第九章热电偶传感器.

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1、2022-5-301第九章第九章 热电偶传感器热电偶传感器章节导入：章节导入： 在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学研究得到广泛应用。研究得到广泛应用。本章要点本章要点:1、了解温度测量的基本概念和方法；、了解温度测量的基本概念和方法；2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点，、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点， 会对热电偶进行选型；会对热电偶进行选型；3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法，、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法， 并会

2、选择补偿导线。并会选择补偿导线。4、掌握控温仪表的接线方法。、掌握控温仪表的接线方法。2022-5-302第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 一、一、温度测量的基温度测量的基本概念本概念 温度标志着物温度标志着物质内部大量分子无规质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体温度越高，表示物体内部分子热运动越剧内部分子热运动越剧烈。烈。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！高温时的运动速度比低温时快！2022-5-303二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标。它规、温度的

3、数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。氏温标、热力学温标等。 2022-5-304几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温为37 37 C C 相当于华氏相当于华氏温度温度1.81.837+3237+32=98=98F F相当于热力相当于热力学温标学温标37+273=31037+273=310K K2022-5-305热力学温标（热力学温标（K K）

4、热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（单位是开尔文（K） 。19901990国际温标国际温标( (ITS-90) ITS-90) 从从1990年年1月月1日开始在全世界范围内采用日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计固定点，测量和重现这些固定

5、点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01 C）等。）等。 2022-5-306三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照用途可分为温度传感器按照用途可分为 基准温度计和工业温度计；基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为按照测量方法又可分为 接触式和非接触式；接触式和非接触式；按工作原理又可分为按工作原理又可分为 膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，按输出方式分， 有自发电型、非电测型等。有自发电型、非电测型等。 2022-5-307 所利用的物理现象所利用的物理现象传

6、感器类型传感器类型测温范围测温范围/0C特点特点气体热膨胀气体热膨胀气体温度计气体温度计液体压力温度计液体压力温度计玻璃水银温度计玻璃水银温度计双金属片温度计双金属片温度计-250-25010001000-200-200300300-50-50350350-50-50300300不需要电源、耐用；感温部件不需要电源、耐用；感温部件体积较大体积较大接触热电动势接触热电动势钨铼热电偶钨铼热电偶铂铑热电偶铂铑热电偶其它热电偶其它热电偶100010002100210020020018001800-200-20012001200自发电型，标准化程度高，品自发电型，标准化程度高，品种多、可根据需要选择；需

7、注种多、可根据需要选择；需注意冷锻温度补偿意冷锻温度补偿热电阻热电阻铂热电阻铂热电阻热敏电阻热敏电阻-200-200900900-50-50200200标准化程度高；需要接入桥路标准化程度高；需要接入桥路得到输出电压得到输出电压PNPN结结电压结结电压硅半导体硅半导体-50-50150150体积小、线性好、测温范围小体积小、线性好、测温范围小温度温度颜色颜色示温涂料示温涂料液晶液晶-50-50130013000 0100100面积大、可得到温度图像、易面积大、可得到温度图像、易衰老、分辨力低衰老、分辨力低光辐射光辐射热辐射热辐射红外辐射温度计红外辐射温度计光学高温温度计光学高温温度计热释电温度

8、计热释电温度计光子探测器光子探测器-50-5015001500500500300030000 0100010000 035003500非接触式测量、反应快；易受非接触式测量、反应快；易受环境及被测体表面影响；标定环境及被测体表面影响；标定困难困难表：温度传感器种类及特点表：温度传感器种类及特点2022-5-308举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热散热风扇风扇低温时低温时显示蓝色显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色2022-5-309举例：举例：体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，耐用；不需要电源，耐用； 但感温部件体积较大。但感

9、温部件体积较大。 气体的体积与热力学气体的体积与热力学温度成正比温度成正比2022-5-3010举例：举例：红外温度计红外温度计2022-5-3011第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加 电源，可直接驱动动圈式仪表；电源，可直接驱动动圈式仪表；2、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需要选择。形状的限制，可按照需要选择。3、测温范围广：下限可达、测温范围广：下限可达-270 C C ，上限可

10、达，上限可达 18001800 C C以上；以上；4 4、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员 会的标准。会的标准。2022-5-3012一、热电效应：一、热电效应：先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A一端称为：一端称为：自由端、自由端、参考端、参考端、冷端冷端 一端称为：一端称为：测量端、测量端、工作端、工作端、热端热端 热电极热电极B B热电势热电势AB2022-5-3013通过以上演示得出结论通

11、过以上演示得出结论 热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差与冷端热电势之差，是两个结点的温差t t 的函数的函数： E EABAB（T T，T T0 0）= =e eABAB （ T T ）- - e eABAB （ T T0 0 ）热电势大致与热电势大致与两个结点的温差两个结点的温差t t 成正比成正比A(nAnB)BT0TeAB(T0)eAB(T)eAB(T)E EABAB（T T，T T0 0）(T(T T T0 0) )2022-5-3014从实验到理论：热电效应从实验到理论：热电效应 1821年，德国