过接触传热或者辐射传热的方式传递给敏感元件，引起敏感元件自身的温度变化，将自身温度变化转为自身电阻的变化，这个过程是需要时间的，所以要求测量元件要有良好的热响应特性。热敏电阻的热响应特性常用耗散常数H和时间常数来表示。 耗散常数表示热敏电阻在电功率作用下，自身温度变化1所耗散的功率变化量，即H=P/TH的大小与电阻体的结构、形状、所处介质的种类和状态有关。,6.2.3 半导体热敏电阻传感器的组成,图6-10 热敏电阻元件的结构
7、a)带玻璃保护管 b)柱形 c)带密封玻璃柱 1电阻体 2引出线 3玻璃保护管 4锡箔 5导体 6密封材料,6.2.3 半导体热敏电阻传感器的组成,图6-11 半导体热敏电阻的测量桥路,6.2.4 提高热敏电阻传感器互换性与线性的方法,由于NTC热敏电阻是烧结半导体，所以它的特性参数有一定的离散性。在批量生产中，即使是同一批产品，其标称阻值的离散率也达到20左右，因此这种传感器的互换性较差。此外，热电特性的非线性较大，影响了传感器测量精度的提高。,6.2.4 提高热敏电阻传感器互换性与线性的方法,图6-12 NTC热敏电阻的几种组合式元件电路及其热电特性曲线,6.2.5 热敏电阻的应用,1)热
8、敏电阻工作在伏安特性曲线a区域，如图6-14所示。 2)热敏电阻工作在伏安特性曲线b区域，如图6-14所示。 3)热敏电阻工作在伏安特性曲线c区域，如图6-14所示。 4)作为旁热式热敏电阻的应用。,图6-14 热敏电阻伏安特性,图6-15 用热敏电阻测量液体,6.3 其他温度传感器,6.3.1 磁式温度传感器 6.3.2 电容式温度传感器,6.3.1 磁式温度传感器,有些磁性材料，如热敏铁氧体，它的磁导率随着温度变化而明显地变化，而且在一特定温度下其特性将发生剧烈地变化，该温度称为居里温度Tc，改变热敏铁氧体的组成成分，Tc可以在相当大的范围内自由变化，其特性曲线如图6-16所示。,6.3.2 电容式温度传感器,图6-16 热敏铁氧体的与温度的关系,6.3.2 电容式温度传感器,图6-17 BaSrTi陶瓷电容器,
