1、第二章 热电传感器,概 论热电偶温度传感器热敏电阻温度传感器IC温度传感器其他温度传感器热释电传感器热电传感器应用举例,通过本章的学习了解热电传感器的作用、地位、分类和发展趋势；理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿方法；掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合；掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感器特点、工作原理和使用方法；了解其他温度传感器工作原理。,学习要点,第一节 概 论,温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。,温度是与人类生活息息相关的物理量。在2000多年前，就开始为
2、检测温度进行了各种努力， 并开始使用温度传感器检测温度。人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。,温度是反映物体冷热状态的物理参数。,因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。,一、温度的基本概念,热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。,热力学温标thermodynamic temperature scale国际实用温标Internatio
3、nal practical temperature scale摄氏温标 Celsius temperature scale华氏温标Fahrenheit temperature scale,如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。,1848年威廉汤姆首先提出:以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标，又称开尔文温标(scale of Kelvin)，用符号K表示。它是国际基本单位制之一
4、。 根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式,1热力学温标thermodynamic temperature scale,Q1热源给予热机的传热量 Q2热机传给冷源的传热量,为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标 (简称IPTS-68)，又称国际温标。,2国际实用温标,注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1K=1。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出0.01
5、K。,1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。,International Practical Temperature Scale,四个温度段：规定各温度段所使用的标准仪器低温铂电阻温度计（13.81K273.15K）；铂电阻温度计（273.15K903.89K）；铂铑-铂热电偶温度计（903.89K1337.58K）；光测温度计（1337.58K以上）。 国际实用开尔文温度与国际
6、实用摄氏温度分别用符号T68和t68来区别（一般简写为T与t）。,3摄氏温标Celsius temperature scale,是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，)，一般用小写字母t表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系：,4华氏温标Fahrenheit temperature scale,目前使用较少，规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，符号，与摄氏温度的关系：,T=t+273.15 K
7、,t=T-273.15 ,m=1.8n+32 ,n= 5/9 (m-32) ,二、温度传感器的特点与分类,随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； 蒸气压的温度变化； 电极的温度变化 热电偶产生的电动势； 光电效应 热电效应 介电常数、导磁率的温度变化； 物质的变色、融解； 强性振动温度变化； 热放射； 热噪声。,1 温度传感器的物理原理(11),特性与温度之间的关系要适中，并容易检 测和处理，且随温度呈线性变化；除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低；特性随时间变化要小；重复性好，没有滞后和老化；灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小；机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好；能大批量
8、生产，价格便宜；无危险性，无公害等。,3. 温度传感器的种类及特点,接触式温度传感器 非接触式温度传感器,接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。,非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。,物理现象,体积热膨胀,电阻变化,温差电现象,导磁率
9、变化,电容变化,压电效应,超声波传播速度变化,物质 颜色,PN结电动势,晶体管特性变化,可控硅动作特性变化,热、光辐射,种类,铂测温电阻、热敏电阻,热电偶,BaSrTiO3陶瓷,石英晶体振动器,超声波温度计,示温涂料 液晶,半导体二极管,晶体管半导体集成电路温度传感器,可控硅,辐射温度传感器 光学高温计,1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计,1 热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金,温度传感器分类(1),温度传感器分类(2),温度传感器分类(3),此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传
10、感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。,公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。1950年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。,三、温度传感器的发展概况,接触式温度传感器非接触式温度传感器,1常用热电阻 范围：-260850；精度：0.001。改进后可连续工作2000h，失效
11、率小于1，使用期为10年。2管缆热电阻 测温范围为-20500，最高上限为1000，精度为0.5级。,（）接触式温度传感器,3陶瓷热电阻 测量范围为200+500，精度为0.3、0.15级。4超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量268.8253-272.9272.99的温度。5热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。,l辐射高温计 用来测量 1000以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。2光谱高温计 前苏联研制的YCII型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为4006000,是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。,（
12、二）非接触式温度传感器,3超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000的产品。4激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000，专门用于核聚变研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。,1超高温与超低温传感器，如+3000以上和250以下的温度传感器。2提高温度传感器的精度和可靠性。3研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展
13、薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。5发展适应特殊测温要求的温度传感器。6发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。,（三）温度传感器的主要发展方向,温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。,第二节 热电偶温度传感器,热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿热电偶的选择、
14、安装使用和校验,两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。,一、工作原理,回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势thermo-electric force由两部分组成，即温差电势和接触电势。,热端,冷端,1. 接触电势,+,A,B,T,eAB(T),-,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 =1.3810-23 J
15、/K ；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。,接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。,接触电势原理图,A,eA(T,To),To,T,eA(T，T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的 =2V/。,2. 温差电势,温差电势原理图,由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：,T0,T,eAB(T),eAB(T0),eA(T,T0),eB(T,T0),A,B,3. 回路总电势,NAT、
16、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A 、 B导体A和B的汤姆逊系数。,根据电磁场理论得,结论(4点)：,EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T ),由于NA、NB是温度的单值函数,在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得：,EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T0)-EAB(0) = EAB(T，0)-EAB(T0，0),热电偶的热电势，等于两端温度分别为T 和零度以及T0和零度的热电势
17、之差。,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。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。,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。,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，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。,对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为T1、T2 、 、Tn ，冷端温度为零度的热电
18、势。其热电势为 E= EAB（T1）+ EBC（T2）+ENA（Tn）,由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。,二、热电偶回路的性质,1. 均质导体定律,E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0,三种不同导体组成的热电偶回路,2. 中间导体定律,一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。,如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则,两点结论： l）将第三种材料C接入由A、B组
19、成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：,T2,T1,Aa,B,C,2,3,EAB,A,T0,2,3,A,B,EAB,T1,T2,C,T0,EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）,(a),(b),T0,T0,EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）,第三种材料接入热电偶回路图,E,T0,T0,T,E,T0,T1,T1,T,电位计接入 热电偶回路,根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的
20、接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。,EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）,T0,T,EBA(T,T0),B,A,T0,T,EAC(T,T0),A,C,T0,T,ECB(T,T0),C,B,2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：,3. 中间温度定律,如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2(如图所示)时,则其热电势为EAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2, T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为E
21、AB(T1, T3)，则,B,B,A,T2,T1,T3,A,A,B,EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）,EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3）,A,B,T1,T2,T2,A,B,T0,T0,热电偶补偿导线接线图,E,对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0时，则：,只要T1、T0不变，接入AB后不管接点温度T2如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。,EAB=EAB(T1)EAB(T0),说明：当在原来热电偶回路
22、中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B(如图)即引入所谓补偿导线时，当EAA(T2)=EBB(T2)时，则回路总电动势为,热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产。,三、热电偶的常用材料与结构,1铂铂铑热电偶(S型) 分度号LB3测量温度：长期：1300、短期：1600。,（一）热电偶常用材料,2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型) 分度号EU2测量温度：长期1000，短期1300。,3镍铬考铜热电偶(E型) 分度号EA2测量温度：长期600，短期800。,
23、4铂铑30铂铑6热电偶(B型) 分度号LL2测量温度：长期可到1600，短期可达1800。,几种持殊用途的热电偶（1）铱和铱合金热电偶 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）钨铼热电偶 可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，使用温度范围3002000分度精度为1。（3）金铁镍铬热电偶 主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。（4）钯铂铱15热电偶 输出性能高，在1398时的热电势为47.255mV。,（6）铜康铜热电偶，分度号MK 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，广泛用于20K473K的低温实验室测量
24、中。,（5）铁康铜热电偶，分度号TK 灵敏度高，线性度好，可在800以下的还原介质中使用。,（二）常用热电偶的结构类型1工业用热电偶2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）3快速反应薄膜热电偶4快速消耗微型热电偶,常用热电偶的结构类型 1工业用热电偶 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。,2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）,优点是小型化（直径从12mm到0.25mm）、寿命、热惯性小，使用方便。 测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。,断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管
25、三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。,图3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图 1 金属套管; 2绝缘材料; 3热电极 (a)碰底型; (b)不碰底型; (c)露头型; (d)帽型,3快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.010.lm),4,1,2,3,快速反应薄膜热电偶1热电极; 2热接点;3绝缘基板; 4引出线,因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁镍、铁康铜和铜康铜三种,尺寸为 6060.2mm;绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚
26、醛塑料纸等；测温范围在300以下；反应时间仅为几ms。,4快速消耗微型热电偶 下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为0.050.lmm的铂铑10一铂铑30热电偶装在U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只要注意它的动态标定，测量精度可达土57。,1,4,2,3,5,6,7,8,9,11,10,快速消耗微型 1刚帽； 2石英； 3纸环； 4绝热泥；5冷端； 6棉花； 7绝缘纸管； 8补偿导线；9套管； 10塑料插座； 11簧片与引出线,方法 冰点槽法 计算修正法 补正系数法 零点迁移法 冷端补偿器法 软件处理法,四、冷端处
27、理及补偿,原因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；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。,1. 冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。,mV,A,B,A,B,T,C,C,仪表,铜导线,试管,补偿导线,热电偶,冰点槽,冰水溶液,四、冷端处理及补偿,T0,2. 计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例2-1 用铜-康铜热电偶测某一温度T，
28、参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.979mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度T=69。,注意:既不能只按1.979mV查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。,EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0),3. 补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即 式中
29、：T为未知的被测温度； T为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度； TH室温； k为补正系数，其它参数见下表。例2-2 用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为11.348mV查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k=0.53。于是，被测温度 T=1150+0.5335=1168.3（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14。,T T k T H,例 用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是TH。
30、而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。,4. 零点迁移法,应用领域：如果冷端不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。,实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。,5. 冷端补偿器法利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
31、臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu),此时Uab=0 ,电桥对仪表读数无影响。,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。,mV,EAB(T,T0),T0,T0,T,A,B,+,+,-,a,b,U,Uab,RCu,R1,R2,R3,R,T0 RCu Ua Uab EAB(T,T0),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。,6. 软件处理法冷端温度恒定T0 ：但T0不为0时，只需在采样后 加一个与冷端温度对应的常数即可。冷端温度T
32、0波动：可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。,例2-3 采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800，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-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0，热端
33、温度分别为800、50、20时的热电动势：,E(800，0)33.277mV；,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 ：,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31.255mV的温度是751。与炉内真实温度相差49。,如果在热电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,E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV,
34、查分度表知，对应32.479mV的温度是781，与炉内真实温度相差19。,例2-4 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。,解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出,E(30，0)= 1.203mV,E(T，0)= E(T，30)+E(30，0)=2.436mV+1.203mV=3.639mV,所以：,查分度表知其对应的实际温度为T=88。即池水的真实温度是88。,1. 热电偶的选择、安装使用 热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法
35、要正确，图是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可,通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。,五、热电偶的选择、安装使用和校验,2. 热电偶的定期校验 校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。工业热电偶的允许偏差，见下表。工业热电偶允许偏差,热电偶校验图 1-调压变压器； 2-管式电炉； 3标准热电偶； 4-被校热电偶； 5-冰瓶； 6-切换开关； 7-测试仪表；
36、 8-试管,热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。 在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。 主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参数，主要特性和应用等。,第三节 热敏电阻温度传感器,NTC二极管封装,环氧封装、小型化高精度 ； 响应时间快 ； 稳定性好,根据不同用途有多种封装结构 ；使用温区宽 高稳定性、高可靠性,根据不同用途有多种封装结构 ；使用温区宽 ；高稳定性、高可靠性 ；为客户提供多种便捷服务,家
37、用冰箱、空调器 ；电热水器、整体浴室 ；冰柜、豆浆机,环氧封装、小型化、精度高 ；可靠性高、响应时间快 ；引线采用聚脂漆包线、耐热、绝缘性好,（一）热敏电阻的特点1电阻温度系数的范围甚宽2材料加工容易、性能好3阻值在110M之间可供自由选择4稳定性好5原料资源丰富，价格低廉,一、热敏电阻的特点与分类,1正温度系数热敏电阻器（PTC）Positive Temperature Coefficient 电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。它的主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。 2负温度系数热敏电阻器（NTC）Negative Temperature Coefficient 电阻
38、值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。 3突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） 该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低34个数量级，即具有很大负温度系数。其主要材料是VO2并添加一些金属氧化物。,（二）热敏电阻的分类,二、热敏电阻的基本参数,1. 标称电阻(Nominal Resistance)R25（冷阻）2. 材料常数(Material Constant)BN表征负温度系数(NTC) 材料的物理特性常数。BN值决定于材料的激活能E，BN值随温度升高略有增加。,3. 电阻温度系数(Thermal Coefficient
39、ofResistance)(%/)热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。,4. 耗散系数(Dissipation Constant)H热敏电阻器温度变化1所耗散的功率变化量。,5. 时间常数(Timr Constant)在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间。,6. 最高工作温度Tmax在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度7. 最低工作温度Tmin在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。8. 转变点温度Tc热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。,9. 额定功率(Rated
40、Power)PE热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下,它自身温度不应超过Tmax10. 测量功率(Measured Power) P0热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而引起的电阻值变化不超过0.1时所消耗的功率。,11. 工作点电阻RG在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。,12. 工作点耗散功率PG电阻值达到RG时所消耗的功率。,13. 功率灵敏度KG热敏电阻器在工作点附近消耗功率lmW时所引起电阻的变化，在工作范围内，KG随环境温度的变化略有改变。14. 稳定性热敏电阻在各种气候、机械、电气等使用环
41、境中，保持原有特性的能力。,15. 热电阻值RH指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时,电阻器达到热平衡状态时的电阻值。,16. 加热器电阻值Rr指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件下的电阻值。,18. 标称工作电流 I指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。19. 标称电压在规定温度下标称工作电流所对应的电压值。20. 元件尺寸指热敏电阻器的截面积A、电极间距离L和直径d。,17. 最大加热电流Imax指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流。,（一）热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）,1,2,3,4,铂丝,40,60,120,160
42、,0,100,101,102,103,104,105,106,RT/,温度T/C,热敏电阻的电阻-温度特性曲线1-NTC；2-CTR； 3-4 PTC,三、热敏电阻器主要特性,Resistance-temperature characteristic of thermistor,TT与RTT特性曲线一致。,RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值； BN NTC热敏电阻的材料常数。由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于450），都能利用该式，它仅是一个经验公式。,1 负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性,NTC的电阻温
43、度关系的一般数学表达式为：,如果以lnRT、1/T分别作为纵坐标和横坐标，则上式是一条斜率为BN ，通过点(1/T，lnRT)的一条直线,如图。,105,104,103,102,0,-10,10,30,50,70,85,100,120,T/C,电阻/,NTC热敏电阻器的电阻-温度曲线,材料的不同或配方的比例和方法不同，则BN也不同。用lnRT1/T表示负电阻温度系数热敏电阻温度特性，在实际应用中比较方便。,为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即T0=25），则NTC热敏电阻器的电阻温度关系式：,0,25,50,75,100,125,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,(25C
44、,1),RT / RT0-T特性曲线,RT/R25,T,2.正电阻温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻温度特性,其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图,10000,1000,100,10,0,50,100,150,200,250,R20=120,R20=36.5,R20=12.2,PTC热敏电阻器的电阻温度曲线,T/C,电阻/,Tp1,Tp2,Tc=175 C,PTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电阻温度曲线上有两个拐点：Tp1和Tp2。当温度低于Tp1时，温度灵敏度低；当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速
45、增大）；当温度升到Tp2时，正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度Tc，对应有较大的温度系数tp 。 经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻器的电阻温度特性可近似用下面的实验公式表示：式中 RT、RT0温度分别为T、T0时的电阻值； BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。若对上式取对数，则得：,以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。,）,可见： 正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数tp ，正好等于它的材料常数BP的值。,lnRr1,lnRr2,BP,mR,BP=tg=mR/mr,T1,T2,lnRr0,mr,lnRTT 表示的PTC热敏电阻器电阻温度曲线,lnRr,T,若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数tp,a,b,c,d,Um,U0,I0,Im,U/V,I/mA,NTC热敏电阻的静态伏安特性,（二）热敏电阻器的伏安特性（UI）表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功率相等）时的互相关系。1.负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性,
