1、,模块四 热电式传感器,授课老师 曾春霞,热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。,将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶； 将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。,温度的概念,温标,4,一、温度的概念,温度是表征物体冷热程度的物理量。从微观上说。温度反映了物体分子作无规则热运动平均动能的大小。,温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程
2、度而变化的特性来进行间接的测量。,5,温标是量度物体温度数值的标尺。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。各种温度的刻度数值均由温标确定。,温标,摄氏温标,华氏温标,热力学 温标,国际实用 温标,二、温标,摄氏温标,华氏温标,规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，沸点为100度的一种温标。在0100之间划分为一百等份，每一等份为1 ，温度变量记作t。,规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，沸点为212度，中间划分为180等份，每一等份为 。温度变量记作tF。,摄氏温标和华氏温标关系如下：,正常体温为37 C ，相当于华氏温度多少度？,热力学温标,以热力学第二定律为基础的理论温标，可
3、适用于任何温度区间，且与物体任何物理性质无关，单位符号为K，温度变量记作T。,又称开氏温标或绝对温标，它规定分子停止运动时的温度为绝对零度。,国际实用温标,1990年国际温标中指出：热力学温度是基本温度，用符号T表示。温度的单位为开尔文，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义1开尔文等于水三相点热力学温度的1/273.16。,1990年国际温标同时定义国际开尔文温度(符号T90)和国际摄氏温度(符号t90)，其关系为：,热电偶,热电阻,热敏电阻,一、工作原理,利用导体或半导体的热电效应将温度的变化转换成电动势的变化。,热电效应(塞贝克效应),将两种不同材料的导体A和B串接成
4、一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。,接触电势,热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定。,温差电势,热电偶回路的热电势,热电偶的等效电路图,小结：,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；,只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势；,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；,导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。,普通热电偶,铠装热电偶,二、结构,热电极 （热端）,绝缘子,保护管,接线盒,冷端,普通型热电偶结构示意图
5、,在测温范围内，热电性质稳定，物理化学性质稳定，不易被氧化或腐蚀。 电导率高，温度系数小。 组成的热电偶产生的热电势随温度的变化率大。 机械强度高，复现性好，价格便宜。,工业常用热电偶的种类,三、热电极材料及常用热电偶,热电极材料,均质导体定律,热电偶必须由两种不同性质的材料构成，且接点温度不同；,由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明热电极是不均匀的。,四、基本定律,中间导体定律,在热电偶回路中接入中间导体 C后，只要中间导体两端温度相同，则中间导体的引入对回路的总电势没有影响。,标准电极定律,两种导体材料组成热电偶的热电势可以用它们与第三种导体材料(称为标准电极)组成
6、热电偶的热电势之差表示。,中间温度定律,A、 B为补偿导线,五、热电偶冷端温度补偿,补偿导线法,常用的几种补偿导线,注：型号的第一个字母与配用热电偶的分度号相对应；型号第二个字母C-补偿型；X-延长型。,不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同; 连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应; 补偿导线连接端的工作温度不能超出(0100),否则会给测量带来误差。 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度； 使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。,使用补偿导线注意问题,分度号为K的热电偶用EX做补偿导线，极性连接正确，则仪表示值有没有变化？,示值偏高,例题1,分度号为K的热
7、电偶用KX做补偿导线，极性接反，则仪表示值有没有变化？,有,例题2,镍铬-镍硅,保温瓶内冰水,mV,铜-铜镍,冰浴法,仪表机械零点校正法,补偿电桥法,计算法,现用一只K型热电偶，测量小氮肥厂中转化炉的温度，已知热电偶工作端温度为800，自由端(冷端)温度为30，求热电偶产生的热电势E(800，30)。,解：E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV),例题1,(a)逆流 (b)正交,六、安装,(c)插入弯头处 (d)加扩大管,37,热电偶一般适用于测量500以上的较高温度。对于500以下的中、
8、低温度，热电偶就难以实现精确测量。所以在测量中、低温度，通常用热电阻温度计来进行测量。,38,基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。,一、热电阻的测温原理,二、常用金属热电阻,电阻温度系数要大； 电阻率尽可能大，热容量要小； 在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性； 电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。,目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。与此相对应，工业上定型生产的热电阻有铂电阻和铜电阻。,三、热电阻材料,普通热电阻,四、热电阻结构,1-热电阻感温元件； 2、4-引线； 3
9、接线盒； 5显示仪表；,图 三线制接法,五、热电阻的接法,三线制与两线制的对比,一、测温原理,热敏电阻温度传感器就是利用半导体的电阻值随温度变化的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。金属导体的电阻值随温度的升高而增大，但半导体却相反，它的电阻值随温度的升高而急剧减小，并呈现非线性，在温度变化相同时，热敏电阻的阻值变化约为铂热电阻的10倍，因此可以用它来测量0.01或更小的温度差异。半导体这种温度特性，是因为半导体的导电方式是载流子(电子、空穴)导电。由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多，所以它的电阻率很大。,二、结构与材料,热敏电阻热敏电阻由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成。主要由热敏探头、引线、壳体构成。,温度特性,三、特性,伏安特性,PTC热敏电阻用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻用途：温度开关。NTC热敏电阻用途：点温、表面温度、温差、温场等测量自动控制；还适用于转换电源、开关电源、UPS电源、各类电加热器、电子节能灯、电子镇流器、各种电子装置电源电路的保护等。,四、应用,家电控温 温度过高，RT减小，T截止，K失电，K1断开，负载失电。,应用举例,
