空氣供給系統主要元件的構造與維修溫度傳感器第1頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一模塊二溫度傳感器第2頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第二章第4節溫度傳感器本章內容：溫度測量概述熱電偶傳感器金屬熱電阻傳感器半導體熱敏電阻第3頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一溫度測量概述溫度測量基本概念

溫度標志著物質內部大量分子無規則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內部分子熱運動越劇烈。第4頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

溫標

溫度數值的表示方法稱為溫標。目前國際上規定的溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標（絕對溫標）等。第5頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一華氏溫標：冰的熔點為32F，水的沸點為212F。符號為，單位F。幾種溫標的對比攝氏溫標：冰的熔點定為0℃，水的沸點100℃。符號為t，單位為℃。第6頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱力學溫標（K）

熱力學溫標：又稱開氏溫標，規定分子運動停止時的溫度為絕對零度，水的三相點的溫度為273.16度。它的符號是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像第7頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一測量方法接觸式非接觸式工作原理膨脹式電阻式熱電式輻射式

溫度傳感器按照用途可分為基準溫度計和工業溫度計；按輸出方式分，有自發電型、非電測型等。

溫度測量分類第8頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一示溫涂料裝滿熱水后圖案變色第9頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

CPU散熱風扇低溫時為藍色溫度升高后變為紅色第10頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一不需要電源，耐用但感溫部件體積較大氣體的體積與熱力學溫度成正比第11頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一紅外溫度計第12頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一任務一熱電偶傳感器熱電偶測溫原理熱電偶材料、分類及結構熱電偶冷端補償熱電偶應用第13頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱電偶傳感器特點

1.結構簡單、制造使用方便，電極不受大小和形狀限制，可按照需要選擇；

2.測溫范圍廣，下限可達-260℃，上限可達1800℃以上；

3.熱慣性小，準確度高，各溫區中誤差均符合計量委員會標準。第14頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一一、熱電偶測溫原理指南針1821年，德國物理學家賽貝克

指南針偏轉說明回路中有電動勢產生，并有電流在回路中流動；電流的強弱與兩個接點的溫差有關。第15頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

由兩種不同材料的導體組成的閉合回路，由于回路中兩個接點溫度的不同，使回路中產生了電動勢，簡稱熱電勢（ThermoelectricForce），這種現象稱之為熱電效應。熱端（熱接點）T冷端（冷接點）T0熱電勢：EAB(T,T0)熱電效應第16頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一接觸電動勢

兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發生自由電子的擴散現象。自由電子從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產生熱電勢自由電子＋ABeAB（

T）T第17頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

在單一導體中，熱端自由電子的熱運動動能大，冷端相對較小，在電子相互擴散中，熱端電子較多地通過A擴散到冷端。熱端失去電子帶正電，冷端得到電子而帶負電，從而形成一個靜電場，該電場反過來會阻礙電子的繼續擴散，直到二者達到動態平衡，此時，在導體的兩端必然會形成一個電位差，這個電位差稱為溫差電勢。溫差電勢AT0TBσ—湯姆遜系數，表示單一導體兩端溫度差為1℃時所產生的溫差電勢，其大小取決于材料性質和兩端溫度第18頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一溫差電勢接觸電勢逆時針方向：熱電勢的組成AT0TB第19頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一分度表第20頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一結論

1、熱電偶必須要由兩種不同材料才能構成，如果熱電偶兩極材料相同，即使兩端溫度不同，但總輸出熱電動勢仍為零；

2、如果熱電偶兩結點溫度相同，則回路總的熱電動勢必然等于零。兩結點溫差越大，熱電動勢越大。

3、熱電動勢大小只與材料和結點溫度有關，而熱電偶的內阻與其長短、粗細、形狀有關。熱電偶越細內阻越大。第21頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一回顧思考：1.正常人體溫約為37℃，則此時華氏溫度約為（），熱力學溫度約為（）。2.什么是熱電效應？3.熱電偶產生的熱電動勢由哪幾部分組成？大小與什么有關？4.用鎳鉻-鎳硅

熱電偶測量某一水池內水的溫度，測出的熱電動勢為2.43mV。再用溫度計測出環境溫度為30℃（且恒定），求池水的真實溫度。

第22頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一CTT0T0TT0TNTNAB

熱電偶回路總的熱電勢，不會因為在其電路中的任意部分接入第三種兩端溫度相同的材料而有所改變。

熱電偶基本定理1.中間導體定理第23頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一BATNTBAT0TN+=BAT0TTN熱電偶基本定理2.中間溫度定理第24頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱電偶定理

鎳鉻—鎳硅熱電偶，工作時其自由端溫度為30℃,測得熱電勢為30.43mV,求被測介質的實際溫度。思考題：第25頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱電偶基本定律3.參考電極定律熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在結點溫度為（T,）時的熱電動勢分別為、，在相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對后的熱電動勢可按照下面公式計算：第26頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一二、熱電偶材料、分類及結構熱電偶材料

熱電極：組成熱電偶的兩根熱偶絲。要求：

1.制成熱電偶的熱電動勢應較大；熱電動勢與被測溫度之間應盡量成線性關系；

2.化學穩定性好，不易氧化和腐蝕；

3.復現性好，響應速度快。第27頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

國際電工委員會（IEC）認證的性能較好的標準化熱電偶有8種，國際上稱之為“字母標志熱電偶”。第28頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一接線盒引出線套管固定螺紋（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）不銹鋼保護管熱電偶的種類和結構普通熱電偶結構普通裝配型熱電偶的結構放大圖第29頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第30頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第31頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一鎧裝型熱電偶

制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。

特點：內部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優點。

第32頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一隔爆型熱電偶

結構特點：接線盒在設計時采用防爆的特殊結構，是經過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內一旦放弧時，不會與外界環境的危險氣體傳爆，能達到預期的防爆、隔爆效果。

使用場合：工業用的隔爆型熱電偶多用于化學工業自控系統中（由于在化工生產廠、生產現場常伴有各種易燃、易爆等化學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環境氣體爆炸）。第33頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一隔爆型熱電偶外形厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線第34頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

由兩種薄膜熱電極材料,用真空蒸鍍、化學凃層等辦法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶。

其熱接點可以做得很小(可薄到0.01~0.1μm)，具有熱容量小,反應速度快等的特點,熱相應時間達到微秒級，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態溫度測量。薄膜熱電偶第35頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一小形K型熱電偶其他熱電偶外形第36頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一思考題：1.測CPU散熱片的溫度應選用（）型熱電偶。2.測量鍋爐煙道中煙氣溫度應選用（）型熱電偶。3.測100m深巖石鉆孔中溫度應選用（）型熱電偶。第37頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱電偶測量電路1.測量某點溫度的基本電路第38頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

將兩個同型號的熱電偶配用相同的補償導線，其接線應使兩熱電勢反向串聯

ET=E1-E22.測量兩點之間的溫度差第39頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

用幾個同型號的熱電偶依次將正負相連，A′、B′是與被測量熱電偶熱電性質相同的補償導線。

輸出電勢大，可感應較小的信號。只要一個熱電偶斷路，總的熱電勢消失，或熱電偶短路，將會引起儀表值的下降。ET=E1+E2+E3回路總的熱電勢為：3.測量溫度之和第40頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

用幾個同型號的熱電偶(工作在線性段)并聯在一起，在每一個熱電偶線路中分別串聯均衡電阻R，且儀表輸入阻抗很大ET=(E1+E2+E3)/34.測量設備中的平均溫度

回路中總的熱電勢等于熱電偶輸出電勢之和的平均值第41頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一ABTB’A’TNTNRLT0T0Cu三、熱電偶冷端延長冷端延長方法第42頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一使用補償導線的優點：1.將冷端溫度波動區延長到溫度相對穩定區，是指示儀表示值變得穩定起來。

2.補償導線比使用相同長度的熱電極便宜很多。

3.補償導線多用銅及合金制作，所以單位長度直流電阻比直接使用很長的熱電極小得多，可以減小測量誤差。

4.補償導線通常使用塑料做絕緣層，易彎曲，便于敷設。第43頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一補償導線外形

A’B’屏蔽層保護層第44頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一注意問題

1、兩根補償導線與熱電偶兩個電極接點溫度必須相同；

2、各補償導線只能與相應型號熱電偶相配

補償導線在0-100℃范圍內，熱電勢與配套的熱電偶熱電勢相等，所以不影響測量精度。第45頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一3、必須在規定范圍內使用。4、極性切勿接反。第46頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的誤差。

在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在0C不變。四、熱電偶冷端溫度補償1、冷端恒溫法第47頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一冰浴法接線圖

1—被測流體管道

2—熱電偶

3—接線盒

4—補償導線

5—銅質導線

6—毫伏表

7—冰瓶

8—冰水混合物

9—試管

10—新的冷端

第48頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一2.儀表機械零點調整法第49頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一T0AB’A’T0R5R2R3RhRpabcdmVB

利用不平衡電橋產生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

3、電橋補償法第50頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一XT-WBC熱電偶冷端補償器第51頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一燃氣熱水器防熄火、防缺氧原理五、熱電偶應用第52頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一回顧思考：1.什么是補償導線？熱電偶測溫為什么要采用補償導線？使用要注意什么問題？2.熱電偶溫度補償有幾種方法？3.在實驗室測量金屬的熔點時，冷端溫度補償可用（）減小測量溫差；而在車間，用帶微機的數字式測溫儀表測量爐膛的溫度時，應采用（）較為妥當。第53頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發現其冷態阻值只有幾十歐姆，額定熱態電阻值應為多少？第54頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一金屬熱電阻傳感器第55頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱電阻效應

隨著溫度的增高，金屬材料的電阻率ρ會隨著發生變化，這個電阻率變化的比例我們用一個系數來表示，稱為材料的電阻溫度系數αt，這種現象我們就稱為熱電阻效應。

溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。一、工作原理第56頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一二、熱電阻材料特點及性能

1.熱電阻材料特點

1）大電阻、溫度系數高；

2）大電阻率；

3）小熱容量；

4）穩定物理、化學性能，復現性要好；

5）電阻與溫度關系必須有線性或接近線性；

6）易于提純，良好的工藝性。第57頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第58頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一2.鉑電阻性能穩定、重復性好、精度高工業鉑電阻測溫范圍為：-200℃--850℃鉑電阻阻值與溫度之間關系為：在-200℃~0℃：在0~850℃：工業用鉑熱電阻和兩種。第59頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一鉑電阻分度表第60頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一3.銅電阻測溫范圍為：-50~150℃銅電阻阻值與溫度之間關系近似為：目前國標規定的銅熱電阻和兩種。第61頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一850第62頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一三、熱電阻傳感器的結構第63頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

薄膜型及普通型鉑熱電阻第64頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一小型鉑熱電阻

第65頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一防爆型鉑熱電阻

第66頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻第67頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一四、熱電偶傳感器和熱電阻傳感器的區別工作原理熱電阻工作原理基于熱阻效應熱電偶工作原理基于熱電效應測溫范圍

熱電阻測溫范圍鉑：-200~850℃銅：-50~150℃熱電偶測溫范圍廣：-260~1800℃特性

相同溫度下，熱電阻測溫輸出信號大，容易測量。熱電阻感溫部件尺寸較大，反映較慢。第68頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一回顧思考：1.根據熱電阻性質不同，熱電阻傳感器可分為哪兩大類？2.熱電阻測量轉換電路采用三線制是為了什么？3.Pt25和Pt100分別是什么意思？第69頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一五、熱電阻測溫電路熱電阻與儀表式放大器接線有三種方式：

兩線制、三線制和四線制熱電阻內部導線（引出線）形式：第70頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一三線制接法第71頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第72頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一恒流源四線制第73頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一六、熱電阻的應用熱電阻式流量計電路原理圖第74頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一半導體熱敏電阻第75頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一一、熱敏電阻分類及結構分類1.按特性分類正溫度系數熱敏電阻（PTC-PositiveTemperatureCoefficientThermistor）負溫度系數熱敏電阻（NTC-NogativeTemperatureCoefficicentThermistor）臨界溫度熱敏電阻（CTR-CriticalTemperatureResistor）第76頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一2.按工作溫度范圍低溫熱敏電阻：工作溫度低于-55℃常溫熱敏電阻：工作溫度為-55℃~+315℃高溫熱敏電阻：工作溫度高于+315℃3.按材料

分為陶瓷熱敏電阻、單晶熱敏電阻、非晶熱敏電阻、塑料熱敏電阻及金剛石熱敏電阻等。第77頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一熱敏探頭、引線和殼體

MF12型TC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻熱敏電阻結構形式第78頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一其他形式的熱敏電阻

MF58型熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻第79頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一帶安裝孔的熱敏電阻第80頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

第81頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一

MF58型（珠形）高精度負溫度系數熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻第82頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第83頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第84頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一第85頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一二、熱敏電阻的溫度特性12345第86頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一結論：熱敏電阻溫度系數值遠大于金屬熱電阻，所以靈敏度很高；同溫度情況下，熱敏電阻阻值遠遠大于金屬熱電阻。所以連接導線電阻的影響極小，適用于遠距離測量；熱敏電阻R-T曲線非線性十分嚴重，所以其測量溫度范圍遠小于金屬熱電阻。第87頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一1）電阻溫度系數絕對值大，因而靈敏度高，測量線路簡單，甚至不用放大器便可輸出幾伏的電壓；2）體積小、重量輕、熱慣性小；3）本身電阻值大，不需要考慮引線長度帶來的誤差，因而適合遠距離測量；4）熱敏電阻產品已經系列化生產，便于設計選用；5）工作壽命長，且價格便宜。三、熱敏電阻特點

優點：第88頁，共97頁，2023年，2月20日，星期一1）非線性大，在電路上需要進行線性化補償；2）穩定性稍差，有老化現象；3）同一型號有3％～5％的阻值誤差，常數B也有3％左右誤差，所以一致性差，要互換時要進行挑選。缺點：第89頁，共97頁，2023年，2月20