第5章 熱電式傳感器

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1、 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來(lái)達(dá)到測(cè)量目的。變化而變化的特性來(lái)達(dá)到測(cè)量目的。下頁(yè)下頁(yè)返回返回 第第5 5章章 熱電式傳感器熱電式傳感器5.1熱電阻熱電阻5.2熱電偶熱電偶5.3熱敏電阻熱敏電阻本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1 熱電阻熱電阻熱電阻測(cè)溫的基礎(chǔ)熱電阻測(cè)溫的基礎(chǔ)：電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)特點(diǎn)特點(diǎn):

2、精度高，適宜于測(cè)低溫精度高，適宜于測(cè)低溫下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1.1 熱電阻的材料及工作原理熱電阻的材料及工作原理5.1.1 熱電阻的材料及工作原理熱電阻的材料及工作原理 鉑電阻鉑電阻:精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。銅電阻銅電阻:鉑是貴金屬，價(jià)格昂貴，因此在測(cè)溫范圍鉑是貴金屬，價(jià)格昂貴，因此在測(cè)溫范圍比較小比較小(-50+150)的情況下，可采用銅制成的測(cè)的情況下，可采用銅制成的測(cè)溫電阻，稱銅電阻。溫電阻，稱銅電阻。鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳鐵電阻和鎳電阻鐵和鎳:這兩種金屬的電阻溫度系這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高數(shù)較高、電阻率較大

3、，故可作成體積小，靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差系差。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1.1 熱電阻的材料及工作原理熱電阻的材料及工作原理 工作原理工作原理:利用金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化。利用金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化。其中，其中，為熱電阻的電阻溫度系數(shù)；為熱電阻的電阻溫度系數(shù)；Ri，R0分別為熱電阻在分別為熱電阻在tOC和和0OC時(shí)的電阻值。一般時(shí)的電阻值。一般有有50或或100歐姆。歐姆。電阻溫度系數(shù)：一般是溫度的函

4、數(shù)，只有在電阻溫度系數(shù)：一般是溫度的函數(shù)，只有在一定的范圍內(nèi)是線性的一定的范圍內(nèi)是線性的測(cè)量范圍。測(cè)量范圍。a大大(純金屬純金屬),熱電阻的靈敏度高。熱電阻的靈敏度高。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回)(1 00ttaRRi5.1.1 熱電阻的材料及工作原理熱電阻的材料及工作原理 舉例：舉例：鉑：鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是最鉑：鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是最好材料。好材料。銅：銅易于氧化，適于銅：銅易于氧化，適于50150范范圍內(nèi)的沒(méi)有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)中的溫度圍內(nèi)的沒(méi)有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)中的溫度測(cè)量多用于工業(yè)電阻溫度計(jì)。測(cè)量多用于工業(yè)電阻溫度計(jì)。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回C)0t(-190 )1

5、00(1 C)650t(0 )1(o320o20ttCBtAtRRBtAtRRiiC)100t(0 )1(C)150t(-50 )1(o0o320atRRCtBtAtRRii5.1.2 測(cè)量電路測(cè)量電路 熱電阻溫度計(jì)最常用的測(cè)量電路是電橋電路熱電阻溫度計(jì)最常用的測(cè)量電路是電橋電路,分二分二線制，三線制和四線制。線制，三線制和四線制。一、二線制：一、二線制：特點(diǎn)：引線電阻特點(diǎn)：引線電阻Rw產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1.2 測(cè)量電路測(cè)量電路 二、三線制：二、三線制：特點(diǎn)：可以消除引線電阻特點(diǎn)：可以消除引線電阻Rw產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1.2 測(cè)量電路

6、測(cè)量電路 三、四線制（形式三、四線制（形式1）：）：特點(diǎn)：可以消除引線電阻特點(diǎn)：可以消除引線電阻Rw產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.1.2 測(cè)量電路測(cè)量電路 三、四線制（形式三、四線制（形式2）：特點(diǎn)：可以消除引線電阻特點(diǎn)：可以消除引線電阻Rw產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回ttNNRURUINNttRUUR 5.2 熱電偶熱電偶 熱電偶作為敏感元件優(yōu)點(diǎn)為：熱電偶作為敏感元件優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的；導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的；具有較高的準(zhǔn)確

7、度具有較高的準(zhǔn)確度；測(cè)量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測(cè)到測(cè)量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測(cè)到-50，高溫，高溫可以達(dá)到可以達(dá)到1600左右，配用特殊材料的熱電極，最低可左右，配用特殊材料的熱電極，最低可測(cè)到測(cè)到-180，最高可達(dá)到，最高可達(dá)到+2800的溫度；的溫度；具有良好的敏感度；具有良好的敏感度；使用方便等。使用方便等。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2 熱電偶熱電偶熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律熱電偶材料、常用熱電偶熱電偶材料、常用熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)的種類與結(jié)構(gòu)熱電偶參考端溫度熱電偶參考端溫度熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.1 熱電

8、偶的工作原理熱電偶的工作原理 熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)：相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。回路中產(chǎn)生的電流稱為熱電流，導(dǎo)體熱電勢(shì)。回路中產(chǎn)生的電流稱為熱電流，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。測(cè)溫時(shí)結(jié)點(diǎn)稱為熱電極。測(cè)溫時(shí)結(jié)點(diǎn)1置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中，置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中，稱為測(cè)量端稱為測(cè)量端(工作端、熱端工作端、熱端)；結(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)2一般處在某一一般處在某一恒定溫度，稱為參考端恒定溫度，稱為參考端(自由端、冷端自由端、冷端)。由這兩種。由這兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)的傳感器稱為導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)的傳感器稱為熱電偶。熱電偶

9、。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)一、熱電效應(yīng)和接觸電勢(shì)一、熱電效應(yīng)和接觸電勢(shì)熱電效應(yīng)：當(dāng)閉合導(dǎo)體同時(shí)處于不同的溫度熱電效應(yīng)：當(dāng)閉合導(dǎo)體同時(shí)處于不同的溫度環(huán)境下，導(dǎo)體回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)環(huán)境下，導(dǎo)體回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(熱電勢(shì)熱電勢(shì))的的現(xiàn)象。包含兩個(gè)方面，溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)?，F(xiàn)象。包含兩個(gè)方面，溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。1、溫差電勢(shì)（、溫差電勢(shì)（Thomson湯姆遜效應(yīng)）湯姆遜效應(yīng)）現(xiàn)象：同種金屬由于各部分所處的溫度不同，現(xiàn)象：同種金屬由于各部分所處的溫度不同，使金屬產(chǎn)生電勢(shì)差。使金屬產(chǎn)生電勢(shì)差。返回返回5.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理下

10、頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)原因：溫度不同引起金屬內(nèi)部電子濃度原因：溫度不同引起金屬內(nèi)部電子濃度NA(t)分布不均勻，使電子擴(kuò)散，漂移。分布不均勻，使電子擴(kuò)散，漂移。極性極性：高溫：高溫(+)，低溫，低溫(-)。表示：表示：(k為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù))dtttNdtdtNekUUTTEAATTATATA)()(1),(122121返回返回5.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)2、接觸電勢(shì)（、接觸電勢(shì)（Peltier珀?duì)柼?yīng)）珀?duì)柼?yīng)）現(xiàn)象：不同種金屬處于某種溫度下，金現(xiàn)象：不同種金屬處于某種溫度下，金屬的接觸點(diǎn)產(chǎn)生電勢(shì)差。屬的接觸點(diǎn)產(chǎn)生電勢(shì)差。原因：不同種金屬內(nèi)部電子濃度不同

11、，原因：不同種金屬內(nèi)部電子濃度不同，引起電子擴(kuò)散，漂移。引起電子擴(kuò)散，漂移。極性極性：密度大：密度大(+)，密度小，密度小(-)。表示：表示：)()()(ln)(TTNTNekTTEBAAB返回返回5.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)3、回路熱電勢(shì)、回路熱電勢(shì)塞貝克（塞貝克（Seeback）電勢(shì)）電勢(shì) 條件：條件：兩種不同金屬；兩種不同金屬；組成閉合回路；組成閉合回路；兩接觸點(diǎn)處于不同的溫度下兩接觸點(diǎn)處于不同的溫度下(如果不滿足如果不滿足?)。計(jì)算（統(tǒng)計(jì)理論）：計(jì)算（統(tǒng)計(jì)理論）：),()()(ln ),()(),()(),(000000TTfdttNtNekTTETET

12、TETETTETTABAABBABAB返回返回5.2.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè) 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)：NA(t)和和 NB(t)不能準(zhǔn)確得到，回路熱電勢(shì)不能準(zhǔn)確得到，回路熱電勢(shì)EAB(T,T0)無(wú)法直接計(jì)算無(wú)法直接計(jì)算實(shí)驗(yàn)的方法確定實(shí)驗(yàn)的方法確定(查分度表查分度表)?；芈窡犭妱?shì)回路熱電勢(shì)EAB(T,T0)的極性，以高溫端為正。的極性，以高溫端為正。EAB(T,T0)EAB(T)-EAB(T0)。(因?yàn)橐驗(yàn)镋AB(T)EA(T,T0),即接觸電勢(shì)即接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)溫差電勢(shì))。符號(hào)約定：符號(hào)約定：NA(T)NB(T)，即，即 A為正，為正，B為為負(fù)。負(fù)。T為測(cè)量端，為測(cè)量端

13、，T0為參比端。且有為參比端。且有 EAB(T,T0)=-EBA(T,T0)=-EAB(T0,T)。返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律均勻?qū)w定律均勻?qū)w定律中間溫度定律中間溫度定律中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律參考電極定律參考電極定律連接連接導(dǎo)體定律導(dǎo)體定律下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律 均勻?qū)w定律均勻?qū)w定律 由同一導(dǎo)電物質(zhì)由同一導(dǎo)電物質(zhì)(導(dǎo)體或半導(dǎo)體導(dǎo)體或半導(dǎo)體)組成的閉合回組成的閉合回路，不論其長(zhǎng)短、截面如何，各點(diǎn)的溫度是否路，不論其長(zhǎng)短、截面如何，各點(diǎn)的溫度是否均勻，回路都不產(chǎn)生熱電勢(shì)。均勻，回路都不產(chǎn)生熱電勢(shì)。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)推論：推論：

14、熱電偶必須由兩種不同導(dǎo)電物質(zhì)組成；熱電偶必須由兩種不同導(dǎo)電物質(zhì)組成；凡有熱電勢(shì)的回路，必為非均勻?qū)щ娢镔|(zhì)組成凡有熱電勢(shì)的回路，必為非均勻?qū)щ娢镔|(zhì)組成 可用來(lái)檢查熱電極材料的均勻性?？捎脕?lái)檢查熱電極材料的均勻性。返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律 中間溫度定律中間溫度定律 定律：熱電偶在接點(diǎn)溫度為定律：熱電偶在接點(diǎn)溫度為T,To時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T，Tn和和Tn，To時(shí)時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。意義：實(shí)際測(cè)量時(shí)，不必使熱電偶的冷端溫度意義：實(shí)際測(cè)量時(shí)，不必使熱電偶的冷端溫度為為0oC?？梢允鞘覝?。可以是室溫。下頁(yè)

15、下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 定律：在熱電偶回路定律：在熱電偶回路AB中插入另一種導(dǎo)體中插入另一種導(dǎo)體C，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等.且插入導(dǎo)且插入導(dǎo)體是勻質(zhì)的體是勻質(zhì)的,則無(wú)論插入導(dǎo)體的溫度分布如則無(wú)論插入導(dǎo)體的溫度分布如何何,都不會(huì)影響原來(lái)熱電偶的熱電勢(shì)的大小。都不會(huì)影響原來(lái)熱電偶的熱電勢(shì)的大小。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律中間導(dǎo)體定律證明中間導(dǎo)體定律證明 下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)),()()()()()()()()()()

16、(),(00000TTETETETETETETETETETETETTEABABABABnACnACABnCAnACBAABABC返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律中間導(dǎo)體定律推廣中間導(dǎo)體定律推廣 在熱電偶回路中插入多種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)在熱電偶回路中插入多種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等體的兩端溫度相等.且插入導(dǎo)體是勻質(zhì)的且插入導(dǎo)體是勻質(zhì)的,則則無(wú)論插入導(dǎo)體的溫度分布如何無(wú)論插入導(dǎo)體的溫度分布如何,都不會(huì)影響都不會(huì)影響原來(lái)熱電偶的熱電勢(shì)的大小。原來(lái)熱電偶的熱電勢(shì)的大小。參考電極參考電極定律。定律。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律 參考電極定律參考電

17、極定律 定律：用導(dǎo)體定律：用導(dǎo)體C分別與導(dǎo)體分別與導(dǎo)體A，B組成的熱電組成的熱電偶偶AC和和CB熱電勢(shì)的代數(shù)和，與熱電勢(shì)的代數(shù)和，與AB組成的熱組成的熱電偶等效。即電偶等效。即 EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0)下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律參考電極定律證明參考電極定律證明 下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè))()(ln)()(ln)()(),()()(ln)()(ln)()(),(0000000000TNTNekTTNTNekTTETETTETNTNekTTNTNekTTETETTEBCBCCBCBCBCACAACACAC意義：通過(guò)已有的熱電偶意義：通

18、過(guò)已有的熱電偶AC，CB來(lái)尋找新的熱來(lái)尋找新的熱電偶電偶AB。C即為參考電極。即為參考電極。返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律 若熱電偶若熱電偶Eab(Tn,To)與熱電偶與熱電偶EAB(Tn,To)的電的電勢(shì)相等勢(shì)相等,則有則有 EAB(T,To)=EAB(T,Tn)+Eab(Tn,To)。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.2 熱電偶基本規(guī)律熱電偶基本規(guī)律連接導(dǎo)體定律證明連接導(dǎo)體定律證明下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè))()()()(),(00nAaabnBbABnABbaTETETETETTTE)()()()(ln)()(ln )()()()(ln)()(ln)()(l

19、n)()(nabnABnbnanAnBnnanAnbnBnnanAnbnBnnAanBbTETETNTNTNTNekTTNTNTNTNekTTNTNTNTNekTTETE意義：熱電偶意義：熱電偶ab被稱為是熱電偶被稱為是熱電偶AB在在TnTo段的補(bǔ)償段的補(bǔ)償導(dǎo)線。即，在導(dǎo)線。即，在TnTo溫度范圍內(nèi)，二者的熱電勢(shì)相同。溫度范圍內(nèi)，二者的熱電勢(shì)相同。),(),()()()()(),(000TTETTETETETETETTTEnbanABabnabnABbABnABba返回返回5.2.3 熱電偶材料、常用熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)熱電偶材料、常用熱電偶的種類與結(jié)構(gòu) 理論：熱電偶理論：熱電偶=金屬金屬A+金

20、屬金屬B 對(duì)熱電偶的電極材料主要要求是對(duì)熱電偶的電極材料主要要求是：配制成的熱電偶應(yīng)具有較大的熱電勢(shì)，并希望熱電勢(shì)與溫配制成的熱電偶應(yīng)具有較大的熱電勢(shì)，并希望熱電勢(shì)與溫度之間成線性關(guān)系或近似線性關(guān)系。度之間成線性關(guān)系或近似線性關(guān)系。能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用并且在長(zhǎng)期工作后物理化學(xué)能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用并且在長(zhǎng)期工作后物理化學(xué)性能與熱電性能都比較穩(wěn)定。性能與熱電性能都比較穩(wěn)定。電導(dǎo)率要求高，電阻溫度系數(shù)要小。電導(dǎo)率要求高，電阻溫度系數(shù)要小。易于復(fù)制，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑銠易于復(fù)制，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑銠一鉑熱電偶、鎳鉻一鎳鋁熱電偶、鎳鉻考銅熱電偶及銅一康一鉑

21、熱電偶、鎳鉻一鎳鋁熱電偶、鎳鉻考銅熱電偶及銅一康銅熱電偶等。銅熱電偶等。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.3 熱電偶材料、常用熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)熱電偶材料、常用熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè) 標(biāo)準(zhǔn)型舉例標(biāo)準(zhǔn)型舉例 鉑佬鉑佬鉑熱電偶：熱電特性穩(wěn)定，熔點(diǎn)高鉑熱電偶：熱電特性穩(wěn)定，熔點(diǎn)高(0oC時(shí)時(shí)),to是室溫，是室溫，k是修正系數(shù)是修正系數(shù)(在溫度在溫度t和和t時(shí)的熱電勢(shì)隨溫度時(shí)的熱電勢(shì)隨溫度的平均變化率之比的平均變化率之比)即即:)0,(),()0,(00TETTETEABABAB0ktttdtEddtdEk返回返回5.2.4 熱電偶參考端溫度的處理熱電偶參考端溫度的處理 冷端自動(dòng)補(bǔ)償冷端自

22、動(dòng)補(bǔ)償 作用：可以補(bǔ)償冷端溫度變化帶來(lái)的誤差。作用：可以補(bǔ)償冷端溫度變化帶來(lái)的誤差。分析：分析：設(shè)在設(shè)在T0(電橋平衡點(diǎn)溫度電橋平衡點(diǎn)溫度)時(shí)，時(shí)，UNM=0，回路，回路電勢(shì)電勢(shì)E=EAB(T,T0)；當(dāng)冷端在當(dāng)冷端在T0+T(T未變未變)時(shí)時(shí)(T0)，有，有E=EAB(T,T0+T)-EAB(T,T0)0，若若E=UNM,回路電勢(shì)不變?；芈冯妱?shì)不變。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.4 熱電偶參考端溫度的處理熱電偶參考端溫度的處理 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 作用：作用：降低成本，節(jié)約貴金屬；降低成本，節(jié)約貴金屬；使冷端遠(yuǎn)離待測(cè)端，改善冷端的溫度環(huán)境，減小誤使冷端遠(yuǎn)離待測(cè)端，改善冷端的溫度環(huán)境，減小

23、誤差。差。使用條件：使用條件：極性一致，熱電特性在一定范圍內(nèi)近似；極性一致，熱電特性在一定范圍內(nèi)近似；兩接點(diǎn)處溫度相同兩接點(diǎn)處溫度相同(滿足連接導(dǎo)體定律滿足連接導(dǎo)體定律)。舉例：銅舉例：銅-銅鎳在銅鎳在0100oC近似鉑佬近似鉑佬10鉑熱電鉑熱電偶：偶：100oC 0.645(鉑鉑),0.643+0.023 下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.5 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路 典型電路典型電路熱電偶直接與指示儀表配用熱電偶直接與指示儀表配用 熱電偶與動(dòng)圈式儀表連接，如圖所示。熱電偶與動(dòng)圈式儀表連接，如圖所示。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.5 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路 電位差計(jì)電位差計(jì) 多用于

24、恒溫法多用于恒溫法(實(shí)驗(yàn)室用實(shí)驗(yàn)室用)。原理：原理：IRab=Ex下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.2.5 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路 熱電偶的串并聯(lián)熱電偶的串并聯(lián)1、正向串聯(lián)、正向串聯(lián) 當(dāng)當(dāng)T1 T2 T3時(shí)時(shí) 下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)321EEEET有有E1 E2 E3，),(3),(),(),(0030201TTETTETTETTEEABABABABT),(3),(),(),(01030201TTETTETTETTEEABABABABT 測(cè)平均溫度；測(cè)平均溫度；T1=T2=T3時(shí)時(shí),有有E1=E2=E3，返回返回5.2.5 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè) 2、反向串聯(lián)、反向串聯(lián)設(shè)設(shè)A1

25、B1和和A2B2為同型號(hào)為同型號(hào)熱電偶，則有熱電偶，則有),()()()()()()()()()()(),(),(2121020102010201222211112211TTETETETETETETETETETETETTETTEEABABABABABABABBABABABABABAT3),(01TABETTE取平均值。取平均值。測(cè)兩點(diǎn)溫度差測(cè)兩點(diǎn)溫度差返回返回5.2.5 熱電偶測(cè)溫電路熱電偶測(cè)溫電路3、并聯(lián)、并聯(lián)R1，R2，R3作用：作用：平衡熱電偶內(nèi)阻，平衡熱電偶內(nèi)阻，其值很大。其值很大。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回),(3),(),(),(0030201TTETTETTETTEEABABABA

26、BT測(cè)量多點(diǎn)平均溫度。測(cè)量多點(diǎn)平均溫度。5.3 熱熱 敏敏 電電 阻阻 熱敏電阻是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特?zé)崦綦娮枋怯靡环N半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一定比例混合錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一定比例混合后壓制成型，然后在高溫下焙燒而成。熱敏電阻具有后壓制成型，然后在高溫下焙燒而成。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、易靈敏度高、體積小、較穩(wěn)

27、定、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到較為廣泛的應(yīng)于維護(hù)、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制中。用，尤其是應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制中。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3 熱熱 敏敏 電電 阻阻5.3.1熱敏電阻的類型熱敏電阻的類型5.3.2熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性5.3.3熱敏電阻的特性線性化熱敏電阻的特性線性化5.3.4熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.1 熱敏電阻的類型熱敏電阻的類型 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)PTC：阻值隨溫：阻值隨溫度而劇烈變化，用作開關(guān)元件；度而劇烈變化，用作開關(guān)元件；負(fù)溫度系

28、數(shù)負(fù)溫度系數(shù) NTC：用于測(cè)量：用于測(cè)量溫度；溫度；臨界溫度系數(shù)臨界溫度系數(shù)CTR：阻值隨溫：阻值隨溫度而劇烈變化，用作開關(guān)元件。度而劇烈變化，用作開關(guān)元件。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.1 熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性 電阻電阻-溫度特性溫度特性 電阻與溫度之間的關(guān)系可用下面公式來(lái)表示電阻與溫度之間的關(guān)系可用下面公式來(lái)表示:R=AeB/T A與熱敏電阻尺寸形狀以及它的半導(dǎo)體物理性能有關(guān)與熱敏電阻尺寸形狀以及它的半導(dǎo)體物理性能有關(guān) 的常數(shù)；的常數(shù)；B與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；T熱敏電阻的絕對(duì)溫度。熱敏電阻的絕對(duì)溫度。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.1 熱

29、敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性 伏安特性伏安特性 AB段：正阻特性，段：正阻特性，符合歐姆定律。符合歐姆定律。特點(diǎn)：電流小，不能加特點(diǎn)：電流小，不能加 熱電阻，阻值僅決定于熱電阻，阻值僅決定于 環(huán)境溫度環(huán)境溫度用來(lái)測(cè)溫。用來(lái)測(cè)溫。BC段：負(fù)阻特性。段：負(fù)阻特性。特點(diǎn)：電流能加熱電阻，阻值不唯一決定于特點(diǎn)：電流能加熱電阻，阻值不唯一決定于環(huán)境溫度，還與散熱條件有關(guān)（流速、流量、環(huán)境溫度，還與散熱條件有關(guān)（流速、流量、密度等）密度等）用來(lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度等用來(lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度等（電流和周圍介質(zhì)溫度一定）。（電流和周圍介質(zhì)溫度一定）。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.2 熱敏電阻的特性

30、線性化熱敏電阻的特性線性化 非線性問(wèn)題：非線性問(wèn)題：非線性大，影響測(cè)量精度，限制了測(cè)非線性大，影響測(cè)量精度，限制了測(cè)量范圍。量范圍。改善方法：改善方法：串串/并聯(lián)金屬熱電阻并聯(lián)金屬熱電阻Rx。串聯(lián)改善原理：串聯(lián)改善原理：下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)TRRRtxs1TIRRUIss 1返回返回5.3.2 熱敏電阻的特性線性化熱敏電阻的特性線性化 并聯(lián)補(bǔ)償原理：并聯(lián)補(bǔ)償原理：由圖可見(jiàn)，補(bǔ)償后的由圖可見(jiàn)，補(bǔ)償后的RP的溫度系數(shù)變小，電阻一溫度曲線變的溫度系數(shù)變小，電阻一溫度曲線變平坦了。因此也可在某一溫度范圍內(nèi)得到線性的輸出特性：平坦了。因此也可在某一溫度范圍內(nèi)得到線性的輸出特性：下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)11rRrRR

31、TTP 返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 特點(diǎn)：體積小，靈敏度高，熱慣性小，分辨率高特點(diǎn)：體積小，靈敏度高，熱慣性小，分辨率高(10-4)，價(jià)格使宜；用作測(cè)溫，控溫，溫度補(bǔ)，價(jià)格使宜；用作測(cè)溫，控溫，溫度補(bǔ)償，流速、流量、風(fēng)速測(cè)量，液面指示等。償，流速、流量、風(fēng)速測(cè)量，液面指示等。測(cè)溫和控溫測(cè)溫和控溫:(1)電橋電路電橋電路(單臂工作單臂工作)；下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)熱敏電阻的基本聯(lián)接法熱敏電阻的基本聯(lián)接法返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例(2)其它電路舉例：其它電路舉例：下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)可在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性化模擬電路可在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性化模擬電

32、路返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì) 利用熱敏電阻對(duì)溫度變化的高度敏感性能，可以制成測(cè)利用熱敏電阻對(duì)溫度變化的高度敏感性能，可以制成測(cè)量點(diǎn)溫、反應(yīng)迅速的點(diǎn)溫計(jì)。點(diǎn)溫計(jì)不僅可以用來(lái)測(cè)量量點(diǎn)溫、反應(yīng)迅速的點(diǎn)溫計(jì)。點(diǎn)溫計(jì)不僅可以用來(lái)測(cè)量一般的氣體、液體或固體的溫度，而且還適宜于測(cè)量微一般的氣體、液體或固體的溫度，而且還適宜于測(cè)量微小物體或物體局部的溫度。例如，可以用來(lái)測(cè)量運(yùn)行中小物體或物體局部的溫度。例如，可以用來(lái)測(cè)量運(yùn)行中電機(jī)軸承的溫度、晶體管外管的溫升、植物葉片溫度以電機(jī)軸承的溫度、晶體管外管的溫升、植物葉片溫度以及人體內(nèi)血液的溫度等。及人體內(nèi)血液

33、的溫度等。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 點(diǎn)點(diǎn) 溫溫 計(jì)計(jì) 下圖為半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)的電原理圖。它由熱敏電阻，測(cè)量電阻下圖為半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)的電原理圖。它由熱敏電阻，測(cè)量電阻和顯示電表組成。圖中和顯示電表組成。圖中R1，等于，等于R2，是橋路固定錳銅電阻，是橋路固定錳銅電阻，能對(duì)熱敏電阻的非線性起補(bǔ)償作用；能對(duì)熱敏電阻的非線性起補(bǔ)償作用；R3是錳鋼電阻，阻值等是錳鋼電阻，阻值等于點(diǎn)溫計(jì)起始刻度時(shí)的熱敏電阻的阻值；于點(diǎn)溫計(jì)起始刻度時(shí)的熱敏電阻的阻值；Rw是錳銅電阻，是錳銅電阻，其阻值等于點(diǎn)溫計(jì)滿刻度時(shí)熱敏電阻的阻值；其阻值等于點(diǎn)溫計(jì)滿刻度時(shí)熱敏電

34、阻的阻值；RT是半導(dǎo)體熱是半導(dǎo)體熱敏電阻敏電阻(測(cè)溫元件測(cè)溫元件)，R4和和Rw的作用是調(diào)節(jié)橋路工作電壓；開的作用是調(diào)節(jié)橋路工作電壓；開關(guān)關(guān)S置于置于“1”時(shí)是調(diào)整，置于時(shí)是調(diào)整，置于“2”時(shí)是測(cè)量；時(shí)是測(cè)量；P是指示儀表。是指示儀表。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)的電原理圖。半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)的電原理圖。電路為不平衡電橋，使用時(shí)，先把開關(guān)置于電路為不平衡電橋，使用時(shí)，先把開關(guān)置于“1”位位置，調(diào)節(jié)電位器置，調(diào)節(jié)電位器Rw，使電表滿刻度。然后將開關(guān)置，使電表滿刻度。然后將開關(guān)置于于“2”位置即可測(cè)量。位置即可測(cè)量。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回5.3.3 熱敏電阻的應(yīng)用舉例熱敏電阻的應(yīng)用舉例 流速測(cè)量原理：介質(zhì)靜止時(shí)，電橋平衡；介質(zhì)流流速測(cè)量原理：介質(zhì)靜止時(shí)，電橋平衡；介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，動(dòng)時(shí)，Rt1的熱量被帶走的熱量被帶走(與介質(zhì)流量有關(guān)與介質(zhì)流量有關(guān))，阻值，阻值變化變化,橋路有輸出。橋路有輸出。下頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回第第5章章 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)|熱電阻熱電阻 熱電阻的材料及工作原理熱電阻的材料及工作原理 測(cè)量電路測(cè)量電路|熱電偶熱電偶 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 熱電偶測(cè)溫線路熱電偶測(cè)溫線路|熱敏電阻熱敏電阻結(jié)束結(jié)束上頁(yè)上頁(yè)返回返回