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1、ch7ch7热电式传感器及其应热电式传感器及其应用用第7章热电式传感器及其应用2热电式传感器：热电式传感器：测量温度的装置或器件测量温度的装置或器件利用材料或组件与温度有关的物理特性，将温度变化转利用材料或组件与温度有关的物理特性，将温度变化转换为电信号变化换为电信号变化热电偶传感器热电偶传感器热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻热敏电阻传感器传感器第7章热电式传感器及其应用3教学基本要求和重点教学基本要求和重点掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念掌握三类热电式传感器的基本工作原理掌握三类热电式传感器的基本工作原理掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度
2、补偿方法、使掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方法、使用热电偶的测温方法用热电偶的测温方法掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合掌握热敏电阻的电阻温度特性掌握热敏电阻的电阻温度特性会使用分度表会使用分度表第7章热电式传感器及其应用47.1 热电偶传感器第7章热电式传感器及其应用5特点：结构简单、使用方便、精度高、热惯性小，可测局特点：结构简单、使用方便、精度高、热惯性小，可测局部温度和便于远程传送等优点。使用不同材质制成的热电部温度和便于远程传送等优点。使用不同材质制成的热电偶系列，可以满足偶系列，可以满足-200近近3000温度测量的需要温度测量的需要
3、由由A、B两种导体串接成一闭合回路，两种导体串接成一闭合回路，将将温度转换成热电势温度转换成热电势的装置称为的装置称为热电热电偶偶。第7章热电式传感器及其应用6接触电势接触电势温差电势温差电势接触电势接触电势一、一、热电偶工作原理热电偶工作原理 两两种种不不同同的的导导体体A A和和B B串串接接成成图图示示闭闭合合回回路路，当当两两个个接接触触端端存存在在温温差差TT0时时，回回路路中中就就有有电电流流产产生生，即即回回路路中中会产生热电势会产生热电势，这种现象叫做热电效应。，这种现象叫做热电效应。1、热电效应：、热电效应：热电势由两种材料的热电势由两种材料的接触电势（帕尔贴电势）接触电势（
4、帕尔贴电势）和单一材和单一材料的料的温差电势（汤姆逊电势）温差电势（汤姆逊电势）决定决定.(1)(1)接触电势接触电势（帕尔贴电势）（帕尔贴电势）含含义义：由由于于两两种种不不同同导导体体的的自自由由电电子子密度不同而在接触处形成的电动势。密度不同而在接触处形成的电动势。A A A A和和和和B B B B两种半导体材料两种半导体材料两种半导体材料两种半导体材料不同，温度保持一致不同，温度保持一致不同，温度保持一致不同，温度保持一致A A A A和和和和B B B B互相接触时，其内部电子密度不同互相接触时，其内部电子密度不同互相接触时，其内部电子密度不同互相接触时，其内部电子密度不同若若若若
5、n n n nA A A A nnnnB B B B自由电子从自由电子从自由电子从自由电子从A A A A扩散扩散扩散扩散到到到到B B B BA A A A失去电子带正电，失去电子带正电，失去电子带正电，失去电子带正电，B B B B得到电子带负电得到电子带负电得到电子带负电得到电子带负电形成由形成由形成由形成由A A A A向向向向B B B B的内电场，的内电场，的内电场，的内电场，阻止电子进一步扩散。阻止电子进一步扩散。阻止电子进一步扩散。阻止电子进一步扩散。在在在在E E E E的作用下，的作用下，的作用下，的作用下，B B B B中的自由电子向中的自由电子向中的自由电子向中的自由电
6、子向A A A A漂移漂移漂移漂移当扩散和漂移达到动态平衡时当扩散和漂移达到动态平衡时当扩散和漂移达到动态平衡时当扩散和漂移达到动态平衡时两种不同金属两种不同金属两种不同金属两种不同金属A A A A、B B B B的接触处产生一个稳的接触处产生一个稳的接触处产生一个稳的接触处产生一个稳定的接触电势珀尔帖电势定的接触电势珀尔帖电势定的接触电势珀尔帖电势定的接触电势珀尔帖电势e e e eABABABAB(T)(T)(T)(T)接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。第7章热电式传感器及其应用8回路总接触电势回路总接触电势接触电动势的数值接
7、触电动势的数值：接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。第7章热电式传感器及其应用9同同一一导导体体的的两两端端因因其其温温度度不不同同而而产产生生的的一种电动势。一种电动势。(2)温差电动势同一导体两端温同一导体两端温同一导体两端温同一导体两端温度不同：度不同：度不同：度不同：TTTTTTTT0 0 0 0a a a a端自由电子动能端自由电子动能端自由电子动能端自由电子动能bbbb端自由电子动能端自由电子动能端自由电子动能端自由电子动能电子由电子由电子由电子由a a a a扩散扩散扩散扩散到到到到b b b ba a a a失去电子带
8、正电，失去电子带正电，失去电子带正电，失去电子带正电，b b b b得到电子带负电得到电子带负电得到电子带负电得到电子带负电形成由形成由形成由形成由a a a a向向向向b b b b的静电场的静电场的静电场的静电场E E E Ea a a ab b b b在在在在E E E E的作用下，的作用下，的作用下，的作用下，b b b b中的自由电子中的自由电子中的自由电子中的自由电子向向向向a a a a漂移漂移漂移漂移扩散和漂扩散和漂扩散和漂扩散和漂移达到动移达到动移达到动移达到动态平衡态平衡态平衡态平衡abababab中得到一个稳定的温差中得到一个稳定的温差中得到一个稳定的温差中得到一个稳定的
9、温差电势电势电势电势汤姆逊电势汤姆逊电势汤姆逊电势汤姆逊电势e e e eA A A A(T,T(T,T(T,T(T,T0 0 0 0) ) ) )这个电势的大小只与这个电势的大小只与A、B材料和两结点温度材料和两结点温度(T，T0)有关有关第7章热电式传感器及其应用10eA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生的温时所产生的温差电动势，例如在差电动势，例如在0时，铜的时，铜的=2V/。对于对于A A、B B导体构成的
10、闭合回路，总的汤姆逊电势将为导体构成的闭合回路，总的汤姆逊电势将为这个电势的大小只与这个电势的大小只与A、B材料和两结点温度材料和两结点温度(T，T0)有关有关第7章热电式传感器及其应用11热电偶回路中产生的总热电势（1 1 1 1）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。有关；与热电偶的长度、粗细无关。有关；与热电偶的长度、粗细无关。有关；与热电偶的长度、粗细无关。结论结论结论结论(4(4(4(4点点点点) )
11、) )：（2 2 2 2）只有用不同性质的导体）只有用不同性质的导体）只有用不同性质的导体）只有用不同性质的导体( ( ( (或半导体或半导体或半导体或半导体) ) ) )才能组合成热电偶；才能组合成热电偶；才能组合成热电偶；才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势相同材料不会产生热电势相同材料不会产生热电势相同材料不会产生热电势. . . .当当当当A A、B B两种导体是同一种材料时：两种导体是同一种材料时：两种导体是同一种材料时：两种导体是同一种材料时：A A A A= = = =B B B B;n;n;n;nA A A A=n=n=n=nB B B B则回路总电势为：则回路总电势为：则
12、回路总电势为：则回路总电势为：（3 3 3 3）只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体）只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体）只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体）只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。材料不同时才能有热电势产生。材料不同时才能有热电势产生。材料不同时才能有热电势产生。（4 4 4 4）导导导导体体体体材材材材料料料料确确确确定定定定后后后后，热热热热电电电电势势势势的的的的大大大大小小小小只只只只与与与与热热热热电电电电偶偶偶偶两两两两端端端端的的的的温温温温度度度度有有有有关关关关。如如如如果果果果使使使使E E E EABABABA
13、B( ( ( (T T T T0 0 0 0)=)=)=)=常常常常数数数数，则则则则回回回回路路路路热热热热电电电电势势势势E E E EABABABAB( ( ( (T T T T，T T T T0 0 0 0) ) ) )就就就就只只只只与与与与温温温温度度度度T T T T有有有有关关关关，而而而而且且且且是是是是T T T T的的的的单单单单值值值值函函函函数数数数，这这这这就就就就是是是是利利利利用用用用热热热热电电电电偶偶偶偶测测测测温温温温的原理。的原理。的原理。的原理。通常令通常令通常令通常令T T T T0 0 0 0=0=0=0=0，在不同的温度下精确地测出回路，在不同的
14、温度下精确地测出回路，在不同的温度下精确地测出回路，在不同的温度下精确地测出回路总电势，并将所测得的结果绘成曲线或列成表格。总电势，并将所测得的结果绘成曲线或列成表格。总电势，并将所测得的结果绘成曲线或列成表格。总电势，并将所测得的结果绘成曲线或列成表格。第7章热电式传感器及其应用14依据上述原理，采用两种不同导体的组成为热电偶。依据上述原理，采用两种不同导体的组成为热电偶。采用焊接方法将两种材料的接点连接在一起，接点称为采用焊接方法将两种材料的接点连接在一起，接点称为测温端或工作端测温端或工作端。在测温时，将其置入被测温场中。当被测温场的温度确在测温时，将其置入被测温场中。当被测温场的温度确
15、定时，两种材料未连接端的温度确定热电偶电势的大小。定时，两种材料未连接端的温度确定热电偶电势的大小。一一般要求未连接端恒定在某一温度，将其称为参考端。般要求未连接端恒定在某一温度，将其称为参考端。接触电势接触电势温差电势温差电势热电偶原理图TT0AB热端热端冷端冷端测量端或工作端参考端或自由端第7章热电式传感器及其应用152. 热电偶基本定律热电偶基本定律 两两种种均均质质金金属属组组成成的的热热电电偶偶的的电电势势大大小小与与热热电电极极的的直直径径、长长度度及及沿沿热热电电极极长长度度方方向向上上的的温温度度分分布布无无关关，只只与与热电极材料和温度有关。热电极材料和温度有关。 均质导体定
16、律均质导体定律 如如果果材材质质不不均均匀匀，则则当当热热电电极极上上各各处处温温度度不不同同时时，将产生将产生附加热电势附加热电势，造成无法估计的测量误差。，造成无法估计的测量误差。因此，热电极材料的均匀性是衡量热电偶的重要指标之一。因此，热电极材料的均匀性是衡量热电偶的重要指标之一。 中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律A AB BT TT T0 0 C CT T0 0具有第三种导体的热具有第三种导体的热具有第三种导体的热具有第三种导体的热电偶回路电偶回路电偶回路电偶回路在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入另另一一种种导导体体称称中中间间导导体体C，只只要要中中间间导导体体的的
17、两两端端温温度度相相同同，热热电电偶偶回回路路总总电电动动势势不不受中间导体接入的影响。受中间导体接入的影响。对上式，当对上式，当对上式，当对上式，当T=TT=TT=TT=T0 0 0 0时，有：时，有：时，有：时，有：如右图，回路总热电势为：如右图，回路总热电势为：如右图，回路总热电势为：如右图，回路总热电势为：第7章热电式传感器及其应用17A AB BT TT T0 0 C CT T0 0由此可见，引入第三个导体由此可见，引入第三个导体由此可见，引入第三个导体由此可见，引入第三个导体C C C C后，只要保持后，只要保持后，只要保持后，只要保持C C C C两端温两端温两端温两端温度相等，
18、不会影响回路中热电势的大小。度相等，不会影响回路中热电势的大小。度相等，不会影响回路中热电势的大小。度相等，不会影响回路中热电势的大小。 同理可证，若再插入第四种、第五种同理可证，若再插入第四种、第五种同理可证，若再插入第四种、第五种同理可证，若再插入第四种、第五种均质均质均质均质导体，只要所插入的导体两端温度都与参考点相同，导体，只要所插入的导体两端温度都与参考点相同，导体，只要所插入的导体两端温度都与参考点相同，导体，只要所插入的导体两端温度都与参考点相同，都不会影响原来热电势的大小。都不会影响原来热电势的大小。都不会影响原来热电势的大小。都不会影响原来热电势的大小。第7章热电式传感器及其
19、应用18应用应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。接导线与显示仪表连接构成测温系统。接导线与显示仪表连接构成测温系统。接导线与显示仪表连接构成测温系统。 E ET T0 0T T0 0T T 连接导体定律和中间温度定律连接导体定律和中间温度定律 在在在在热热热热电电电电
20、偶偶偶偶回回回回路路路路中中中中，热热热热电电电电偶偶偶偶A A、B B分分分分别别别别与与与与导导导导线线线线AA、BB接接接接，接接接接点点点点温温温温度度度度分分分分别别别别为为为为T T、T Tn n、T T0 0，则则则则回回回回路路路路热热热热电电电电势势势势等等等等于于于于热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的热热热热电电电电势势势势E EABAB(T(T，T Tn n) )与与与与连连连连接接接接导导导导线线线线AA、BB在在在在温温温温度度度度T Tn n、T T0 0时时时时热热热热电电电电势势势势E EABAB(T(Tn n ，T T0 0) )的代数和（的代数和（的代数和（的
21、代数和（连接导体定律连接导体定律连接导体定律连接导体定律）。）。）。）。即：即：即：即：当当A与与A、B与与B材料分别相同，则有材料分别相同，则有热电偶热电偶回路回路回路回路两接点（温度为两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于）间的热电势，等于热电偶在温度为热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为时的热电势与在温度为Tn、T0时时的热电势的代数和（的热电势的代数和（中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律）(Tn称中间温度称中间温度)。第7章热电式传感器及其应用20中间温度定律的应用中间温度定律的应用根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方
22、，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0的热电势进行修正。第7章热电式传感器及其应用21（4 4） 参考电极定律参考电极定律 当当当当两两两两种种种种导导导导体体体体（A A、B B）分分分分别别别别于于于于第第第第三三三三种种种种导导导导体体体体C C组组组组合合合合成成成成热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的热热热热电电电电势势势势确确确确定定定定时时时时，则则则则由由由由这这这这两两两两种种种种导导导导体体体体（A A、B B）组组组组成成成成的的的的热热热热电电电电偶偶偶偶的的的
23、的热电势为：热电势为：热电势为：热电势为：第7章热电式传感器及其应用22热电偶材料应满足：l物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；l热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l便于制造；l复现性好，便于成批生产。二、 热电偶的种类与结构第7章热电式传感器及其应用23热电极热电极(偶丝偶丝)是热电偶的主要组件，特点：是热电偶的主要组件，特点：有较大的输出热电势及良好的线性关系；稳定的化学及物理性能；电阻温度系数小，电导率高；材料要有一定的韧性，以利于制作等。根据不同测温需要，现在常用热电偶类型有：（1）一般金属型：一般金属型：镍铬-镍硅、铜-康铜、镍铬
24、-康铜等；（2）贵金属型贵金属型：铂铑-铂、铂铑-铂铑、铱铑-铱等；（3）准熔金属型：准熔金属型：钨铼-钨铼等热电偶。第7章热电式传感器及其应用24 1 1铂铂铂铑热电偶铂铑热电偶(S(S型型) ) 分度号分度号LB3LB3工业用热电偶丝：0.5mm，实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600。特点：n材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。n在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵蚀，需要用保护套管。n材料
25、属贵金属，成本较高。n热电势较弱。（一）热电偶常用材料（一）热电偶常用材料第7章热电式传感器及其应用25 2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型) 分度号EU2工业用热电偶丝：1.22.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.489.7镍、910铬，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。特点：u价格比较便宜，在工业上广泛应用。u高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。u复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。第7章热电式传感器及其应用26工业用热电偶丝
26、:1.22mm，实验室用可更细些。正极：镍铬合金负极：考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度：长期600，短期800。特点：l价格比较便宜，工业上广泛应用。l在常用热电偶中它产生的热电势最大。l气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。3镍铬镍铬考铜热电偶考铜热电偶(E型型)分度号为分度号为EA2第7章热电式传感器及其应用27正极：铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。特点：l材料性能稳定，测量精度高。l还原性气体中易被侵蚀。l低温热电势极小，冷端温度在50以下可不
27、加补偿。l成本高。4铂铑铂铑30铂铑铂铑6热电偶热电偶(B型型)分度号为分度号为LL2第7章热电式传感器及其应用28几种持殊用途的热电偶几种持殊用途的热电偶 （1 1）铱铱和和铱铱合合金金热热电电偶偶如铱50铑铱10钌热电偶它能在氧化气氛中测量高达2100的高温。 （2 2）钨钨铼铼热热电电偶偶是60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。国产钨铼-钨铼20热电偶使用温度范围3002000分度精度为1。 （3 3）金金铁铁镍镍铬铬热热电电偶偶 主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。 第7章热电式传感器及其应用2
28、9（6 6）铜）铜康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号MKMK热电偶的热电势略高于镍铬-镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精度高，价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。（5 5）铁）铁康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号TKTK 灵敏度高，约为53V/，线性度好，价格便宜，可在800以下的还原介质中使用。主要缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗锈蚀能力。（4）钯）钯铂铱铂铱15热电偶热电偶是一种高输出性能的热电偶，在1398时的热电势为47.255mV，比铂铂铑10热电偶在同样温度下的热电势高出3倍，因而可配用灵敏度较低的指示仪表，常应用于航空工业
29、。第7章热电式传感器及其应用30将将两两热热电电极极的的一一个个端端点点紧紧密密地地焊焊接接在在一一起起组组成成接接点点就就构构成热电偶。成热电偶。热电偶的结构形式有：热电偶的结构形式有：普通型热电偶普通型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶（二）、热电偶的结构第7章热电式传感器及其应用31普通型热电偶结构：在测量时将测量端插入被测对象的内部，主要用于测量容器或管道内气体、流体等介质的温度。其结构主要包括：热电极、绝缘子、保护管套、接线盒和安装法兰等。 接线盒接线盒接线盒接线盒保险套管保险套管保险套管保险套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管热电偶丝热电偶丝热电偶丝热电偶丝第7章热
30、电式传感器及其应用32优优点点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。铠装型热电偶：由热电偶丝、由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者绝缘材料和金属套管三者经经拉伸加工拉伸加工而成的坚实组合体而成的坚实组合体,它可以做得很细很长它可以做得很细很长,使用使用中随需要能任意弯曲。中随需要能任意弯曲。第7章热电式传感器及其应用33在露头型的在露头型的测量端，套测量端，套上一个保护上一个保护帽，用银焊帽，用银焊密封起来密封起来碰底型碰底型不碰底型不碰底型露头型露头型帽型帽型测量端和套测量端和套管焊在一起，管焊在一起，动态响应比动态响应比不碰底型快，不碰底型快，比露头型慢
31、比露头型慢测量端封闭在测量端封闭在套管内，热电套管内，热电极与套管之间极与套管之间相互绝缘，这相互绝缘，这是是种最常用种最常用的形式的形式测量端暴露在测量端暴露在套管外，动态套管外，动态响应好，仅在响应好，仅在干燥的非腐蚀干燥的非腐蚀性的介质中使性的介质中使用用第7章热电式传感器及其应用34薄膜热电偶：薄膜热电偶：采用真空镀膜技术，将电偶材料沉积在绝采用真空镀膜技术，将电偶材料沉积在绝缘材料表面，构成的热电偶称为薄膜热电偶缘材料表面，构成的热电偶称为薄膜热电偶测测量量范范围围为为-200500：热电极材料多采用铜-康铜、镍铬-铜等，用云母作绝缘基片，主要适用于各种表面温度的测量;测测量量范范围
32、围为为5001800：热电极材料多用镍铬-镍硅、铂铑-铂等，用陶瓷作基片。第7章热电式传感器及其应用35特特点点：热接点很小（m），具有热容量小、反应速度快（s），适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。第7章热电式传感器及其应用36三、 热电偶的冷端处理与温度补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，当冷端温度恒定，通过测量热电势的大与冷端温度有关，当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小可以得到热端的温度。小可以得到热端的温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，
33、必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为虑将冷端处理为。（。（手册提供冷端温度为手册提供冷端温度为手册提供冷端温度为手册提供冷端温度为00时热电时热电时热电时热电势与热端温度的对照表（分度表）。势与热端温度的对照表（分度表）。势与热端温度的对照表（分度表）。势与热端温度的对照表（分度表）。第7章热电式传感器及其应用37热电偶的分度表热电偶的分度表不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表分度表。供查阅使用，
34、每10分档。中间值按内插法内插法计算。第7章热电式传感器及其应用38K型热电偶分度表型热电偶分度表K参考端温度：参考端温度：0整整10度度值值0102030405060708090003977981203161120222436285032663681100409545084919532757336137653969397338773720081378537893893419745101511056010969113811179330012207126231303913456138741429214712151321555215974400163951681817241176641808818
35、513189381936319788202145002064021066214932191922346227722319823624240502447660024902253272575126176265992702227445278672828828709700291282954729965303833079931214316293204232455328668003327733686340953450234909353143571836121365243692590037325377243812238519389153931039703400964048840879100041269416
36、57420454243242817432024358543968443494472911004510845486458634623846612469854735647726480954846212004882849192495554991650276506335099051344516975204913005239853093530935343953782541255446654807第7章热电式传感器及其应用39 当用热电偶测量一个热端温度时，冷端一般保持在室温当用热电偶测量一个热端温度时，冷端一般保持在室温当用热电偶测量一个热端温度时，冷端一般保持在室温当用热电偶测量一个热端温度时，冷端一
37、般保持在室温环境中，而室温又随季节变化很大；为了使冷端温度保持恒环境中，而室温又随季节变化很大；为了使冷端温度保持恒环境中，而室温又随季节变化很大；为了使冷端温度保持恒环境中，而室温又随季节变化很大；为了使冷端温度保持恒定（最好为定（最好为定（最好为定（最好为0000），当然可使热电偶做得很长，使冷端远离工），当然可使热电偶做得很长，使冷端远离工），当然可使热电偶做得很长，使冷端远离工），当然可使热电偶做得很长，使冷端远离工作端和恶劣环境，放置到恒温或温度波动比较小的地方，但作端和恶劣环境，放置到恒温或温度波动比较小的地方，但作端和恶劣环境，放置到恒温或温度波动比较小的地方，但作端和恶劣环境，
38、放置到恒温或温度波动比较小的地方，但这种方法可能会耗费许多贵重的金属材料。这种方法可能会耗费许多贵重的金属材料。这种方法可能会耗费许多贵重的金属材料。这种方法可能会耗费许多贵重的金属材料。 用热电偶测温时，热电势的大小决定于用热电偶测温时，热电势的大小决定于用热电偶测温时，热电势的大小决定于用热电偶测温时，热电势的大小决定于冷热端温度差冷热端温度差冷热端温度差冷热端温度差。如。如。如。如冷端温度固定，则决定于热端温度。如冷端温度固定，则决定于热端温度。如冷端温度固定，则决定于热端温度。如冷端温度固定，则决定于热端温度。如冷端温度变化将会引起冷端温度变化将会引起冷端温度变化将会引起冷端温度变化将
39、会引起测量误差。测量误差。测量误差。测量误差。第7章热电式传感器及其应用40 如果冷端温度是变化的，将会引起测量误差，同时如果冷端温度是变化的，将会引起测量误差，同时如果冷端温度是变化的，将会引起测量误差，同时如果冷端温度是变化的，将会引起测量误差，同时为了利用分度表对热电偶进行标定，以实现准确测量。为了利用分度表对热电偶进行标定，以实现准确测量。为了利用分度表对热电偶进行标定，以实现准确测量。为了利用分度表对热电偶进行标定，以实现准确测量。必须采取一定的措施消除冷端温度的变化所产生的影响。必须采取一定的措施消除冷端温度的变化所产生的影响。必须采取一定的措施消除冷端温度的变化所产生的影响。必须
40、采取一定的措施消除冷端温度的变化所产生的影响。冷端补偿。冷端补偿。冷端补偿。冷端补偿。第7章热电式传感器及其应用41 把把把把热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的参参参参考考考考端端端端置置置置于于于于冰冰冰冰水水水水混混混混合合合合物物物物容容容容器器器器，使使使使T T T T0 0 0 0=0=0=0=0。为为为为避避避避免免免免冰冰冰冰水水水水导导导导电电电电引引引引起起起起两两两两个个个个连连连连接接接接点点点点短短短短路路路路，必必必必须须须须把把把把连连连连接接接接点点点点分分分分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。别置
41、于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。1. 1. 冷端恒温法冷端恒温法 一般制定热电偶分度表时，冷端温度是以一般制定热电偶分度表时，冷端温度是以一般制定热电偶分度表时，冷端温度是以一般制定热电偶分度表时，冷端温度是以0000为标准。为标准。为标准。为标准。mVmVA AB BT T铜导线铜导线铜导线铜导线铜铜铜铜导导导导线线线线试试试试管管管管补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线热电偶热电偶热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液冰水溶液冰水溶液T T0 0仪表仪表仪表仪表补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线 例例例例：用用用用KK
42、型型型型( (镍镍镍镍铬铬铬铬一一一一镍镍镍镍硅硅硅硅) )热热热热电电电电偶偶偶偶测测测测炉炉炉炉温温温温，参参参参考考考考端端端端温温温温度度度度T Tn n3030，由由由由热热热热电电电电偶偶偶偶分分分分度度度度表表表表查查查查得得得得E EABAB(30(30，0)0)1.203mV1.203mV，若测得若测得若测得若测得E EABAB(T(T，30)30)28.344mV28.344mV，则可得，则可得，则可得，则可得 E EABAB(T,0)=(T,0)=E EABAB(T,(T,30)30)+E EABAB(30,0)(30,0)28.344mV+1.203mV28.344mV
43、+1.203mV29.547mV29.547mV。再查分度表可知再查分度表可知再查分度表可知再查分度表可知T T710710。2.2.计算修正法（计算修正法（T Tn n00）方方方方法法法法：测测测测量量量量出出出出热热热热电电电电偶偶偶偶自自自自由由由由端端端端的的的的温温温温度度度度T Tn n由由由由热热热热电电电电偶偶偶偶分分分分度度度度表表表表查查查查E EABAB(T(Tn n,0),0)E EABAB(T,0)=(T,0)=E EABAB(T,T(T,Tn n) )+E EABAB(T(Tn n,0),0)再再再再由由由由热热热热电电电电偶分度表查出被测介质的真实温度。偶分度表
44、查出被测介质的真实温度。偶分度表查出被测介质的真实温度。偶分度表查出被测介质的真实温度。第7章热电式传感器及其应用43把把参参考考端端实实际际温温度度Tn乘乘上上系系数数k，加加到到由由EAB(T，Tn)查查分度表所得的温度上，成为被测温度分度表所得的温度上，成为被测温度T。3、补正系数修正法、补正系数修正法: :k为热电偶的修正系数，见表为热电偶的修正系数，见表第7章热电式传感器及其应用44k为热电偶的修正系数，见表为热电偶的修正系数，见表测量端温度测量端温度( (0 0C)C)热电偶类别热电偶类别铜铜康铜康铜镍铬镍铬康铜康铜铁铁考铜考铜镍铬镍铬镍硅镍硅铂铑铂铑1010- -铂铂0 0202
45、0100100200200300300400400500500600600700700800800900900100010001100110012001200130013001400140015001500160016001.001.001.001.000.860.860.770.770.700.700.680.680.650.650.650.651.001.001.001.000.900.900.830.830.810.810.830.830.780.780.780.780.800.800.800.801.001.001.001.001.001.001.001.000.990.990.990
46、.990.980.981.021.021.001.000.910.910.820.820.840.841.001.001.001.001.001.001.001.000.980.980.980.981.001.001.001.000.960.961.001.001.001.001.071.071.111.111.001.001.001.000.820.820.720.720.690.690.660.660.630.630.620.620.600.600.590.590.560.560.550.550.530.530.530.530.520.520.520.520.530.530.530.53第
47、7章热电式传感器及其应用45对上例，参考端在室温环境对上例，参考端在室温环境Tn=30中，仪表测得的热电中，仪表测得的热电势为势为EAB(T，30)28.344mV，查此热电偶分度表知，温，查此热电偶分度表知，温度度T681，冷端温度，冷端温度Tn30，查表，查表k1，则真实温，则真实温度度T681130711()与热电势修正法所得几乎结果一致。因此，这种方法在工与热电势修正法所得几乎结果一致。因此，这种方法在工程上应用较为广泛程上应用较为广泛第7章热电式传感器及其应用46根据连接导线定律，热电偶回路的热电势为根据连接导线定律，热电偶回路的热电势为合理选择导线合理选择导线A和和B与热与热电偶电
48、偶A和和B相似，将参考端相似，将参考端从从Tn延伸到延伸到T0处处，有：，有：ABBA4、补偿导线（延伸热电极法）补偿导线（延伸热电极法）:第7章热电式传感器及其应用475、冷端温度补偿器、冷端温度补偿器补偿电桥的补偿电桥的4个桥臂中有个桥臂中有一个臂是铜电阻作为感温一个臂是铜电阻作为感温元件，其余元件，其余3臂由阻值恒臂由阻值恒定的锰铜制成，串接在热定的锰铜制成，串接在热电偶回路中电偶回路中电桥输出的直流信号和参考端温度电桥输出的直流信号和参考端温度Tn的关系应与配的关系应与配用的热电偶的热电特性一致。不平衡的电桥产生的电势用的热电偶的热电特性一致。不平衡的电桥产生的电势正好为正好为EAB(
49、Tn，T0)，输出的电压使参考端不是，输出的电压使参考端不是0时，得时，得到自动补偿。冷端温度补偿器的直流电压应随参考端温到自动补偿。冷端温度补偿器的直流电压应随参考端温度度Tn的变化而变化，并且在补偿温度范围内。的变化而变化，并且在补偿温度范围内。第7章热电式传感器及其应用486. 软件处理法对于智能监测系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。 T0恒定情况：恒定情况：在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。 T0波动情况：波动情况：利用热敏电阻或其它传感器把冷端温度T0输入计算机，按照运算公式设计一些程序以便自动修正。第7章热电式传感器及其应用49四、标准化热电偶四、标准化热电偶标准化热电偶
50、：标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。保证。国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）共推荐了）共推荐了8种标准化热电偶种标准化热电偶：按分度号主要有按分度号主要有S、R、B、N、K、E、J、T等等8种。种。S、R、B属于贵金属热电偶属于贵金属热电偶N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。属于廉金属热电偶。第7章热电式传感器及其应用50标准化热
51、电偶特点比较标准化热电偶特点比较热电偶种类热电偶种类优点优点缺点缺点B适于测量1000以上的高温常温下热电动势极小，可不用补偿导线抗氧化、耐化学腐蚀在中低温领域热电动势小，不能用于600以下灵敏度低热电动势的线性不好R、S精度高、稳定性好，不易劣化抗氧化、耐化学腐蚀可作标准灵敏度低不适用于还原性气氛(尤其是H2、金属蒸气)热电动势的线性不好价格高N热电动势线性好1200以下抗氧化性能良好短程表序结构变化影响小不适用于还原性气氛同贵金属势电偶相比时效变化大K热电动势线性好1000下抗氧化性能良好在廉金属热电偶中稳定性更好不适用于还原性气氛同贵金属热电偶相比时效变化大因短程有序结构变化而产生误差E
52、在现有的热电偶中，灵敏度最高同J型相比，耐热性能良好两极非磁性不适用于还原性气氛热导率低具有微滞后现象J可用于还原性气氛热电动势较K型高20%左右铁正极易生锈热电特性漂移大T热电动势线性好低温特性好产品质量稳定性好可用于还原性气氛使用温度低铜正极易氧化热传导误差大第7章热电式传感器及其应用51五、热电偶应用五、热电偶应用1、数字式温度表、数字式温度表数字式温度表由前置放大、线性化电路、数字式温度表由前置放大、线性化电路、A/D转换器转换器和显示电路部分组成。和显示电路部分组成。非线性校正：硬件校正法、计算机进行软件校正。非线性校正：硬件校正法、计算机进行软件校正。03VA/D转换转换显示显示C
53、PU第7章热电式传感器及其应用522、炉温测量控制系统、炉温测量控制系统温度给定值ADC0809功率放大器8051单片机DAC0832晶闸管调压器晶闸管温度显示电路滤波电路放大电路热电偶加热炉加热炉第7章热电式传感器及其应用53 7.2 7.2 热电阻传感器热电阻传感器第7章热电式传感器及其应用54 热电阻传感器是利用导体的电阻随温度变化热电阻传感器是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。装置。金属热电阻（简称热电阻）金属热电阻（简称热电阻）金属热电阻（简称热电阻）金属热电阻（简称热电阻）半导体热敏电阻（简称热敏电阻）半导
54、体热敏电阻（简称热敏电阻）半导体热敏电阻（简称热敏电阻）半导体热敏电阻（简称热敏电阻）PTCPTCCTRCTRNTCNTC根据阻值和根据阻值和温度的变化温度的变化规律分类规律分类第7章热电式传感器及其应用55一、金属热电阻 1. 1. 1. 1.原理：原理：原理：原理：热电阻效应：热电阻效应：物质的电阻随温度变化而变化的现象。物质的电阻随温度变化而变化的现象。自然界中，大多数纯金属导体的电阻具有随温度变化的自然界中，大多数纯金属导体的电阻具有随温度变化的自然界中，大多数纯金属导体的电阻具有随温度变化的自然界中，大多数纯金属导体的电阻具有随温度变化的特性，其特性方程如下：特性，其特性方程如下：特
55、性，其特性方程如下：特性，其特性方程如下：金属导体在金属导体在t和和0时的电阻值时的电阻值A、B、C是金属导体电阻温度系数，在一定的温是金属导体电阻温度系数，在一定的温度范围内，度范围内，A、B、C可近似地视为一个常数可近似地视为一个常数第7章热电式传感器及其应用56热电阻传感器的优点：热电阻传感器的优点：1.测量精度高；测量精度高；2.有较大的测量范围；有较大的测量范围；3.易于使用在自动测量和远距离测量中。易于使用在自动测量和远距离测量中。4.与热电偶相比，没有参比端的误差问题。与热电偶相比，没有参比端的误差问题。热电阻传感器：根据热电阻效应制成的传感器。热电阻传感器：根据热电阻效应制成的
56、传感器。第7章热电式传感器及其应用572. 常用热电阻目前最常用的热电阻有目前最常用的热电阻有铂热电阻铂热电阻和和铜热电阻铜热电阻。第7章热电式传感器及其应用58(1) 铂热电阻（200650）铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，在温度传感器中得到了广泛应用。铂热电阻的特性方程：铂热电阻的特性方程：Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)-2000温度范围内:0650的温度范围内：Rt=R0(1+At+Bt2)A=3.9710-13/B=-5.8510-7/2C=-4.2210-12/4热电阻在温度热电阻在温度t时的电阻时的电阻值与值与0时的电阻值时的电阻值R0有有关，与温度关
57、，与温度t有关有关第7章热电式传感器及其应用59在实际测量中，只要测得热电阻的阻值Rt，便可从分度表上查出对应的温度值。从铂从铂电阻的特性方程看，热电阻在温度电阻的特性方程看，热电阻在温度t t的阻值与的阻值与R R0 0有关；有关；目前我国规定工业用铂热电阻有目前我国规定工业用铂热电阻有R R0 0=10=10 和和R R0 0=100=100 两种；两种；它们的分度号分别为它们的分度号分别为P Pt10t10和和P Pt100t100，其中其中P Pt100t100最为常用；最为常用；二者都有各自的分度表，即二者都有各自的分度表，即R Rt t与与t t的关系。的关系。第7章热电式传感器及
58、其应用60铂电阻分度表铂电阻分度表第7章热电式传感器及其应用61(2) 铜热电阻应应用：用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150优优点：点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺缺点：点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。第7章热电式传感器及其应用62铜电阻的阻值与温度之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为关系是线性的关系是线性的工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取按国内统一设计取50和和100两种，两种，
59、分度号分别为分度号分别为Cu50和和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。相应的分度表可查阅相关资料。第7章热电式传感器及其应用63铜热电阻的分度表分度号：Cu50 温度/0102030405060708090电阻/050.0050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13第7章热电式传感器及其应用643.3.3.3. 热电阻常见结构：热电阻常见结构：热电阻常见结构：热电阻常见结构：将电阻丝绕在将电阻丝
60、绕在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，上，经过固定，外面再加上保护套管经过固定，外面再加上保护套管第7章热电式传感器及其应用65用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路。4、 热电阻的测量电路 R R2 2R R4 4R R1 1R R3 3E E电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路R Rg gA AC CD DI Ig gB B存在的问题：存在的问题：存在的问题：存在的问题：A.A.A.A.热电阻中流过电流具有加热效应。热电阻中流过电流具有加热效应。热电阻中流过电流具有加热效应。热电阻中流过电流具有加热效应。B.B.B.B.工业用热电阻安装在生产现场，
61、与其安工业用热电阻安装在生产现场，与其安工业用热电阻安装在生产现场，与其安工业用热电阻安装在生产现场，与其安装在控制室的指示仪表之间的引线很长，装在控制室的指示仪表之间的引线很长，装在控制室的指示仪表之间的引线很长，装在控制室的指示仪表之间的引线很长，引线阻值随外界温度变化而变化不能忽略，引线阻值随外界温度变化而变化不能忽略，引线阻值随外界温度变化而变化不能忽略，引线阻值随外界温度变化而变化不能忽略，势必造成较大的测量误差。势必造成较大的测量误差。势必造成较大的测量误差。势必造成较大的测量误差。解决方法：解决方法：解决方法：解决方法： A.A.A.A. 尽量减小流过热电阻的电流尽量减小流过热电
62、阻的电流尽量减小流过热电阻的电流尽量减小流过热电阻的电流( ( ( (小于小于小于小于10mA)10mA)10mA)10mA)。B. B. B. B. 采用三线制和四线制的接法。采用三线制和四线制的接法。采用三线制和四线制的接法。采用三线制和四线制的接法。第7章热电式传感器及其应用66三线制三线制热电阻通过三根导线引入电桥中。其中两根导线分别接热电阻通过三根导线引入电桥中。其中两根导线分别接热电阻通过三根导线引入电桥中。其中两根导线分别接热电阻通过三根导线引入电桥中。其中两根导线分别接到热电阻所在的桥臂与其相邻的桥臂上，另外一根接到公共到热电阻所在的桥臂与其相邻的桥臂上，另外一根接到公共到热电
63、阻所在的桥臂与其相邻的桥臂上，另外一根接到公共到热电阻所在的桥臂与其相邻的桥臂上，另外一根接到公共端。在这种情况下，连接线电阻端。在这种情况下，连接线电阻端。在这种情况下，连接线电阻端。在这种情况下，连接线电阻r r的变化对示数毫无影响。的变化对示数毫无影响。的变化对示数毫无影响。的变化对示数毫无影响。局限性：当局限性：当局限性：当局限性：当R Rt t随温度变化较大时，该方法不能完全消除随温度变化较大时，该方法不能完全消除随温度变化较大时，该方法不能完全消除随温度变化较大时，该方法不能完全消除r r1 1变化对示数的影响。变化对示数的影响。变化对示数的影响。变化对示数的影响。第7章热电式传感
64、器及其应用67四线制四线制调零电位器调零电位器Ra的接触电阻和检流计串联，这样，接的接触电阻和检流计串联，这样，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状态。态。第7章热电式传感器及其应用68二、二、 热敏电阻热敏电阻利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成,由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结优优点：点：(1)热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）(2)电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。(3)结构简单、机械性能好。缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。第7章热电式传感器及其应用691.热敏电阻分类热敏
65、电阻分类l正温度系数（正温度系数（PTC）用途：彩电消磁，各种电器设用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。控制，限流元件。l临界温度系数（临界温度系数（CTR）用途：温度开关用途：温度开关l负温度系数（负温度系数（NTC）应用：点温、表面温度、温差、应用：点温、表面温度、温差、温场等测量、控制及电子线路温场等测量、控制及电子线路的热补偿线路的热补偿线路第7章热电式传感器及其应用702 2、热敏电阻主要特性（仅讨论、热敏电阻主要特性（仅讨论NTCNTC热敏电阻热敏电阻 ）温度特性温度特性B为热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为为
66、2000K6000K，其大小取，其大小取决于热敏电阻的材料决于热敏电阻的材料伏安特性伏安特性稳态情况下，通过热敏电稳态情况下，通过热敏电阻的电流阻的电流I与其两端的电压与其两端的电压U之间的关系称为热敏电阻之间的关系称为热敏电阻的伏安特性的伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时，不足以使之加热，电阻值只当流过热敏电阻的电流很小时，不足以使之加热，电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律，主要用决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律，主要用来测温。来测温。当电流增大到一定值时，流过热敏电阻的电流使温度升高，当电流增大到一定值时，流过热敏电阻的电流使温度升高，出现负阻特性。其所能升高
67、的温度与环境条件出现负阻特性。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度周围介质温度及散热条件及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来它来测量流体速度和介质密度测量流体速度和介质密度。第7章热电式传感器及其应用723 3、热敏电阻结构、热敏电阻结构构成：构成：热敏探头、引线、壳体热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；路获得功率；四端器件：四端
68、器件：旁热式旁热式第7章热电式传感器及其应用734 4、热敏电阻主要参数、热敏电阻主要参数（1）标称阻值标称阻值RH环境温度为环境温度为25时测得的电阻值，又称冷电阻时测得的电阻值，又称冷电阻（2）容量容量C热敏电阻的温度变化热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为所需吸收或释放的热量，单位为J。（3）时间常数时间常数温度为温度为T0的热敏电阻突然置于温度为的热敏电阻突然置于温度为T的介质中，热敏电的介质中，热敏电阻阻值则从阻阻值则从R0变化到（变化到（RT0-RT)80%所需要的时间，称为所需要的时间，称为热敏电阻的时间常数。热敏电阻的时间常数。（4）额定功率）额定功率PE指热敏电阻
69、在规定条件下指热敏电阻在规定条件下,长期连续使用所允许的耗散功长期连续使用所允许的耗散功率，单位为率，单位为W。第7章热电式传感器及其应用74三、三、 热电阻传感器的应用热电阻传感器的应用金属热电阻传感器200+500范围的温度测量特点：精度高、适于测低温。半导体热敏电阻传感器应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。第7章热电式传感器及其应用75热敏电阻用于CPU的温度测量 热敏电阻用于电热水器的温度测量及控制 热敏电阻体温表热敏电阻体温表 第7章热电式传感器及其应用761、大棚智能温度监控系统、大棚智能温度监控系统设计要求：设计要
70、求：传感器器选用：传感器器选用：控制电路设计：控制电路设计：系统设计过程：系统设计过程：第7章热电式传感器及其应用77信信 号号 放放大大 调调 理理电路电路A/DA/D转转换电路换电路时钟时钟电路电路键盘键盘电路电路 AT89S51 AT89S51显示显示电路电路PT100PT100温室温室大棚大棚降温降温设备设备第7章热电式传感器及其应用782、汽车用水温传感器及水温表、汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻第7章热电式传感器及其应用793、功率晶体管的保护电路、功率晶体管的保护电路正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻RT接在晶体管的基极电路，若接在晶体管的基极电路，若功率晶体管功率晶
71、体管VT2异常发热，当温度传到异常发热，当温度传到RT后，后，RT的阻的阻值增大，基极电流就减小，从而抑制值增大，基极电流就减小，从而抑制VT2的集电极电的集电极电流增大，流增大，VT2得到保护得到保护第7章热电式传感器及其应用80利用半导体PN结的电流电压与温度有关的特性。优点：优点：输出线性好、测量精度高,传感驱动电路、信号处理电路等都与温度传感部分集成在一起,封装后的组件体积小,使用方便,价格便宜。7.3集成温度传感器电压型电压型IC温度传感器；温度传感器；电流型电流型IC温度传感器，温度传感器，数字输出型数字输出型IC温度传感器。温度传感器。第7章热电式传感器及其应用81一、电压输出型
72、集成温度传感器AN6701S是日本松下公司生产的电压输出型集成温度传感器，它有四个引脚，三种连线方式三种连线方式：(a)正电源供电，(b)负电源供电，(c)输出极性颠倒。电阻RC用来调整25下的输出电压，使其等于5V，RC的阻值在330k范围内。这时灵敏度可达109110mV/，在-1080范围内基本误差不1。输出AN6701(a)1243RC515VAN6701输出(c)10kRC3124515V-+100k10k100kAN6701(b)213输出4515VRC第7章热电式传感器及其应用82输出电压/V02468101220020406080RC=100kRC=10kRC=1k温度/CAN
73、6701S的输入特性在-1080范围内，RC的值与输出特性的关系如下图。AN6701S有很好的线性，非线性误差不超过0.5%。若在25时借助RC将输出电压调整到5V，则RC的值约在330k间，相应的灵敏度为109110mV/。校准后，在-1080范围内，基本误差不超过1。这种集成传感器在静止空气中的时间常数为24s，在流动空气中为11s。电源电压在515V间变化，所引起的测温误差一般不超过2。整个集成电路的电流值一般为0.4mA，最大不超过0.8mA（RL=时）。第7章热电式传感器及其应用83二、电流型温度传感器AD590工作电压：4V30V，I 为一恒流值输出，IT，即I =KTTKT标定因
74、子，AD590的标定因子为1A/4V30V0I/AU/VAD590伏安特性曲线-55+25+150218298423第7章热电式传感器及其应用84550150273.2AI/ATC /CAD590温度特性曲线温度特性曲线函数:I=KTTc273.2Tc摄氏温度；I 的单位为A。可见，当温度为0时，输出电流为273.2A。在常温25时，标定输出电流为298.2A。第7章热电式传感器及其应用85温度控制温度测量第7章热电式传感器及其应用86第7章热电式传感器及其应用87多点温度测量第7章热电式传感器及其应用88美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器DS1820，可把温度信号直接转换成串行数
75、字信号供微机处理。三、数字输出型IC温度传感器DS1820DS1820的特性的特性u单线接口：仅需一根口线与MCU连接；u无需外围元件；u由总线提供电源；u测温范围为-55125，精度为0.5；u九位温度读数；uA/D变换时间为200ms；u用户可任意设置温度上、下限报警值，且能够识别具体报警传感器。第7章热电式传感器及其应用89DS1820123GNDI/O VDD(a)PR35封装DS1820的管脚排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封装NCNCNCNCVDDNC第7章热电式传感器及其应用90采用寄生电容供电的温度检测系统89C51DS1820DS1820DS1820
76、P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作输出口用，相当于TxP1.2作输入口用，相当于Rx第7章热电式传感器及其应用917.4热辐射温度传感器热辐射温度传感器第7章热电式传感器及其应用92非接触式温度测量则是根据物体辐射温度的测量原理实现的。 在生物医学测量中应用范围非常广泛。例如医用红外热像仪, 它可用于人体多个部位(头部、颈部、心血管、脊椎、四肢血管、乳腺、前列腺、胃肠道等) 和多种疾病(疼痛, 乳腺癌、肺肝癌、胰腺癌、血管瘤等肿瘤, 烧伤、放射线灼伤等) 的诊断。第7章热电式传感器及其应用93一热辐射温度检测原理只要温度高于绝对零度，物体都有一定波长的电磁辐射，或者说
77、能量辐射，热量辐射等。辐射温度检测就是基于这个原理实现非接触式温度测量。二. 热辐射探测器 热辐射探测器有不同种类，采用晶体，陶瓷和半导体等材料作感应元件。工作波长在0.1m20m的红外光区域，也称为红外探测器。第7章热电式传感器及其应用94热辐射测量仪的构成原理热辐射测量仪的构成原理由光学系统，斩波器，红外探测器，放大器等组成测量系统， 测量系统获取红外信号。 为斩波器提供脉冲信号的脉冲发生器，工作脉冲频率1.2Hz。 获取斩波器表面温度的基准温度测量，采用热敏传感器测量温度。第7章热电式传感器及其应用95热辐射探测器只能检测温度差，不能直接测量物体的温度，采用斩波器后，热辐射探测器接收的信
78、号就是被测物体与斩波器表面的温度差， 每个周期T内，A/D转换器采样两次，第一次为t1时间间隔，A/D转换器采样物体辐射信号。第二次为t4时间间隔，A/D转换器采样斩波器表面的温度。第7章热电式传感器及其应用96采样各信号送计算机处理，计算机考虑不同物体具有不同辐射率，修正计算以便得到精确的结果。 辐射率,例如水为0.95,人体皮肤为0.98，石英玻璃为0.75,塑料为0.95等。 红外辐射探测应用于各类辐射计、光谱仪及红外和热成像方面。医疗仪器中用于非接触测温和热像图仪器方面。热像图法适用于诊断乳腺癌、皮肤癌、甲状腺癌、末梢血管闭塞或狭窄等各种疾病。由于它实现非接触温度测量和热成像，所以具有
79、广阔的应用前景。第7章热电式传感器及其应用97医用红外热像仪一般由：镜头、红外探测器、医用红外热像仪一般由：镜头、红外探测器、信号处理单元和显示部分组成信号处理单元和显示部分组成只要温度高于绝对零度，物体都由一定波长的只要温度高于绝对零度，物体都由一定波长的电磁波辐射，热辐射温度检测就是基于这个原电磁波辐射，热辐射温度检测就是基于这个原理实现温度测量的。理实现温度测量的。第7章热电式传感器及其应用98红外热图红外热图正常人头部远红外热图正常的人体上部远红外热像，锁骨处及淋巴处代谢旺盛，出现正常均匀的热区，两乳正常温度微低第7章热电式传感器及其应用99红外热图红外热图正常人体的腹部，两侧温度分布
80、基本对称，脐部为正常的热区，脂肪厚的地方温度较低，两乳为正常微冷区正常人的腿部，双腿基本对称，双足由于负重过久而血流不畅，导致低温。第7章热电式传感器及其应用100红外热图红外热图在乳腺早期癌变在乳腺早期癌变尚未形成明显的肿块时，尚未形成明显的肿块时，其局部组织即会其局部组织即会产生相应的变化，如局部血管增生、扩张、迂曲（热图显产生相应的变化，如局部血管增生、扩张、迂曲（热图显示为血管倒粗或环状和网状血管），局部组织代谢旺盛，示为血管倒粗或环状和网状血管），局部组织代谢旺盛，其温度即可升高。箭头处即为乳腺癌区。其温度即可升高。箭头处即为乳腺癌区。第7章热电式传感器及其应用101红外热图红外热图
81、左乳确诊乳腺癌，远红外热像显示，血管明显增粗、代谢旺盛。整体温度明显高于右乳。乳窝处的热区为正常的升温。第7章热电式传感器及其应用102红外热图红外热图静脉曲张患者的腿部远红外热像，血管明显增温、增粗，箭头所指处尤为明显。第7章热电式传感器及其应用103红外热图红外热图脉管炎患者的腿部远红外热像图，患腿由于血管疾病而血流不畅，导致低温。第7章热电式传感器及其应用104红外热图红外热图静脉炎是静脉血管发炎，热图表现为局部热区明显扩大。脉管炎是中小动脉血管壁发炎引起的肢端发凉，坏疽，从热图反应手足部及前下肢温度偏低。第7章热电式传感器及其应用105红外热图红外热图左膝关节软组织炎。热图显示左膝关节
82、局部团状增温（箭头所示），温差0.71.2不等。第7章热电式传感器及其应用106红外热图红外热图某些糖尿病患者会出现一种称之为“糖尿病足”的并发症。它的病理变化是糖尿病后期全身性血管狭窄，尤其以下肢血管狭窄为甚，血管明显减少，致使局部组织缺血缺氧，最后发展为不可逆的组织坏死，不得不进行外科截肢手术。第7章热电式传感器及其应用107红外热图红外热图雷诺氏病，双手缺血，温度较正常温度低23。手指与手背温差梯度较大。手指平均温度较手背平均低23。第7章热电式传感器及其应用108红外热图红外热图雷诺氏病，双手弥漫性高温充血，手指的平均温度较手背温度高23度。手指与手背温度呈异常的反相性热图像分布。第7
83、章热电式传感器及其应用109红外热图红外热图腱鞘炎，热图显示：右手第五掌骨病灶区温度增高，范围局限，温差0.81.2。第7章热电式传感器及其应用110红外热图红外热图脑血栓患者的远红外热图，该患者热像检查显示：左颈动脉的分支颞浅动脉、上颌动脉面动脉所分布区域（前额区、两侧区、面颊级口周）均呈低温缺血状，提示左颈动脉附壁血栓形成。第7章热电式传感器及其应用111红外热图红外热图强直性脊柱炎（AS)患者的脊背热像图，以后正中线的棘突为中心的自颈背至腰骶部的异常热区，如同一条彩带。第7章热电式传感器及其应用112红外热图红外热图腰肌劳损，腰椎体两旁韧带呈条索状增温，病变范围局限（箭头所示），温差在0
84、.71.0。第7章热电式传感器及其应用113红外热图红外热图颈椎病热图，能显示出相应骨赘压迫椎动脉，即椎间盘变性变薄后椎动脉发生弯曲致局部血流量减少（呈低温区）或骨赘刺激交感纤维或星状神经节，引起椎动脉收缩，呈局部供血不足，并致其所辖部位营养障碍。第7章热电式传感器及其应用114基本临床应用基本临床应用静脉摄影结合常规的摄影技术红外摄影方法可以显示出静脉曲张的特征性异常表现。它表现为在正常小腿上能见到比较细直的分枝，形成多边形的网状结构。在静脉曲张病例中，常见到蜿蜒弯曲的分枝增粗成静脉小岛，它在红外照片中清楚地显示出来，而用普通摄影或肉限是看不出来的。第7章热电式传感器及其应用115基本临床应
85、用基本临床应用血液循环的研究利用红外照片来记录乳房和腹部浅表静脉的图形和大小变化，可以研究血液运行状况。例如，初产妇和多产妇在妊娠时，红外照片上的血流状况是不一样的。由于血液中各种成分对红外光的吸收作用不同，可作临床疾病的更深入研究。肾上腺索对正常人和高血压病人有影响，这可从指甲的红外照片上反映出来。此外，红外照片还可探索结核菌素和其它皮肤试验的反应。第7章热电式传感器及其应用116基本临床应用基本临床应用透照技术采用黑白和彩色红外透照技术检查儿童头颅疾病，不仅毫无痛苦，而且比脑室造影检查安全。其中彩色红外透照方法特别有价值。因为它可以同时把可见光和红外光的透射部分记录下来，而且在照片上显示出
86、重要的颜色差别。用这种方法可以将脑积水与更为严重的脑内积水加以监别。第7章热电式传感器及其应用117基本临床应用基本临床应用肝病理学红外摄影对肝硬化的诊断有很大帮助，它可以把肝硬化与肝癌等区别出来。早期的肝硬化，没有明显的侧支循环而晚期的肝病中有非常清晰的分枝静脉图像，成为肝硬化病症的特征。肿瘤的研究应用红外摄影技术常可以发现肿瘤。生长在体表上或接近体表的早期恶性肿瘤，其周围会有血管增多或异常条纹，它表示了肿瘤血液的供给有不同程度的增加。这可作为确定有否恶性瘤的辅助手段。第7章热电式传感器及其应用118红外热图诊断方法红外热图诊断方法代谢旺盛、血液循环丰富的疾病：炎症、肿瘤等可出现较高温的热图
87、，恶性肿瘤转移和可能发生转移的新部位热图，异常的高温区常高于临界部0.7以上并可见多处点、团状热图像，劳损等可出现低于急性炎症的热图；代谢循环功能低下，局部缺血的热图如：栓塞、微循环下降、积液、其局部血液循环破坏后则表现为明显的低温热图。第7章热电式传感器及其应用119红外热图分析红外热图分析统一的特定温度条件下：20对称部位比较全身综合分析生理解剖系统分析结合主述、病史、查体、特殊检查综合判定自身相比较、与他人相比较第7章热电式传感器及其应用120红外热图诊断标准红外热图诊断标准（室温在（室温在2020左右）左右）炎症：患部温度比周围正常组织增高0.50.7。溃疡：患部温度比周围正常组织增高
88、0.71.0。癌变：患部温度比周围正常组织增高1.0。低温区：病变区域与健侧相比温差-0.2高温区：1.2常温区：双锁骨上、头、下腰、后颈背部、手、双液下、肘窝、双髂腹股沟（人体表浅血管和散热多的部位一般会出现较健侧高的热区）血管影像：增粗、中断、团状（瘤）、扭曲（压迫）、卫星影像（恶性瘤）区表现形式：片状、条状（强直性脊状炎）、带状、次热区、点状、不规则。第7章热电式传感器及其应用121红外热图诊断标准红外热图诊断标准正常热图（靠大量实践:年轻、年老功能判定）：指人体组织双侧对比温度基本相等，温差小于0.2，血管影像清晰、双侧对称。良性热图（低温差热图）：指患病处与0.20.7之间，患侧血管
89、影像稍增粗,但双侧对称。异常热图（多样性）：指患病处与对侧相应部位正常组织相比较，温差范围在0.81.2之间，患侧血管影像明显增粗，增多、但仍对称。该热图疑恶变，嘱病人随诊。恶性热图（高温差热图）：指患病处与对侧相应部位正常组织相比较，其温差大于1.2以上，血管影像增粗，中断、成团、扭曲等，双侧明显不对称。第7章热电式传感器及其应用122小结小结热电偶传感器热电偶传感器热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻热敏电阻传感器传感器第7章热电式传感器及其应用123例1用S型热电偶测量某一温度，若参考端温度T0=30，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。查分度表有查分度表有E（30，
90、0）=0.173mV反查分度表有反查分度表有T=830，测量端实际温度为，测量端实际温度为830解：解：第7章热电式传感器及其应用124例例2采用镍铬采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800，冷端温度为，冷端温度为50。为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为20。首先由镍铬首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0，热端温度分别为，热端温度分别为800、50、20时的热电动势：时的热
91、电动势：E(800，0)33.277mV；第7章热电式传感器及其应用125如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为体定律，输入仪表的热电动势为：E(50，0)2.022mV；E(20，0)=0.798mV。E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV查分度表知，对应查分度表知，对应31.255mV的温度是的温度是751。与炉内真。与炉内真实温度相差实温度相差49。第7章热电式传感器及其应用126如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热如果在热电
92、偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热电极延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为电极延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV查分度表知，对应查分度表知，对应32.479mV的温度是的温度是781，与炉内真，与炉内真实温度相差实温度相差19。第7章热电式传感器及其应用127例例3用镍铬用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为热电动势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为。再用温度计测出环境温度为30(且恒定且恒定)，求池水的真实温度。，求池水的真实温度。解：由镍铬解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出镍硅热电偶分度表查出E E(30(30，0)=1.203mV0)=1.203mVE(T，0)= E(T，30)+E(30，0)=2.436mV+1.203mV=3.639mV所以：所以：查分度表知其对应的实际温度为查分度表知其对应的实际温度为T=88。即池水的真实。即池水的真实温度是温度是88。
