第4讲B温度传感器
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1、四、热电偶温度传感器四、热电偶温度传感器 热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计等分 类特 征传 感 器 名 称超高温用传感器1500以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器10001500光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器5001000光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0500低温用传感器-2500极低温用传感器-270-250BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容 测 温 范 围（一）、温度传感器分类(1)分 类特 征传 感 器 名 称测定精度0.10.5铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温
2、计温度标准用测定精度0.55热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值15 测 定 精 度温度传感器分类(2)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（903.89K 1337.58K）；光测温度计（1337.58K以上）。 1常用热电阻 范围：-260850；精度：0.001。改进后可连续工作2000h，失效率小于1，使用期为10年。2管缆热电阻 测温范围为-20
3、500，最高上限为1000，精度为0.5级。（二）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 l辐射高温计辐射高温计 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 2光谱高温计光谱高温计 其测量范围为4006000。 （三）非接触式温度传感器3 3超声波温度传感器超声波温度传感器 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、。4 4激光温度传感器激光温度传感器 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。 两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应热电效应。 （四）、热电偶的工作原理回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。热电偶原理图TT0AB热端冷端1. 接触电势接触电势原理图+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)导体A、
5、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/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。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。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dTTTeTTAA0),(0AeA(T,To)ToT温差电势原理图 导体材料确定后，热电势的大小只与热电导体材料确定后，热电势的大
6、小只与热电偶两端的温度有关。而且是偶两端的温度有关。而且是T T的单值函数，这就的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。是利用热电偶测温的原理。 只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。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。3. 回路总电势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
7、须采用两种不同材料作为电极。（五）、热电偶回路的性质1. 均质导体定律三种不同导体组成的热电偶回路2. 中间导体定律在热电偶回路中，接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电势。3. 3. 参考电极定律参考电极定律 当结点温度为当结点温度为T、T0时，用导体时，用导体A、B组成的热电偶的热组成的热电偶的热电势等于电势等于AC热电偶和热电偶和CB热电偶的热电势的代数和，即：热电偶的热电势的代数和，即：导体导体C称为标准电极（一般由铂制成）。这一规律称为参考称为标准电极（一般由铂制成）。这一规律称为参考电极定律。电极定律。),(),(),(000TTETTETT
8、ECBACAB 1铂铂铑热电偶(S型) 分度号LB3工业用热电偶丝：0.5mm。正极：铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极：铂丝。测量温度：长期：1300、短期：1600。特点：n 材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶 或基准热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。n 测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。n 在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵 蚀，需要用保护套管。（六）热电偶常用材料（六）热电偶常用材料 2镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型) 分度号EU2工业用热电偶丝： 1.22.5mm，实验室用可细些。正极：镍铬合金(用88.489.7镍、910铬
9、，0.6硅，0.3锰，0.40.7钴冶炼而成)。负极：镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度：长期1000，短期1300。特点：u 价格比较便宜，在工业上广泛应用。u 高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2， H2S等气体中易被侵蚀。u 复现性好，热电势大，但精度不如WRLB。 3镍铬考铜热电偶(E型) 分度号为EA2工业用热电偶丝:1.22mm，实验室用可更细些。正极：镍铬合金负极：考铜合金（用56铜，44镍冶炼而成）。测量温度：长期600，短期800。特点：l 价格比较便宜，工业上广泛应用。l 在常用热电偶中它产生的热电势最大。l 气体硫化物对热电偶有
10、腐蚀作用。考铜易氧化变 质，适于在还原性或中性介质中使用。 4铂铑30铂铑6热电偶(B型) 分度号为LL2正极：铂铑合金（用70铂，30铑冶炼而成）。负极：铂铑合金（用94铂，6铑冶炼而成）。测量温度：长期可到1600，短期可达1800。特点：l 材料性能稳定，测量精度高。l 还原性气体中易被侵蚀。l 低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。l 成本高。 5、几种持殊用途的热电偶（1 1）铱和铱合金热电偶）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 2）钨铼热电偶）钨铼热电偶 可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。国产钨铼-钨
11、铼20热电偶使用温度范围3002000分度精度为1。（3 3）金铁）金铁镍铬热电偶镍铬热电偶 主要用在低温测量，可在2273K范围内使用，灵敏度约为10V。（4 4）钯）钯铂铱铂铱1515热电偶热电偶 是一种高输出性能的热电偶，在1398时的热电势为47.255mV，比铂铂铑10热电偶在同样温度下的热电势高出3倍，因而可配用灵敏度较低的指示仪表，常应用于航空工业。 （6 6）铜）铜康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号MKMK 热电偶的热电势略高于镍铬-镍硅热电偶，约为43V/。复现性好，稳定性好，精度高，价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于20K473K的低温实验室测量中。 （5 5）铁）铁康铜
