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1、4.8 4.8 热电式传感器热电式传感器将温度变化转换为电量变化的装置。将温度变化转换为电量变化的装置。最常用的热电式传感器：最常用的热电式传感器：将温度转换为电势的变化热电偶将温度转换为电势的变化热电偶将温度转换为电阻的变化热电阻将温度转换为电阻的变化热电阻1传感器技术热电式传感器1. 热电偶测温原理热电偶测温原理热电效应热电效应TT0AB热端（工作端）冷端（自由端）两两种种不不同同的的导导体体( (或或半半导导体体)A)A和和B B组组合合成成如如图图所所示示闭闭合合回回路路，若若导导体体A A和和B B的的两两个个连连接接点点处处温温度度不不同同（设设T TT T0 0），则则在在此此闭
2、闭合合回回路路中中就就有有电电流流产产生生，也也就就是是说说回回路路中中有有电电动动势势存存在在，该该电电动动势势的的方方向向和和大大小小与与导导体体的的材材料料及及两两接接点点的的温温度度有有关关。这这种种现现象象叫叫做做热热电电效效应应。两两种种导导体体组组成成的的回回路路称称为为“热热电电偶偶”，这两种导体称为这两种导体称为“热电极热电极”，产生的电动势则称为，产生的电动势则称为“热电势热电势”。这种现象早在这种现象早在18211821年首先由塞贝克（年首先由塞贝克（SeeSeebackback）发现）发现, ,所以又称所以又称塞贝克塞贝克效应。效应。4.8.1 4.8.1 热电偶热电偶
3、2传感器技术热电式传感器热热电电动动势势由由两两部部分分电电动动势势组组成成，一一部部分分是是两两种种导导体体的的接接触触电电势势，另另一一部部分分是单一导体的温差电势。是单一导体的温差电势。热电偶原理图TT0AB接触电势接触电势接触电势接触电势温差电势温差电势温差电势温差电势热电势热电势热电势热电势 E EABAB( ( ( ( T,TT,T0 0 ) ) ) )3传感器技术热电式传感器（1 1 1 1 ）接触电势）接触电势）接触电势）接触电势所所有有金金属属中中都都有有大大量量自自由由电电子子，而而不不同同的的金金属属材材料料其其自自由由电电子子密密度度不不同同。当当两两种种不不同同的的金
4、金属属导导体体接接触触时时，若若金金属属A A的的自自由由电电子子密密度度大大于于金金属属B B的的 ，则则在在同同一一瞬瞬间间由由A A扩扩散散到到B B的的电电子子将将比比由由B B扩扩散散到到A A的的电电子子多多，因因而而A A对对于于B B因因失失去去电电子子而而带带正正电电，B B获获得得电电子子而而带带负负电电，在在接接触触处处便便产产生生电电场场。A A、B B之之间间便便产产生生了了一一定定的的接接触触电动势。电动势。接触电势原理图+ABTEAB(T)-4传感器技术热电式传感器接接触触电电势势的的大大小小与与两两种种金金属属的的材材料料、接接点点的的温温度度有有关关，与与导导
5、体体的的直径、长度及几何形状无关。直径、长度及几何形状无关。 对于温度为对于温度为T T的接点，有下列接触电动势公式：的接点，有下列接触电动势公式：上上式式说说明明接接触触电电动动势势的的大大小小与与接接点点温温度度的的高高低低及及导导体体中中的的电电子子密密度有关。度有关。 EAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷，e=1.610-19C；K波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K；nA、nB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。5传感器技术热电式传感器对对于于任任何何一一种种导导体体，当当其其两两端端温温度度不不同同时时，两两端端的的自自由由电电子子浓浓度度也也
6、不不同同，温温度度高高的的一一端端浓浓度度大大，具具有有较较大大的的动动能能；温温度度低低的的一一端端浓浓度度小小，动动能能也也小小。因因此此高高温温端端的的自自由由电电子子要要向向低低温温端端扩扩散散，高高温温端端因因失失去去电电子子而而带带正正电电，低低温温端端得得到到电电子子而而带带负负电电，形形成成温温差差电电动动势势，又称汤姆森电动势。又称汤姆森电动势。（2 2 2 2）温差电势）温差电势）温差电势）温差电势AEA(T,To)ToT温差电势原理图6传感器技术热电式传感器温温差差电电动动势势的的大大小小取取决决于于导导体体的的材材料料及及两两端端的的温温度度。导导体体A A两两端端的的
7、温温差电动势可用下式表示：差电动势可用下式表示：E E E EA A A A（T T T T，T T T T0 0 0 0）导体导体导体导体A A A A两端温度分别为两端温度分别为两端温度分别为两端温度分别为T T T T、T T T T0 0 0 0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T T T T、T T T T0 0 0 0高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度； 汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A A A A两端的温度差为两端的温度差为两端的温度
8、差为两端的温度差为1111时所产生的温差电动势。时所产生的温差电动势。时所产生的温差电动势。时所产生的温差电动势。 其大小与材料和温度有关其大小与材料和温度有关其大小与材料和温度有关其大小与材料和温度有关同样导体同样导体B B两端的温差电动势如下式所示：两端的温差电动势如下式所示： 7传感器技术热电式传感器由由导导体体材材料料A、B组组成成的的闭闭合合回回路路，其其接接点点温温度度分分别别为为T、T0,如如果果TT0，nAnB 则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB
9、（3 3 3 3） 回路总电势回路总电势回路总电势回路总电势8传感器技术热电式传感器由此可以得出以下结论：由此可以得出以下结论：如如果果热热电电偶偶两两电电极极材材料料相相同同，即即，即即使使两两端端温温度度不不同同，但但闭闭合合回回路路的的总总电电势势仍仍为为0，因因此此热热电电偶必须用两种不同材料作热电极；偶必须用两种不同材料作热电极；如如果果热热电电偶偶两两电电极极材材料料不不同同，而而热热电电偶偶两两端端的的温温度度相相同同，即即，闭合回路中也不产生热电势。，闭合回路中也不产生热电势。热热电电偶偶回回路路的的热热电电动动势势只只与与组组成成热热电电偶偶的的材材料料及及两两端端接接点的温
10、度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。9传感器技术热电式传感器由由于于在在金金属属中中自自由由电电子子数数目目很很多多，温温度度对对自自由由电电子子密密度度的的影影响响很很小小，故故温温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。并通常使并通常使为常数，即为常数，即这这样样回回路路总总热热电电势势就就是是温温度度的的单单值值函函数数，这这给给工工程程中中热热电电偶偶测量温度带来极大方便
11、。测量温度带来极大方便。并并通通常常令令，然然后后在在不不同同的的测测量量端端温温度度下下精精确确地地测测量量出出回回路路中中的的总总热热电电势势，并并将将所所测测的的结结果果绘绘制制成成曲曲线线或或表表格格，以以供供在使用时查阅。在使用时查阅。10传感器技术热电式传感器11传感器技术热电式传感器为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？12传感器技术热电式传感器（1 1）中间导体定律）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变，即中间导体对回路总
12、电势没有影响。则回路中总的热电动势不变，即中间导体对回路总电势没有影响。T0T0BTAC右图回路中的总电动势为：如果回路中三个接点的温度都相同，即TT0，则回路总电动势必为零，即：即则2. 热电偶基本定理热电偶基本定理13传感器技术热电式传感器如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：T1CT0T1TBA而所以由以上分析可见，在利用热电偶测温时，一定要尽量保证接入的导线和仪表由以上分析可见，在利用热电偶测温时，一定要尽量保证接入的导线和仪表在其两接入端点温度相同，否则测试结果不准确。在其两接入端点温度相同，否则测试结果不准确。同时利用这个定则还可以使用开路热电偶测量液态金属和金属壁面的
13、温度。同时利用这个定则还可以使用开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度。14传感器技术热电式传感器在炼钢厂中有时直接将廉价热电极(易耗品，例如镍铬-镍硅热偶丝，时间稍长即熔化)插入钢水中测量钢水温度，如图所示：试说明1)为什么不必将工作端焊在一起?2)要满足哪些条件才不影响测量精度?采用上述方法是利用了热电偶什么定律？3)如果检测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？为什么？15传感器技术热电式传感器 用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度示，当热电偶具有相同的参考端温度t t0 0时，问在壁温时，问在壁温相等的两种情
14、况下，仪表的示值是否一样？为什么相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？16传感器技术热电式传感器（2 2）中间温度定律）中间温度定律如如果果不不同同的的两两种种导导体体材材料料组组成成热热电电偶偶回回路路,其其接接点点温温度度分分别别为为T、T0时时,则则其其热热电电势势EAB(T,T0)等等于于该该热热电电偶偶在在接接点点温温度度为为(T,Tm)和和(Tm,T0)时时相相应应的的热热电电势势的代数和。的代数和。BA Tm T T0 AB Tm17传感器技术热电式传感器证明：BA Tm T T0 AB Tm即：即该定则为使用分度表奠定了理论基础。实际中利用热电偶测温时，常常参考端不为0
15、C，可以利用此定律进行修正。18传感器技术热电式传感器即该定则为使用分度表奠定了理论基础。热电偶分度表表达的是在参考端温度为0C时，热端温度与热电势之间的对应关系，并以表格的形式加以表示。例题：用镍铬镍硅（K型）热电偶测量某一温度时，若冷端（参考端）温度，测得的热电势为，求测量端实际温度19传感器技术热电式传感器20传感器技术热电式传感器（3 3） 标准（参考）电极定律标准（参考）电极定律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动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。T T0 0T TE EABAB( (T T, ,T T0 0) )A AB BT T0 0T
16、 TE EACAC( (T T, ,T T0 0) )A AC CT T0 0T TE EBCBC( (T T, ,T T0 0) )B BC C21传感器技术热电式传感器两式相减得：根据中间导体定则可知：22传感器技术热电式传感器由由此此可可见见，当当任任一一电电极极B,C,与与一一标标准准电电极极A组组成成的的热热电电偶偶所所产产生生的的热热电电势势为为已已知知时时，就就可可以以利利用用上上述述定定律律求求出出这这些些电电极极任任意意组组合合而而成成热热电电偶偶时的热电势。时的热电势。由由于于纯纯铂铂丝丝的的物物理理化化学学性性能能稳稳定定，溶溶点点教教高高，易易提提纯纯，所所以以在在工工
17、程程上上常常用作标准电极。用作标准电极。代入前式可得：23传感器技术热电式传感器3. 常用热电偶及其结构、特点常用热电偶及其结构、特点工程上实用的热电偶应该线性度好、稳定性好、互换性好、响应快，以及便于加工。国际电工委员会共推荐了8种标准化热电偶。所谓标准化是指工艺上比较成熟，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件中的热电偶。从1988年1月1日起，我国热电偶和热电阻的生产全部按国际电工委员会（IEC）的标准，并指定S、B、E、K、R、J、T（分度号）七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。但其中的R型（铂铑13-铂）热电偶，因其温度范围与S型（铂铑10-铂）
18、重合,我国没有生产和使用。24传感器技术热电式传感器几种常用热电偶的测温范围及特点几种常用热电偶的测温范围及特点分度分度号号 名称名称 测量温度范测量温度范围围 特点特点E镍铬铜镍40800C优点：适用于还原气氛中，灵敏度高，价格低缺点：使用温度区窄，易氧化，高温有滞后现象K镍铬镍硅-401000C优点：线性度好，适于氧化性气体，耐金属蒸汽，价格低缺点：略有滞后现象，高温还原气氛中易腐蚀S铂铑10铂01400C优点：稳定性好，可做标准电极，可在氧化性和中性介质中使用缺点：铂分子易挥发而变质，热电势小，成本高B铂铑30铂铑63001700C优点：可长期应用于1600C以上高温，适合于氧化及中性介
19、质中使用缺点：常温时热电势小，价格高25传感器技术热电式传感器标准化热电偶热电势和温度的关系26传感器技术热电式传感器27传感器技术热电式传感器普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰28传感器技术热电式传感器接线盒引出线套管引出线套管热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管普通装配型热电普通装配型热电偶的结构放大图偶的结构放大图固定螺纹（出厂时用固定螺纹（出厂时用塑料包裹）塑料包裹）29传感器技术热电式传感器铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护保护套管（铠体）套
20、管（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面30传感器技术热电式传感器铠装型热电偶铠装型热电偶 铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。 铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。31传感器技术热电式传感器薄膜型热电偶薄膜型热电偶用用真真空空蒸蒸
21、镀镀、化化学学涂涂层层等等方方法法将将热热电电偶偶材材料料蒸蒸镀镀到到绝绝缘缘基基板板上上面面制制成成。其其本本身身热热容容量量小小，动动态态响响应应快快，故故适适合合于于测测量微小面积和瞬时变化的温度。量微小面积和瞬时变化的温度。32传感器技术热电式传感器 热电偶的特点热电偶的特点 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。 因为它的输出信号为电动势，因此测量时，可不要外加电源。输出灵敏度一般为VV，室温下的典型输出电压为毫伏数量级。 测量范围广，可从26926918001800。 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。 便于远距
22、离测量、自动记录及多点测量。 33传感器技术热电式传感器4. 热电偶参考端（冷端）的补偿热电偶参考端（冷端）的补偿原因：原因：l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会为依据，否则会产生误差。产生误差。为了准确获得稳定的冷端温度，必须对其进行一定的修正或补偿。为了准确获得稳定的冷端温度，必须对其进行一定的修正或补偿。方法方法u冷端恒温法
23、冷端恒温法u热电偶导线补偿法热电偶导线补偿法u参考端温度自动补偿法参考端温度自动补偿法34传感器技术热电式传感器（1 1） 冷端恒温法冷端恒温法把把热热电电偶偶的的两两个个冷冷端端分分别别插插入入盛盛有有绝绝缘缘油油的的试试管管中中，然然后后放放入入装装有有冰冰水水混混合合物物的的容容器器中中，使使T0=0。也也称称为为冰冰点点槽槽法法。这这是是一一种种精精度度很很高高的的冷端温度处理方法，适合于实验室中的精密测量和检定热电偶时使用。冷端温度处理方法，适合于实验室中的精密测量和检定热电偶时使用。由由于于半半导导体体制制冷冷技技术术和和精精密密控控温温技技术术的的发发展展，目目前前我我国国已已研
24、研制制出出电电子子式式冰冰点点恒恒温温装装置置，它它使使参参考考端端保保持持在在00，稳稳定定性性在在正正负负0.050.05以以内内，体体积小，操作简单，使用方便。积小，操作简单，使用方便。35传感器技术热电式传感器在在实实际际生生产产中中冷冷端端测测度度往往往往不不是是0C，而而是是某某一一恒恒值值温温度度Tm，这这就就引引起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。例例如如，某某设设备备其其冷冷端端温温度度为为Tm，这这时时测测得得的的热热电电势势为为EAB(T，Tm)。为求得实际为求得实际T的温度，可利用下式进行修正，即的温度，可利用下式进行修正
25、，即由由此此可可知知，冷冷端端温温度度的的修修正正方方法法是是把把测测得得的的热热电电势势E EABAB(T (T，T Tmm) ) ，加加上上热热端端为为T Tmm ，冷冷端端为为00C时时的的热热电电偶偶的的热热电电势势E EABAB(T (Tmm，0) 0) ，才能得到实际温度下的热电势才能得到实际温度下的热电势E EABAB(T (T，0) 0) 。36传感器技术热电式传感器（2 2） 热电偶导线补偿热电偶导线补偿利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所。利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所。根根据据中中间间温温度度定定律律，只只要要热热电电偶偶的的两两个个热热电电
26、极极分分别别与与两两补补偿偿导导线线的的接接点点温温度度一致，就不会影响热电动势的输出。一致，就不会影响热电动势的输出。热热电电偶偶补补偿偿导导线线是是在在一一定定温温度度范范围围内内（0 0100100或或0 0200200） ，与与配配用用热热电电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线。偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线。37传感器技术热电式传感器按照补偿原理分为延长型和补偿型两种补偿导线延长型延长型选用的导体或半导体线状材料的名义化学成分及热电势标称值选用的导体或半导体线状材料的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，即材料特性与热电极相同，用字母与配用的热电偶相同
27、，即材料特性与热电极相同，用字母X附加在分度附加在分度号后面表示，如号后面表示，如KX表示与表示与K型热电偶配用的延长型补偿导线；型热电偶配用的延长型补偿导线；补偿型补偿型选用的导体或半导体线状材料的名义化学成分与配用的热电偶选用的导体或半导体线状材料的名义化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在不同，但其热电势值在100以下时与配用的热电偶的热电势标称值相以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，即材料特性与热电极相近，用字母同，即材料特性与热电极相近，用字母C附加在热电偶分度号后表示，附加在热电偶分度号后表示，如如KC表示与表示与K型热电偶配用的补偿型补偿导线。型热电偶配用的补偿型补偿导线
28、。38传感器技术热电式传感器（3 3） 参考端参考端( (冷端冷端) )温度自动补偿法（电桥补偿法）温度自动补偿法（电桥补偿法）工工业业中中，常常采采用用参参考考端端温温度度自自动动补补偿偿法法，这这种种方方法法就就是是在在热热电电偶偶和和测测量量仪仪表表之间增加一个不平衡直流电桥（也称为温度补偿器）。之间增加一个不平衡直流电桥（也称为温度补偿器）。冷端补偿器的作用冷端补偿器的作用注注意意：桥桥臂臂RCu必必须须和和热热电电偶偶的的冷冷端端靠靠近近，使使处处于于同同一一温温度度之之下。下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+- -abUUabRCuR1R2R3R39传感器技术热电式传感器利
29、用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在20下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。T0EAB(T,T0)Rcu Uab为负，回路总电压增大；反之亦然冷端补偿器的作用注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。
30、40传感器技术热电式传感器3.用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为30(且恒定)，求池水的真实温度。2已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度t800，冷端温度t025，求E(t，to)是多少毫伏?1.利用热电偶测温必须具备哪两个条件?作 业41传感器技术热电式传感器42传感器技术热电式传感器4.8.2 4.8.2 热电阻热电阻热热电电阻阻传传感感器器是是利利用用导导体体或或半半导导体体的的电电阻阻值值随随温温度度变变化化而而变变化化的原理进行测温的。这种现象称为热阻效应。的原理进行测温的。这种现象称为热阻效应。根据热电阻材料的不同分为：
31、根据热电阻材料的不同分为： 金属热电阻通常简称为热电阻；金属热电阻通常简称为热电阻； 半导体热电阻通常简称为热敏电阻。半导体热电阻通常简称为热敏电阻。热电阻测温的优点是信号可以远传、灵敏度高、无需参比温度；热电阻测温的优点是信号可以远传、灵敏度高、无需参比温度；缺点是需要电源激励、有自热现象会影响测量精度。缺点是需要电源激励、有自热现象会影响测量精度。43传感器技术热电式传感器取一只取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态灯泡，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阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484 。
32、44传感器技术热电式传感器金属热电阻金属热电阻材料的选择：n选择电阻随温度变化成单值连续关系的材料，最好是呈线性或平滑特性，这一特性可以用分度公式和分度表描述。n有尽可能大的电阻温度系数。电阻温度系数一般表示为在某一温度间隔内，温度变化1 1 时的电阻相对变化量，单位为1/1/。n有较大的电阻率，以便制成小尺寸元件，较小测温热惯性。n测温范围内物理化学性能稳定。n复现性好、易于得到高纯物质，价格便宜等。工业热电阻：热电阻材料主要是铂、铜、镍、铟、锰等。用的最多的是铂和铜。n铂热电阻Pt10Pt10、Pt100Pt100n铜热电阻G G（R R5353欧）、Cu50Cu50、Cu100Cu100
33、应用于应用于应用于应用于-200800-200800-200800-200800范围内的温度测量范围内的温度测量范围内的温度测量范围内的温度测量 45传感器技术热电式传感器11）铂电阻铂电阻的电阻体是用直径为0.02mm0.02mm0.07mm0.07mm的铂丝，按一定规律绕在云母、石英或陶瓷支架上而制成的。铂丝绕阻的端头与银线相焊，并套以瓷管加以绝缘保护。铂电阻主要用于制成标准电阻温度计, ,其测量范围一般为-200-200650650。当温度t t为00650650时，当温度t t为-200-20000范围内式中：A A、B B、C C常数；铂铂容容易易提提纯纯，其其物物理理、化化学学性性
34、能能在在高高温温和和氧氧化化性性介介质质中中很很稳稳定定, ,且且测测量量精精度度高高，所所以以它它能能用用作作工工业业测测温温元元件件和和作作为为温温度度标标准准。按按国国际际温温标标IPTS-68IPTS-68规规定定，在在-259.34630.73-259.34630.73温域内，以铂电阻温度计作基准器。温域内，以铂电阻温度计作基准器。查分度表得相应温度值。一般采用小电流工作方式。查分度表得相应温度值。一般采用小电流工作方式。46传感器技术热电式传感器22）铜电阻铜电阻的电阻体是一个铜丝绕组，绕组是由0.1mm0.1mm直径的漆包绝缘铜丝分层双向绕在圆形骨架上。为了防止松散，整个元件要经
35、过酚醛树脂浸渍后，在温度为120120的烘箱内保持2424小时，然后自然冷却至常温才能使用。在-50-50150150的温度范围内，铜电阻阻值与温度关系几乎是线性的，可用下式近似表示式中温度为时的电阻值；温度为时的电阻值；铜电阻温度系数，。铜热电阻国家标准的R R0 0有100100、5050、5353等几种。在在-50-50150150范范围围内内，铜铜电电阻阻化化学学、物物理理性性能能稳稳定定，输输出出 输输入入特特性性接近线性，价格低廉。接近线性，价格低廉。铜铜电电阻阻的的缺缺点点是是电电阻阻率率低低，体体积积大大，热热惯惯性性大大，易易氧氧化化，不不适适合合在在腐腐蚀蚀性性介介质或高温
36、下工作。质或高温下工作。47传感器技术热电式传感器温度（0C）0102030405060708090电阻（）-5041.74-053.0050.7548.5046.2443.99053.0055.2557.5059.7562.0164.2666.5268.7771.0273.2710075.5277.7880.0382.2884.5486.79WZBWZB型铜热电阻型铜热电阻G G分度表分度表48传感器技术热电式传感器铟电阻铟电阻铟铟电电阻阻用用99.999%99.999%高高纯纯度度的的铟铟丝丝绕绕成成电电阻阻，适适宜宜在在-269-269- -258258温温度度范范围围内内使使用用。实实
37、验验证证明明，在在4.2K15K4.2K15K范范围围内内，铟铟电阻灵敏度比铂电阻高电阻灵敏度比铂电阻高1010倍。倍。铟电阻的缺点是材料软，复制性差。铟电阻的缺点是材料软，复制性差。 3 3）其他热电阻锰电阻锰电阻锰锰电电阻阻适适宜宜在在-271-271-210-210温温度度范范围围内内使使用用。其其优优点点是是在在2K2K63K63K温温度度范范围围内内电电阻阻随随温温度度变变化化大大，灵灵敏敏度度高高。锰锰电电阻阻的的缺点是材料脆，难拉成丝。缺点是材料脆，难拉成丝。碳电阻碳电阻碳碳电电阻阻适适宜宜在在-273-273-268.5-268.5温温度度范范围围内内使使用用。其其优优点点是是
38、热热容容量量小小，灵灵敏敏度度高高，价价格格低低廉廉，操操作作简简便便。但但是是碳碳电电阻阻的的热热稳稳定性较差。定性较差。49传感器技术热电式传感器热电阻结构与热电偶类似WZP2-240/A级级3线线300/150mmE(0-300)隔爆热电阻隔爆热电阻WZC-111/12*1000mmCu50铜热电阻铜热电阻WZPK2-103/B级级6*515mm(0-300)铂热电阻铂热电阻4 4）热电阻结构50传感器技术热电式传感器5)5)热电阻测量线路热电阻测量电路一般采用电桥电路热电阻测量电路一般采用电桥电路. .若若热热电电阻阻安安装装的的地地方方与与指指示示仪仪表表相相距距甚甚远远时时，则则其
39、其连连线线的的导导线线电电阻阻r r也也要要受受到到温温度度的的影影响响而而发发生生改改变变，这这样样测测得得的的温温度度就就存存在在误误差差。为为了了减减小小这这个个误误差差，可可采采用三线或四线连接法。用三线或四线连接法。51传感器技术热电式传感器R R1 1R R2 2R R3 3R Rt tr r1 1r r3 3r r2 2E EA AB BMM当热电阻的三根连接当热电阻的三根连接导线直径和长度相同，导线直径和长度相同，即即r1=r2=r3r1=r2=r3r r时时电桥平衡，则有电桥平衡，则有可可见见： 且且电电桥桥平平衡衡状状态态下下，即即可可消消除除连连线线电电阻阻对对桥桥路路平
40、衡的影响。平衡的影响。三三线线制制可可以以减减小小热热电电阻阻与与测测量量仪仪表表之之间间连连接接导导线线的的电电阻阻因因环境温度变化所引起的测量误差。环境温度变化所引起的测量误差。52传感器技术热电式传感器r r1 1r r2 2r r3 3r r4 4R Rt tU U电压表电压表电压表电压表恒流源恒流源恒流源恒流源热热电电阻阻两两端端各各用用两两根根导导线线连连接接到到仪仪表表上上，一一般般是是用用直直流流电电位位差差计计作作为为指指示示记记录录仪仪器器，由由恒恒流流源供电源供电四四线线制制可可以以完完全全消消除除引引线线电电阻阻对对测测量量的的影影响响，常常用用于于高高精精度温度检测。
41、度温度检测。53传感器技术热电式传感器热敏电阻热敏电阻热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的新型测温元件。n有三种基本类型：正温度系数（PTCPTC）：以MZMZ为其型号负温度系数（NTCNTC）：以MFMF为其型号临界温度系数（CTRCTR）：可作开关器件54传感器技术热电式传感器n热敏电阻的特点1 1）热敏电阻上的电流随电压的变化不服从欧姆定律。2 2）电阻温度系数绝对值大，灵敏度高，测试线路简单，甚至不用放大器也可以输出几伏电压。3 3）体积小，重量轻，热惯性小。4 4）本身电阻值大，适用于远距离测量。5 5）制作简单，寿命长。6 6）热敏电阻是非线性电阻，但用微机进行非线性补偿
42、，可得到满意效果。55传感器技术热电式传感器nNTC:NTC:它的电阻值与温度之间呈严格的负指数关系；根据半导体理论，在不太宽的温度范围内（根据半导体理论，在不太宽的温度范围内（450C450C）缺缺点点：非非线线性性大大，在在实实际际使使用用时时要要进进行行线线性性化化处处理理，同同时时对对环环境境温温度度敏感，测量时易受到干扰。敏感，测量时易受到干扰。56传感器技术热电式传感器n热敏电阻外形热敏电阻外形聚脂塑料封装热敏电阻MF58型热敏电阻 玻 璃 封 装 NTC热敏电阻57传感器技术热电式传感器其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热
43、敏电阻热敏电阻58传感器技术热电式传感器其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻贴片式NTC热敏电阻59传感器技术热电式传感器热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 60传感器技术热电式传感器n热敏电阻测量线路热热敏敏电电阻阻测测量量电电路路一一般般采采用用电电桥桥电电路路，主主要要考考虑虑非非线线性性的线性化处理。的线性化处理。对对热热敏敏电电阻阻进进行行线线性性化化处处理理的的最最简简单单方方法法是是用用温温度度系系数数很很小小的的精精密密电电阻阻与与热热敏敏电电阻阻串串或或并并联联构构成成电电阻阻网网络络( (常常称称为为线线性性化化网网络络) )代代替替单单个个热热敏敏电电阻阻
44、，其其等等效效电电阻阻与与温温度度呈呈一一定定的的线性关系。线性关系。61传感器技术热电式传感器E Er rc cR RT T串联补偿电路串联补偿电路r rc cR RT T+ +r rc cR RT T温度温度温度温度电阻电阻电阻电阻图图中中热热敏敏电电阻阻R RT T与与补补偿偿电电阻阻r rc c 串串联联, ,串串联联后后的的等等效效电电阻阻R=R=R RT T +r rc c ，只只要要r rc c 的的阻阻值值选选择择适适当当，可可使使温温度度在在某某一一范范围围内内与与电电阻阻的的倒倒数成线性关系，所以电流数成线性关系，所以电流I I与温度与温度T T成线性关系。成线性关系。62
45、传感器技术热电式传感器R RT T/ /r rc cr rc cR RT T电阻电阻电阻电阻温度温度温度温度并联补偿电路r rc cR RT T图中热敏电阻图中热敏电阻RT与补偿电阻与补偿电阻rc并联，其等效电阻并联，其等效电阻R R= = RT / / rc 。由图可知，由图可知，R R与温度的关系曲线便显得比较平坦。因此可以在与温度的关系曲线便显得比较平坦。因此可以在某一温度范围内得到线性的输出特性。某一温度范围内得到线性的输出特性。63传感器技术热电式传感器1.1.掌握热电偶、热电阻、热敏电阻测温的工作原理和应掌握热电偶、热电阻、热敏电阻测温的工作原理和应用方法；用方法；2. 2. 熟悉热电偶温度测量中冷端温度不为熟悉热电偶温度测量中冷端温度不为0 0时，如何应用时，如何应用分度表判断热端温度；分度表判断热端温度；3. 3. 熟悉热电阻温度计测量电桥的接桥方式；熟悉热电阻温度计测量电桥的接桥方式；4.4.了解热敏电阻分类、特点及其应用。了解热敏电阻分类、特点及其应用。小结小结64传感器技术热电式传感器
