傳感技術(shù)熱電式傳感器第八章第八章 熱電式傳感器熱電式傳感器l學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1.1.了解熱電偶傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理了解熱電偶傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.掌握熱電偶傳感器溫度補(bǔ)償方法掌握熱電偶傳感器溫度補(bǔ)償方法3.3.了解熱電阻傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理了解熱電阻傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電偶熱電偶-2001300C熱電式傳感器熱電式傳感器熱電阻熱電阻-200850 C傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器防腐熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器固定螺紋接頭式熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器直形管接頭式熱電偶傳感技術(shù)熱電式傳感器鉑電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器固定法蘭式熱電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱敏電阻傳感技術(shù)熱電式傳感器熱敏電阻主要用于空調(diào)、電子臺(tái)歷、冰箱、電磁爐、電飯煲、烤槍，充電器等等傳感技術(shù)熱電式傳感器豆?jié){機(jī)溫度傳感器傳感技術(shù)熱電式傳感器 鍍鎳銅殼溫度傳感器主要用于家用冰箱、空調(diào)器、電熱水器、控溫儀器、飲水機(jī)、汽車傳感技術(shù)熱電式傳感器8-1熱電偶傳感器熱電偶傳感器一、熱電偶工作原理一、熱電偶工作原理 熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。工作端工作端 參比端參比端 圖圖8-1 8-1 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) TT TT0 0 這種由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱這種由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動(dòng)勢(shì)的傳感器叫做熱電偶電動(dòng)勢(shì)的傳感器叫做熱電偶。傳感技術(shù)熱電式傳感器注意：熱電偶構(gòu)成條件1、兩種不同導(dǎo)體2、閉合回路3、兩接合點(diǎn)處溫度不同傳感技術(shù)熱電式傳感器“塞貝克溫差電動(dòng)勢(shì)”簡(jiǎn)稱“熱電動(dòng)勢(shì)”熱電動(dòng)勢(shì)：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種導(dǎo)體接觸電勢(shì)兩種導(dǎo)體接觸電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)傳感技術(shù)熱電式傳感器1.1.接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì) 設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NANB。圖8-2 熱電效應(yīng)傳感技術(shù)熱電式傳感器接觸電勢(shì)：式中l(wèi)k玻耳茲曼常數(shù)，k=1.3810-23J/K；le電子電荷量，e1.610-19 C；lT接觸處的溫度，K；lNA，NB分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。傳感技術(shù)熱電式傳感器2.溫差電勢(shì) 又稱為湯姆遜電勢(shì) 其大小為：式中為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。傳感技術(shù)熱電式傳感器 3.熱電勢(shì) 導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B組成的熱電偶閉合電路組成的熱電偶閉合電路 在兩個(gè)接點(diǎn)處有兩個(gè)接觸電勢(shì)：在兩個(gè)接點(diǎn)處有兩個(gè)接觸電勢(shì)：eAB(T)與與eAB(T0)因?yàn)橐驗(yàn)門T0，在導(dǎo)體，在導(dǎo)體A和和B中還各有一個(gè)溫差電勢(shì)：中還各有一個(gè)溫差電勢(shì)：和和 圖8-3 閉合回路溫差電動(dòng)勢(shì)傳感技術(shù)熱電式傳感器 即即（10-3）式中式中NAT、NAT0導(dǎo)體導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T T、T0T0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度；NBT、NBT0導(dǎo)體導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為在結(jié)點(diǎn)溫度為T T、T0T0時(shí)的電子密度；時(shí)的電子密度；A、B 導(dǎo)體導(dǎo)體A、B的湯姆遜系數(shù)。的湯姆遜系數(shù)。所以閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)所以閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T,T0)應(yīng)為接觸電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即：和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即：傳感技術(shù)熱電式傳感器結(jié)論結(jié)論:1.熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱電極；電極；2.如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，即如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，即T=T0，則盡管導(dǎo)體則盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回的材料不同，熱電偶回路中的總電動(dòng)勢(shì)也為零。路中的總電動(dòng)勢(shì)也為零。3.熱電偶熱電偶AB的熱電動(dòng)勢(shì)與的熱電動(dòng)勢(shì)與A、B材料的中材料的中間溫度無(wú)關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。間溫度無(wú)關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。傳感技術(shù)熱電式傳感器二、熱電偶基本定律二、熱電偶基本定律1、中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，第三導(dǎo)體的體，只要其兩端的溫度相等，第三導(dǎo)體的引入不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)引入不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。圖圖8-4 8-4 具有第三導(dǎo)體的熱電偶回路具有第三導(dǎo)體的熱電偶回路傳感技術(shù)熱電式傳感器證明如下：A、B結(jié)點(diǎn)溫度為T，其余結(jié)點(diǎn)溫度為T0，且TT0時(shí)，則回路中總熱電勢(shì)為 (8-4)當(dāng) T=T0 時(shí)，回路中總電動(dòng)勢(shì)為零，即 （8-5）傳感技術(shù)熱電式傳感器則有 （8-6）代入式（8-4）得：（8-7）傳感技術(shù)熱電式傳感器 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，第三導(dǎo)體的引入只要其兩端的溫度相等，第三導(dǎo)體的引入不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。這就是不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。這就是中間中間導(dǎo)體定律。導(dǎo)體定律。根據(jù)這個(gè)定律，可以將第三導(dǎo)線換成根據(jù)這個(gè)定律，可以將第三導(dǎo)線換成測(cè)試儀表或連接導(dǎo)線，只要保持兩結(jié)點(diǎn)溫測(cè)試儀表或連接導(dǎo)線，只要保持兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而不影度相同，就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而不影響原熱電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值。響原熱電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值。結(jié)論結(jié)論：傳感技術(shù)熱電式傳感器2 2、參考電極定律、參考電極定律 當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T T、T T0 0時(shí)，用導(dǎo)體時(shí)，用導(dǎo)體A,B組成的熱電組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC 熱電偶和熱電偶和C B熱電偶的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和,即即（8-88-8）傳感技術(shù)熱電式傳感器對(duì)于對(duì)于AC熱電偶：熱電偶：（8-9）對(duì)于對(duì)于BC熱電偶：熱電偶：（8-108-10）于是于是圖8-5 參考電極定律示意圖傳感技術(shù)熱電式傳感器 （8-11）由于由于則有則有傳感技術(shù)熱電式傳感器因此，式（8-11）可寫為 （8-12）這就是參考電極定律。傳感技術(shù)熱電式傳感器3 3、中間溫度定律、中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為、中間溫度為該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對(duì)參考端溫度不為0的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。傳感技術(shù)熱電式傳感器三、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶三、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶根據(jù)前面所述，似乎任根據(jù)前面所述，似乎任何兩種不同導(dǎo)體，都可以何兩種不同導(dǎo)體，都可以組成一對(duì)熱電偶。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了應(yīng)用可靠，組成一對(duì)熱電偶。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了應(yīng)用可靠，并且有足夠的測(cè)量準(zhǔn)確度，并不是所有材料均可以用并且有足夠的測(cè)量準(zhǔn)確度，并不是所有材料均可以用來(lái)作熱電偶的，對(duì)組成熱電偶的材料應(yīng)具備以下一些來(lái)作熱電偶的，對(duì)組成熱電偶的材料應(yīng)具備以下一些條件：條件：1.在測(cè)溫的范圍內(nèi)，熱電特性要穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化。在測(cè)溫的范圍內(nèi)，熱電特性要穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化。2.在測(cè)溫的范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能要穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕在測(cè)溫的范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能要穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕3.在測(cè)溫中產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)要大，并且熱電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化為在測(cè)溫中產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)要大，并且熱電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化為單值的、線性的、或者接近線性的。單值的、線性的、或者接近線性的。4.電阻溫度系數(shù)要小，電阻率要高。電阻溫度系數(shù)要小，電阻率要高。5.材料的復(fù)制性好，易焊接、拉絲和加工。材料的復(fù)制性好，易焊接、拉絲和加工。傳感技術(shù)熱電式傳感器根據(jù)上述要求，國(guó)際上目前得到應(yīng)用的根據(jù)上述要求，國(guó)際上目前得到應(yīng)用的熱電偶材料有熱電偶材料有300多種，廣泛應(yīng)用的有多種，廣泛應(yīng)用的有4050種。國(guó)際電工委員會(huì)種。國(guó)際電工委員會(huì)IEC對(duì)已被公對(duì)已被公認(rèn)為性能比較好的七種熱電偶制訂了統(tǒng)認(rèn)為性能比較好的七種熱電偶制訂了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已采用一的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，按標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配準(zhǔn)生產(chǎn)，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。的顯示儀表。IEC推薦的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶推薦的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶如表如表10-1所示。所示。傳感技術(shù)熱電式傳感器表8-1熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表熱電偶名稱IEC分度號(hào)我國(guó)分度號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)新舊鉑銠10-鉑鉑銠30-鉑銠6鎳鉻-鎳硅銅-銅鎳（康銅）鎳鉻-銅鎳（康銅）鐵-銅鎳（康銅）鉑銠13-鉑SBKTEJRSBKTEJRLB-3LL-2EU-2CK-GB3772-83GB2902-82GB2614-85GB2903-82GB4993-85GB4994-85GB1598-79傳感技術(shù)熱電式傳感器四、常用熱電偶 適適于于制制作作熱熱電電偶偶的的材材料料有有300300多多種種，其其中廣泛應(yīng)用的有中廣泛應(yīng)用的有40504050種。種。國(guó)國(guó)際際電電工工委委員員會(huì)會(huì)向向世世界界各各國(guó)國(guó)推推薦薦8 8種種熱熱電電偶偶作作為為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化熱熱電電偶偶，我我國(guó)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化熱熱電電偶偶也也有有8 8種種。分分別別是是：鉑鉑銠銠10-10-鉑鉑(分分度度號(hào)號(hào)為為S)S)、鉑鉑銠銠13-13-鉑鉑(R)(R)、鉑鉑銠銠30-30-鉑鉑銠銠6(B)6(B)、鎳鎳鉻鉻-鎳鎳硅硅(K)(K)、鎳鎳鉻鉻-康康銅銅(E)(E)、鐵鐵-康康銅銅(J)(J)、銅銅-康康銅銅(T)(T)和和鎳鎳鉻鉻硅硅-鎳鎳硅硅(N)(N)。下下面簡(jiǎn)要介紹其中幾種：面簡(jiǎn)要介紹其中幾種：傳感技術(shù)熱電式傳感器(1)(1)鉑銠鉑銠10-10-鉑熱電偶鉑熱電偶 直徑直徑 ：0.5mm0.5mm；分度號(hào)分度號(hào)：S S；正極正極 ：鉑銠絲：鉑銠絲,負(fù)極負(fù)極：純鉑絲；：純鉑絲；特點(diǎn)特點(diǎn) ：a,a,是熱電性能好，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、是熱電性能好，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用。惰性氣氛中連續(xù)使用。b,b,長(zhǎng)期適用的溫度為長(zhǎng)期適用的溫度為14001400，超過此溫度時(shí)，超過此溫度時(shí)，即使在空氣中純鉑絲也將再結(jié)晶而使晶粒增大。即使在空氣中純鉑絲也將再結(jié)晶而使晶粒增大。c,c,短期使用溫度為短期使用溫度為16001600。在所有的熱電偶中，。在所有的熱電偶中，它的準(zhǔn)確度等級(jí)最高它的準(zhǔn)確度等級(jí)最高,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量高溫的通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量高溫的熱電偶，其使用溫度范圍廣（熱電偶，其使用溫度范圍廣（0160001600），均質(zhì)性），均質(zhì)性及互換性好。及互換性好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴：價(jià)格昂貴,熱電勢(shì)較小，需配靈敏度高的熱電勢(shì)較小，需配靈敏度高的顯示儀表。顯示儀表。傳感技術(shù)熱電式傳感器傳感技術(shù)熱電式傳感器(2)鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)：K K；正極正極 ：鎳鉻為，：鎳鉻為，負(fù)極負(fù)極：鎳硅；：鎳硅；特點(diǎn)特點(diǎn) ：a,a,使用溫度范圍寬（使用溫度范圍寬（-501300-501300），高溫下性能較），高溫下性能較 穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)和溫度的關(guān)系近似線性；穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)和溫度的關(guān)系近似線性；b,b,價(jià)格便宜，因此是目前用量最大的一種熱電偶；價(jià)格便宜，因此是目前用量最大的一種熱電偶；c,c,它適用于在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用，短期它適用于在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用，短期 使用溫度為使用溫度為12001200，長(zhǎng)期使用溫度為，長(zhǎng)期使用溫度為10001000；傳感技術(shù)熱電式傳感器傳感技術(shù)熱電式傳感器(3)鎳鉻康銅熱電偶 分度號(hào)分度號(hào)：E E；正極正極：鎳鉻，：鎳鉻，負(fù)極負(fù)極：康銅；：康銅；特點(diǎn)特點(diǎn)：a,a,常用熱電偶中熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高；常用熱電偶中熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高；b,b,適適宜宜在在250870250870范范圍圍內(nèi)內(nèi)的的氧氧化化性性或或惰惰性性氣氣氛氛中使用中使用,尤其適宜在尤其適宜在00以下使用；以下使用；c,c,在濕度大的情況下在濕度大的情況下,較其他熱電偶耐腐蝕較其他熱電偶耐腐蝕。傳感技術(shù)熱電式傳感器傳感技術(shù)熱電式傳感器(4)銅-康銅熱電偶分度號(hào)分度號(hào)：T T正極正極 ：純銅，：純銅，負(fù)極負(fù)極：康銅；：康銅；特點(diǎn)特點(diǎn) ：a,a,在賤金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高；在賤金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高；b,b,熱電絲均勻性好；熱電絲均勻性好；c,c,使用溫度范圍為使用溫度范圍為-200-200350350。此外，還有非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，有鎢錸系列此外，還有非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，有鎢錸系列（屬難融金屬），鉑銠系列，銥銠系列，鉑鉬系（屬難融金屬），鉑銠系列，銥銠系列，鉑鉬系列及非金屬熱電偶等等。列及非金屬熱電偶等等。傳感技術(shù)熱電式傳感器五、熱電偶溫度補(bǔ)償 根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理，只有當(dāng)熱電偶的參根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理，只有當(dāng)熱電偶的參考端的溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是被測(cè)考端的溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。我們經(jīng)常使用的分度表及溫度的單值函數(shù)。我們經(jīng)常使用的分度表及顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為00為先決條件的。但是在實(shí)際使用中，因熱電為先決條件的。但是在實(shí)際使用中，因熱電偶長(zhǎng)度受到一定限制，參考端溫度直接受到偶長(zhǎng)度受到一定限制，參考端溫度直接受到被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響，不僅難于保持被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響，不僅難于保持00，而且往往是波動(dòng)的，無(wú)法進(jìn)行參考端溫，而且往往是波動(dòng)的，無(wú)法進(jìn)行參考端溫度修正。因此，要使變化很大的參考端溫度度修正。因此，要使變化很大的參考端溫度恒定下來(lái)，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線法和參考端溫恒定下來(lái)，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線法和參考端溫度恒定法。度恒定法。傳感技術(shù)熱電式傳感器1.0C恒溫法恒溫法這種方法是將熱電偶的參比端保持在這種方法是將熱電偶的參比端保持在穩(wěn)定的穩(wěn)定的0 0 C C環(huán)境中。在實(shí)驗(yàn)室中采用環(huán)境中。在實(shí)驗(yàn)室中采用冰浴法，通常是把參比端放在盛有絕冰浴法，通常是把參比端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的保溫容器中，使參比端冰水混合物的保溫容器中，使參比端保持保持0 0 C C。這種方法是一種理想方法，這種方法是一種理想方法，但只適用于實(shí)驗(yàn)室中使用，工業(yè)中使但只適用于實(shí)驗(yàn)室中使用，工業(yè)中使用極其不便。用極其不便。傳感技術(shù)熱電式傳感器 2.2.電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法是在熱電偶回路中串入一個(gè)是在熱電偶回路中串入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)勢(shì)。自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)勢(shì)。如圖如圖10-510-5所示，所示，H是工作端，它的工作是工作端，它的工作溫度為溫度為t，而冷端放在補(bǔ)償器，而冷端放在補(bǔ)償器C中，溫度中，溫度為為tn，在補(bǔ)償器中還放有，在補(bǔ)償器中還放有R3和具有正溫度和具有正溫度系數(shù)的電阻系數(shù)的電阻Rt。外加電源。外加電源U為一恒定電壓，為一恒定電壓，為了調(diào)整分壓比，電路還串聯(lián)了電位器為了調(diào)整分壓比，電路還串聯(lián)了電位器R1和電阻和電阻R2，經(jīng)補(bǔ)償了的熱電偶輸出為，經(jīng)補(bǔ)償了的熱電偶輸出為E（t，t0）。）。傳感技術(shù)熱電式傳感器圖8-5電位補(bǔ)償法原理傳感技術(shù)熱電式傳感器 當(dāng)冷端為一恒定溫度時(shí)，（假定這個(gè)溫當(dāng)冷端為一恒定溫度時(shí)，（假定這個(gè)溫度不是度不是0C），），A點(diǎn)供給熱電偶回路一個(gè)點(diǎn)供給熱電偶回路一個(gè)不變的修正電動(dòng)勢(shì)，其大小等于不變的修正電動(dòng)勢(shì)，其大小等于E（tn，t0），式中），式中t0=0C。l當(dāng)冷端溫度波動(dòng)時(shí)，則熱電偶回路中的當(dāng)冷端溫度波動(dòng)時(shí)，則熱電偶回路中的熱電動(dòng)勢(shì)與補(bǔ)償電路中的熱電動(dòng)勢(shì)與補(bǔ)償電路中的UA會(huì)相應(yīng)地向會(huì)相應(yīng)地向相反方向變化，從而補(bǔ)償了熱電偶電動(dòng)相反方向變化，從而補(bǔ)償了熱電偶電動(dòng)勢(shì)的變化。經(jīng)適當(dāng)?shù)剡x擇電阻參數(shù)?？蓜?shì)的變化。經(jīng)適當(dāng)?shù)剡x擇電阻參數(shù)?？梢宰銐驕?zhǔn)確地對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償。以足夠準(zhǔn)確地對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償。傳感技術(shù)熱電式傳感器3.電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因參比端溫度變化而引起動(dòng)勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因參比端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。的熱電勢(shì)變化值。傳感技術(shù)熱電式傳感器不不平平衡衡電電橋橋由由R1、R2、R3(錳錳銅銅絲絲繞繞制制)、RCu(銅銅絲絲繞繞制制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使電橋平衡下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu),此時(shí)此時(shí)Uab=0,電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。電橋補(bǔ)償?shù)淖饔米⒆⒁庖猓簶驑虮郾跼Cu必必須須和和熱熱電電偶偶的的冷冷端靠近，使處于同一溫度之下。端靠近，使處于同一溫度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0RCuUa Uab EAB(T,T0)供電供電4V直流，在直流，在040或或-2020的范圍起補(bǔ)償作用。的范圍起補(bǔ)償作用。注注意意，不不同同材材質(zhì)質(zhì)的的熱熱電電偶偶所所配配的的冷冷端端補(bǔ)補(bǔ)償償器器，其其中中的的限限流流電電阻阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。傳感技術(shù)熱電式傳感器4.4.計(jì)算修正法計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算，利用公式計(jì)算例例用用銅銅-康康銅銅熱熱電電偶偶測(cè)測(cè)某某一一溫溫度度T，參參比比端端在在室室溫溫環(huán)環(huán)境境TH中中，測(cè)測(cè)得得熱熱電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)EAB(T，TH)=1.979mV，又又用用室室溫溫計(jì)計(jì) 測(cè)測(cè) 出出 TH=21,查查 此此 種種 熱熱 電電 偶偶 的的 分分 度度 表表 可可 知知，EAB(21,0)=0.84mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，與再次查分度表，與2.819mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=69。注意注意:既不能只按既不能只按1.979mV1.979mV查表，認(rèn)為查表，認(rèn)為T T=49=49，也，也不能把不能把4949加上加上2121，認(rèn)為，認(rèn)為T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)傳感技術(shù)熱電式傳感器傳感技術(shù)熱電式傳感器5.補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用實(shí)際使用時(shí)，熱電偶的參比端必須引實(shí)際使用時(shí)，熱電偶的參比端必須引入到一個(gè)恒定溫度環(huán)境中或引到補(bǔ)償電路入到一個(gè)恒定溫度環(huán)境中或引到補(bǔ)償電路兩端，在此中間不能用一般的銅導(dǎo)線連接。兩端，在此中間不能用一般的銅導(dǎo)線連接。最簡(jiǎn)單的方法是直接用熱電偶電極延長(zhǎng)，最簡(jiǎn)單的方法是直接用熱電偶電極延長(zhǎng)，但實(shí)際上有的熱電偶是貴金屬，價(jià)格昂貴，但實(shí)際上有的熱電偶是貴金屬，價(jià)格昂貴，不能拉線過長(zhǎng)，即使使用是非貴金屬熱電不能拉線過長(zhǎng)，即使使用是非貴金屬熱電偶，有的比較粗也不適合延長(zhǎng)。特別在工偶，有的比較粗也不適合延長(zhǎng)。特別在工業(yè)裝置上使用的熱電偶一般都有固定結(jié)構(gòu)，業(yè)裝置上使用的熱電偶一般都有固定結(jié)構(gòu)，所以也不能隨意延長(zhǎng)。一般在熱電偶使用所以也不能隨意延長(zhǎng)。一般在熱電偶使用中都采用補(bǔ)償導(dǎo)線。中都采用補(bǔ)償導(dǎo)線。傳感技術(shù)熱電式傳感器所謂補(bǔ)償導(dǎo)線就是用熱電性質(zhì)與熱電偶相所謂補(bǔ)償導(dǎo)線就是用熱電性質(zhì)與熱電偶相近的材料制成導(dǎo)線，用它將熱電偶的參比近的材料制成導(dǎo)線，用它將熱電偶的參比端延長(zhǎng)到需要的地方，而且不會(huì)對(duì)熱電偶端延長(zhǎng)到需要的地方，而且不會(huì)對(duì)熱電偶回路引入超出允許的附加溫度誤差。回路引入超出允許的附加溫度誤差。隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)系列。國(guó)際電工委員會(huì)IEC也制定了也制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。見國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。見表表10-4傳感技術(shù)熱電式傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶的分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲補(bǔ)償導(dǎo)線顏色正極負(fù)極正極負(fù)極SCKCKXEXJXTXS（鉑銠10-鉑）K（鎳鉻-鎳硅）K（鎳鉻-鎳硅）E（鎳鉻-銅鎳）J（鐵-銅鎳）T（銅-銅鎳）SPC（銅）KPC（銅）KPX（鎳鉻）EPX（鎳硅）JPX（鐵）TPX（銅）SNC（銅鎳）KNC（銅鎳）KNX（鎳硅）ENX（銅鎳）JNX（銅鎳）TNX（銅鎳）紅紅紅紅紅紅綠藍(lán)黑棕紫白表10-4補(bǔ)償導(dǎo)線的分類型號(hào)與分度號(hào)傳感技術(shù)熱電式傳感器六、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式六、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件,熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。1、普通型熱電偶普通型熱電偶普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多,它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成傳感技術(shù)熱電式傳感器2、鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體,它可以做得很細(xì)很長(zhǎng),使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端熱容量小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,機(jī)械強(qiáng)度高,撓性好,可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上,因此被廣泛用在許多工業(yè)部門中。傳感技術(shù)熱電式傳感器3、薄膜熱電偶、薄膜熱電偶薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料,用真空蒸鍍、化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶,薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。杀〉?.010.1m）,具有熱容量小,反應(yīng)速度快等的特點(diǎn),熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí),適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。傳感技術(shù)熱電式傳感器七、七、熱電偶測(cè)溫線路熱電偶測(cè)溫線路熱電偶測(cè)溫時(shí),它可以直接與顯示儀表（如電子電位差計(jì)、數(shù)字表等）配套使用,也可與溫度變送器配套,轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),下圖 為典型的熱電偶測(cè)溫線路。傳感技術(shù)熱電式傳感器例：例：用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷端溫度to30，在直流電位差計(jì)上測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)EAB(t,30)=38500mV，求爐溫為多少?鎳鉻一鎳硅熱電偶分度表（自由端溫度為0 ）傳感技術(shù)熱電式傳感器解：解：查鎳鉻一鎳硅熱電偶K分度表得：根據(jù)中間溫度定律得：查鎳鉻一鎳硅熱電偶K分度表得：傳感技術(shù)熱電式傳感器8-2熱電阻傳感器熱電阻傳感器一、概述一、概述熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度的熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的裝置。測(cè)的裝置。熱電阻傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有：熱電阻傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有：1.測(cè)量準(zhǔn)確度高；測(cè)量準(zhǔn)確度高；2.有較大的測(cè)量范圍，尤其在低溫方面；有較大的測(cè)量范圍，尤其在低溫方面；3.易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。熱電阻傳感器一般常用于測(cè)量熱電阻傳感器一般常用于測(cè)量-200850范范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可至圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可至1K，高溫可，高溫可達(dá)達(dá)1000。傳感技術(shù)熱電式傳感器二、熱電阻材料和常用熱電阻二、熱電阻材料和常用熱電阻作為測(cè)量溫度用的熱電阻材料必須具作為測(cè)量溫度用的熱電阻材料必須具有以下特點(diǎn)：有以下特點(diǎn)：1.1.高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率，以高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率，以便提高靈敏度和保證測(cè)量準(zhǔn)確度；便提高靈敏度和保證測(cè)量準(zhǔn)確度；2.2.良好的輸出特性，即電阻與溫度變化接良好的輸出特性，即電阻與溫度變化接近線性關(guān)系；近線性關(guān)系；3.3.在使用范圍內(nèi)，其化學(xué)、物理性能應(yīng)保在使用范圍內(nèi)，其化學(xué)、物理性能應(yīng)保持穩(wěn)定；持穩(wěn)定；4.4.良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)，降低良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)，降低成本。成本。傳感技術(shù)熱電式傳感器根據(jù)上述要求，純金屬是制造熱電阻的根據(jù)上述要求，純金屬是制造熱電阻的主要材料。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、主要材料。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。這些材料的電阻率與溫度的銅、鎳、鐵等。這些材料的電阻率與溫度的關(guān)系一般可以近似用一個(gè)二次方程描述，即關(guān)系一般可以近似用一個(gè)二次方程描述，即式中式中電阻率；電阻率；t 溫度；溫度；a、b、c由實(shí)驗(yàn)確定的常量。由實(shí)驗(yàn)確定的常量。傳感技術(shù)熱電式傳感器下面介紹常用的幾種熱電阻材料和它們的特性下面介紹常用的幾種熱電阻材料和它們的特性(1)鉑熱電阻鉑熱電阻鉑的物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并有良好的工鉑的物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并有良好的工藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，其使用范圍是確度高等優(yōu)點(diǎn)，其使用范圍是-200850。除。除作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高準(zhǔn)確度的工業(yè)測(cè)作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高準(zhǔn)確度的工業(yè)測(cè)量。量。鉑熱電阻的特性方程為鉑熱電阻的特性方程為在在-2000的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi):Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)(8-15)在在0850的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi):Rt=R0(1+At+Bt2)(8-16)傳感技術(shù)熱電式傳感器式中式中Rt和和R0分別為分別為t和和0時(shí)鉑電阻值時(shí)鉑電阻值;A、B和