第11章溫度測(cè)量11.2熱電偶11.3熱電阻和熱敏電阻11.4集成溫度傳感器AD59011.1概述編輯ppt第三篇常見(jiàn)過(guò)程參數(shù)的測(cè)量過(guò)程控制系統(tǒng)至少包括被控對(duì)象〔或稱(chēng)被控過(guò)程〕、檢測(cè)裝置〔包括傳感器和變送器〕和控制器〔或調(diào)節(jié)器〕以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)四個(gè)根本局部。檢測(cè)裝置將被測(cè)參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位以及成分量等檢測(cè)出來(lái)，并變換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，系統(tǒng)顯示、記錄或進(jìn)行下一步的調(diào)整控制作用。檢測(cè)裝置實(shí)際上包括兩局部?jī)?nèi)容，首先是將被控參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，然后變送器將其變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。編輯ppt11.1概述

溫度是表征物體冷熱程度的一種物理量，是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最普遍、最重要的熱工參數(shù)之一。

溫度不能直接進(jìn)行測(cè)量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性，來(lái)進(jìn)行間接的測(cè)量。

根據(jù)測(cè)溫的方式可以分為接觸式測(cè)溫法與非接觸式測(cè)溫法兩大類(lèi)。編輯ppt11.1概述11.1.1溫度測(cè)量方法⑴接觸式測(cè)溫接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者進(jìn)行充分的熱交換，最后到達(dá)熱平衡，此時(shí)溫度計(jì)的示值就是被測(cè)對(duì)象的溫度。以接觸式方法測(cè)溫的常用溫度計(jì)有玻璃溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、熱電偶以及熱電阻等接觸式溫度測(cè)量特別適合以下，熱容大，無(wú)腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線(xiàn)測(cè)溫。編輯ppt11.1概述⑵非接觸式測(cè)溫非接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是通過(guò)接受被測(cè)物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。非接觸式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小，測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)得很高，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。為了保證溫度量值的準(zhǔn)確并利于傳遞，需要建立一個(gè)衡量溫度的統(tǒng)一尺度，即溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)〔零點(diǎn)〕和測(cè)量溫度的根本單位。編輯ppt11.1概述1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)根據(jù)某些物質(zhì)的體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。①華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)規(guī)定在大氣壓下純水的冰點(diǎn)為32度，沸點(diǎn)為212度，中間劃分為180等份，每一等份為1華氏度.②攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)將標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為零度，水的沸點(diǎn)定為100度，在0-100之間劃分了100等份，每一等份為1攝氏度，用符號(hào)t表示。11.1.2溫度的單位編輯ppt11.1概述攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)的關(guān)系為 〔11-1〕⒉熱力學(xué)溫標(biāo)1848年由開(kāi)爾文提出的以卡諾循環(huán)為根底建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國(guó)際單位制中七個(gè)根本物理單位之一。它與攝氏溫度之間的關(guān)系為〔11-2〕單位是開(kāi)，記為K。編輯ppt11.1概述3.絕對(duì)氣體溫標(biāo)從理想氣體狀態(tài)方程入手，復(fù)現(xiàn)的熱力學(xué)溫標(biāo)稱(chēng)為絕對(duì)氣體溫標(biāo)，由波義爾定律，有

〔11-3)式中，為P一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)；為V該氣體的體積；為R普適常數(shù)；為T(mén)熱力學(xué)溫度。當(dāng)氣體的體積為恒定時(shí)，其壓強(qiáng)就是溫度的單值函數(shù) 〔11-4〕

這種比值關(guān)系與開(kāi)爾文給出的熱力學(xué)溫標(biāo)的比值關(guān)系完全類(lèi)似。因此假設(shè)用同一固定點(diǎn)〔水的三相點(diǎn)〕來(lái)作參考點(diǎn)，兩種溫標(biāo)在數(shù)值上就完全相同。上式就是理想氣體的溫標(biāo)方程。編輯ppt11.1概述⒋國(guó)際溫標(biāo)根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定：熱力學(xué)溫度是根本溫度，用符號(hào)T表示，單位是開(kāi)，記為K。它規(guī)定水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度〔即固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相共存時(shí)的平衡溫度〕為273.16K，定義1K〔開(kāi)爾文1度〕等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。通常將比水的三相點(diǎn)溫度低0.01K的溫度規(guī)定為攝氏零度，它與攝氏溫度之間的關(guān)系為〔11-5〕溫度量程的分段與內(nèi)插方程。攝氏溫度與熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系仍如式〔11-5〕所示，可記為〔11-6〕編輯ppt11.1概述11.1.3溫度測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)

溫度測(cè)量范圍廣，測(cè)溫儀表的種類(lèi)很多。按工作原理分，有膨脹式、熱電阻、熱電偶以及輻射式等；按測(cè)量方式分，有接觸式和非接觸式兩類(lèi)。按溫度范圍范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指0-10K，低溫指10-800K，中溫指，高溫指，以上被認(rèn)為是超高溫。編輯ppt測(cè)溫方式類(lèi)別典型儀表名稱(chēng)測(cè)溫原理測(cè)量范圍

接觸式測(cè)溫儀表膨脹式雙金屬溫度計(jì)固體熱膨脹變形量隨溫度變化壓力式溫度計(jì)氣體、液體在定容條件下，壓力隨溫度變化玻璃管液體溫度計(jì)液體熱膨脹體積量隨溫度變化電阻類(lèi)熱電阻金屬或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化熱電類(lèi)熱電偶熱電效應(yīng)表11-1常用測(cè)溫儀表編輯ppt測(cè)溫方式類(lèi)別典型儀表名稱(chēng)測(cè)溫原理測(cè)量范圍

其它電學(xué)類(lèi)石英晶體溫度計(jì)晶體的固有頻率隨溫度變化集成溫度傳感器半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)非接觸式測(cè)溫儀表光電亮度溫度傳感器物體單色輻射強(qiáng)度及亮度隨溫度變化全輻射溫度傳感器物體全輻射能隨溫度變化部分輻射溫度傳感器限于特定部分光譜范圍工作內(nèi)輻射能隨溫度變化光電比色溫度傳感器兩個(gè)波長(zhǎng)的亮度比隨溫度變化編輯ppt11.2熱電偶在溫度測(cè)量中雖有許多不同測(cè)量方法，但利用熱電偶作為測(cè)溫元件應(yīng)用最為廣泛，其主要優(yōu)點(diǎn)為：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的。②具有較高的準(zhǔn)確度。③測(cè)量范圍寬，常用的熱電偶，低溫可測(cè)到，高溫可測(cè)到達(dá)左右，配以特殊材料的熱電極，最低可測(cè)，最高可達(dá)的溫度。④具有良好的敏感度。⑤使用方便。編輯ppt11.2熱電偶 兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使結(jié)點(diǎn)1和2處于不同的溫度T、，那么回路中會(huì)存在熱電勢(shì)，因而就有電流產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。11.2.1熱電效應(yīng)圖11-1

熱電偶回路編輯ppt11.2熱電偶圖11-2

溫差電勢(shì)一、熱電勢(shì)的產(chǎn)生

熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的。熱電偶的溫差電勢(shì)只與熱電極的材料和兩結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電極的幾何尺寸無(wú)關(guān)。

編輯ppt11.2熱電偶⒈單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)

在一根勻質(zhì)的導(dǎo)體中，如果兩端溫度不同，那么在導(dǎo)體的內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，這種電勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)。記為〔11-7〕A、B的溫差電動(dòng)勢(shì)分別為：編輯ppt11.2熱電偶圖11-3接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)：⒉兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)與接觸點(diǎn)溫度有關(guān)，與材料有關(guān)。編輯ppt11.2熱電偶⒊熱電偶回路總熱電勢(shì)由A、B兩種不同導(dǎo)體組成熱電偶回路中，如果兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度和兩個(gè)導(dǎo)體的電子密度不同，假設(shè)，回路中的總電勢(shì)〔11-8〕編輯ppt11.2熱電偶二、熱電偶根本定律⒈均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體〔或半導(dǎo)體〕組合的閉合回路，不管導(dǎo)體〔或半導(dǎo)體〕的截面和長(zhǎng)度如何以及各處的溫度如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。由均質(zhì)導(dǎo)體A組成的閉合回路如下：圖11-4

均質(zhì)導(dǎo)體回路編輯ppt11.2熱電偶所以，回路中總熱電勢(shì)在實(shí)際應(yīng)用中要注意以下幾點(diǎn)：①任何熱電偶都必須由兩種性質(zhì)不同的導(dǎo)體構(gòu)成。②如果熱電偶由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無(wú)關(guān)。在閉合回路中，由于材料相同，即兩接點(diǎn)，接觸電勢(shì)為零：即

由于導(dǎo)體A兩端溫度不同，故有溫差電勢(shì)產(chǎn)生，但回路中兩支路溫差電勢(shì)大小相等，方向相反，回路中總溫差電勢(shì)為零，即

編輯ppt11.2熱電偶⒉中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律是指，在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)無(wú)影響。該表達(dá)可表示為：〔11-9〕

編輯ppt11.2熱電偶圖11-5

有中間導(dǎo)體的熱電偶回路編輯ppt11.2熱電偶所以

因?yàn)橐詧D11-5a為例進(jìn)行分析編輯ppt11.2熱電偶在圖11-5b中因?yàn)?/p>

所以

編輯ppt11.2熱電偶⒊標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律是指：如果將導(dǎo)體C〔熱電極，一般為純鉑絲〕作為標(biāo)準(zhǔn)電極，并標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度〔、〕下，任意兩導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其熱電勢(shì)可由下式求得：〔11-10〕—結(jié)點(diǎn)溫度為—結(jié)點(diǎn)溫度仍為與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)。，由導(dǎo)體A、B組成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)；編輯ppt11.2熱電偶圖11-6

標(biāo)準(zhǔn)電極定律編輯ppt11.2熱電偶⒋連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律

連接導(dǎo)體定律指出，在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線(xiàn)A'、B'相連接，結(jié)點(diǎn)溫度分別為，那么回路的熱電勢(shì)將等于熱電偶的熱電勢(shì)

與連接導(dǎo)線(xiàn)A'、B'在溫度

時(shí)的熱電勢(shì)

的代數(shù)

和，即

〔11-11〕連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行溫度測(cè)量的理論根底。編輯ppt11.2熱電偶

當(dāng)A與A'，B與B'材料分別相同且結(jié)點(diǎn)溫度為

時(shí)，根據(jù)連接導(dǎo)體定律得該回路的熱電勢(shì)，圖11-7

連接導(dǎo)體定律

〔11-12〕編輯ppt11.2熱電偶說(shuō)明,熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為就等于熱電偶在〔〕，〔〕時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)與的代數(shù)和，這就是中間溫度定律，稱(chēng)為中間溫度。時(shí)，熱電勢(shì)其中

中間溫度定律為熱電偶制定分度表提供了理論依據(jù)，根據(jù)這一定律只要列出參考溫度為

時(shí)的熱電勢(shì)—溫度關(guān)系，那么參考溫度不等于

的熱電勢(shì)就可按上式求出。編輯ppt11.2熱電偶一、熱電偶的材料對(duì)熱電偶的電極材料主要要求是：①配制成的熱電偶應(yīng)具有較大的熱電勢(shì)，并希望熱電勢(shì)與溫度之間成線(xiàn)性關(guān)系或近似線(xiàn)性關(guān)系。②能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，并且在長(zhǎng)期工作后物理化學(xué)性能與熱電性能都比較穩(wěn)定。③電導(dǎo)率要求高，電阻溫度系數(shù)要小。④易于復(fù)制，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)。二、熱電偶的型號(hào)⑴標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC〕推薦的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種，我國(guó)均已采用。11.2.2熱電偶的材料、型號(hào)及結(jié)構(gòu)編輯ppt11.2熱電偶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，工藝成熟，應(yīng)用廣泛，性能良好穩(wěn)定，能成批生產(chǎn)，同一型號(hào)可以互換，統(tǒng)一分度，并有配套顯示儀表。工作端溫度高于參考端時(shí)，前一導(dǎo)體為熱電勢(shì)的正極，后一種為負(fù)極，即前者材料的電子密度大于后者。⒈鉑銠10-鉑熱電偶〔分度號(hào)S〕⒉鉑銠30-鉑銠6熱電偶〔分度號(hào)B)⒊鉑銠13-鉑熱電偶〔分度號(hào)R)⒋鎳鉻-鎳硅熱電偶〔分度號(hào)K〕⒌鎳鉻-康銅熱電偶〔分度號(hào)E〕⒍鎳鉻硅-鎳硅熱電偶〔分度號(hào)N〕⒎銅-康銅熱電偶〔分度號(hào)T〕⒏鐵-康銅熱電偶〔分度號(hào)J〕編輯ppt11.2熱電偶⑵非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶除了上述標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之外，在某些特殊條件下，例如超高溫、超低溫等，也應(yīng)用一些特殊熱電偶，因目前還沒(méi)有到達(dá)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化程度，非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表。銥銠40-銥熱電偶是當(dāng)前唯一能在氧化氣氛中測(cè)到高溫的熱電偶，因此成為宇航火箭技術(shù)中的重要測(cè)溫元件范圍內(nèi)使用。鎳鉻-金鐵是一種較為理想的低溫?zé)犭娕迹稍诰庉媝pt11.2熱電偶

此外，利用石墨和難熔化合物這些非金屬材料熔點(diǎn)高，在

以上高溫條件下性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，作為高溫?zé)犭娕疾牧峡梢越鉀Q金屬熱電偶材料無(wú)法解決的問(wèn)題。目前已研制出碳—石墨、石墨-碳化硅、石墨-碳化鉬以及硼化碳-碳等非金屬熱電偶。三、熱電偶的結(jié)構(gòu)：⒈普通熱電偶工業(yè)上常用的普通熱電偶的結(jié)構(gòu)由熱電極1、絕緣套管2〔防止兩個(gè)熱電極在中間位置短路〕、保護(hù)套管3〔使熱電極免受化學(xué)侵蝕及機(jī)械損傷〕、接線(xiàn)盒4〔連接導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)接線(xiàn)盒與熱電極連接〕、接線(xiàn)盒5〔防止灰塵、水分及有害氣體進(jìn)入保護(hù)套管內(nèi)〕組成。編輯ppt11.2熱電偶普通熱電偶主要用于氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度測(cè)量，這類(lèi)熱電偶已做成標(biāo)準(zhǔn)形式，可根據(jù)測(cè)溫范圍和環(huán)境條件選擇適宜的熱電極材料和保護(hù)套管。圖11-8

普通熱電偶的根本結(jié)構(gòu)

編輯ppt11.2熱電偶⒉鎧裝熱電偶(又稱(chēng)纜式熱電偶)鎧裝熱電偶是將熱電極、緣材料連同金屬保護(hù)套一起拉制成形的，可做得很細(xì)、很長(zhǎng)，其外徑可小到1-3mm，而且可以彎曲，適合于測(cè)量狹小的對(duì)象上各點(diǎn)的溫度。鎧裝熱電偶種類(lèi)多，可制成單芯、雙芯和四芯等。主要特點(diǎn)是測(cè)量端熱容量小；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；有良好的柔性，便于彎曲；抗振性能好，強(qiáng)度高。⒊薄膜熱電偶用真空蒸鍍〔或真空濺射〕的方法，將熱電偶材料淀積在絕緣基板上而制成的熱電偶稱(chēng)薄膜熱電偶。由于熱電偶可以做得很薄，測(cè)外表溫度時(shí)不影響被測(cè)外表的溫度分布，其本身熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，故適合于測(cè)量微小面積和瞬時(shí)變化的溫度。編輯ppt11.2熱電偶圖11-9

薄膜熱電偶1-測(cè)量端

2-絕緣基板

3、4-熱電極

5、6-引出線(xiàn)

7-接頭夾具編輯ppt11.2熱電偶

圖11-10

鎧裝熱電偶1-接線(xiàn)盒

2-金屬套管

3-固定裝置

4-絕緣材料

5-熱電極除此之外，還有用于測(cè)量圓弧形固體外表溫度的外表熱電偶和用于測(cè)量液態(tài)金屬溫度的浸入式熱電偶等。編輯ppt11.2熱電偶一、測(cè)溫原理和方法⒈理論依據(jù)熱電偶兩個(gè)電極的材料確定以后，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就只與熱電偶兩端溫度有關(guān)，如果使參考端溫度恒定不變，那么對(duì)給定材料的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)就只與工作端溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即

〔11-14〕11.2.3熱電偶測(cè)溫電路編輯ppt11.2熱電偶⒉熱電偶測(cè)量線(xiàn)路①測(cè)量單點(diǎn)溫度的根本電路熱電偶與動(dòng)圈式儀表連接，如圖11-11所示。圖11-11

熱電偶與動(dòng)圈儀表連接使用編輯ppt11.2熱電偶

該力矩M促使線(xiàn)圈繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支持線(xiàn)圈的張絲便產(chǎn)生反作用力矩，其大小與線(xiàn)圈的偏轉(zhuǎn)角成正比，即〔11-16〕

在線(xiàn)圈幾何尺寸和匝數(shù)已定的條件下，M只與流過(guò)線(xiàn)圈的電流大小成正比，即〔11-15〕編輯ppt11.2熱電偶

〔11-18〕

式中，-回路的熱電勢(shì)平衡時(shí)，動(dòng)圈停止在某一位置上，此時(shí)流過(guò)儀表的電流為

當(dāng)

和

動(dòng)圈的偏轉(zhuǎn)角為式中，C—-儀表靈敏度，顯示動(dòng)圈轉(zhuǎn)角與流過(guò)線(xiàn)圈的電流具有單值正比關(guān)系。〔11-17〕編輯ppt11.2熱電偶②熱電偶串聯(lián)〔熱電堆〕圖中C、D為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，回路總電勢(shì)為：〔11-19〕即回路總電勢(shì)為各熱電偶電勢(shì)之和。如果要測(cè)平均溫度，那么為了提高測(cè)量精度和靈敏度，也可將n支型號(hào)相同的熱電偶依次串聯(lián)，如圖11-13。編輯ppt11.2熱電偶圖11-12

兩支熱電偶的串聯(lián)編輯ppt11.2熱電偶圖11-13

正向串聯(lián)編輯ppt11.2熱電偶③熱電偶并聯(lián)-平均溫度測(cè)量測(cè)量平均溫度的方法是用幾支同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)接在一起。使用熱電偶并聯(lián)的方法測(cè)多點(diǎn)的平均溫度，其優(yōu)點(diǎn)是儀表的分度仍然和單獨(dú)配用一個(gè)熱電偶時(shí)一樣，缺點(diǎn)是當(dāng)有一支熱電偶燒斷時(shí)，不能即使覺(jué)察出來(lái)。

如果n支熱電偶的電阻值相等，則并聯(lián)電路總電勢(shì)為：

（11-26）回路中總的電熱勢(shì)為〔11-25〕編輯ppt11.2熱電偶圖11-14

熱電偶并聯(lián)線(xiàn)路編輯ppt11.2熱電偶④熱電偶反接〔差動(dòng)熱電偶〕圖11-15

熱電偶反向串接編輯ppt11.2熱電偶這種測(cè)量線(xiàn)路是測(cè)量?jī)商帨囟炔睢睺1-T2〕的一種方法。它是把兩個(gè)型號(hào)相同的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)把它們反接而成，此時(shí)輸入到測(cè)量?jī)x表的熱電勢(shì)為兩個(gè)熱電偶的熱電勢(shì)之差，即

〔11-27〕

從上式可以看出即反響出溫度T1和T2編輯ppt11.2熱電偶二、熱電偶的冷端處理

⒈冷端恒溫方式為防止經(jīng)常校正的麻煩，可使冷端溫度保持為恒定的。

在實(shí)驗(yàn)室條件下采用冷端恒溫方式，也稱(chēng)為冰浴法，通常是把冷端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿(mǎn)冰水混合物的保溫容器中，使冷端保持，這時(shí)熱電偶輸出的熱電勢(shì)與分度值一致。實(shí)驗(yàn)室中通常使用這種方法。近年來(lái)，已生產(chǎn)一種半導(dǎo)體制冷器件，可恒定在。編輯ppt11.2熱電偶⒉冷端的延伸——使冷端遠(yuǎn)離被測(cè)熱源

圖11-16

熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)連接編輯ppt11.2熱電偶=式中，——工作熱電偶冷端溫度；——為——工作熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)；——補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)。上述方法只是相當(dāng)于冷端直接延伸到了溫度為T(mén)0處，但并不消除冷端溫度不為該用前面介紹的補(bǔ)正方法把冷端修正到必須指出，只有當(dāng)新移接點(diǎn)處的冷端溫度恒定或配用的儀表本身具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)才有意義。編輯ppt11.2熱電偶在工業(yè)上制成了專(zhuān)用的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，并以不同顏色區(qū)別各種特定熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。在使用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面：①各種補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；②注意極性，不能接反，否那么會(huì)造成更大的誤差；③補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶連接的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，其溫度必須相同。編輯ppt11.2熱電偶圖11-17

電橋補(bǔ)償法⒊冷端溫度波動(dòng)的自動(dòng)補(bǔ)償――電橋補(bǔ)償法編輯ppt11.2熱電偶⒋熱電勢(shì)補(bǔ)正法由中間溫度定律得知，參考端溫度為

時(shí)的熱電勢(shì)為可見(jiàn)當(dāng)參考端溫度時(shí)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)將不等于而引入誤差。熱電偶的熱電特性，是在參考端為條件下獲得的，假設(shè)不加補(bǔ)正，所測(cè)得的溫度必然要低于實(shí)際值。為此，只要將測(cè)得的熱電勢(shì)加上就可獲得所需的是參考端為時(shí)的熱電勢(shì)，可查分度表得到，即為補(bǔ)正值。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器叫熱電阻傳感器，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的裝置。按采用的電阻的材料可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類(lèi)，前者通常稱(chēng)為熱電阻，后者稱(chēng)為熱敏電阻。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻11.3.1金屬熱電阻1.對(duì)熱電阻材料的要求并非所有的金屬材料都適合做溫度敏感元件，適于制作溫度測(cè)量敏感元件的電阻材料要具備以下要求：①溫度特性的線(xiàn)性度好——良好的輸出特性，即電阻溫度的變化接近于線(xiàn)性關(guān)系；②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)量精度；③電阻率大；④在使用范圍內(nèi)，其化學(xué)、物理性能應(yīng)保持穩(wěn)定；⑤良好的工藝性，以便批量生產(chǎn)，降低本錢(qián)。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻2.電阻——溫度特性電阻隨溫度變化的關(guān)系：⒊常用熱電阻1〕鉑電阻鉑是一種貴金屬，其主要特點(diǎn)是物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并且有良好的工藝性，易于提純，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。它的缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)小。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系近似直線(xiàn)，可用下式表示：在在式中，Rt為溫度為t時(shí)的電阻值；R0為溫度為的電阻值；A為常數(shù)B為常數(shù)C為常數(shù)編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻2〕銅電阻鉑是貴金屬，價(jià)格昂貴，因此在測(cè)溫范圍比較小〔稱(chēng)銅電阻。在一些測(cè)量精度不高且溫度較低的地方一般采用銅電阻，可用它來(lái)測(cè)量銅電阻有以下優(yōu)點(diǎn)：〕的情況下，可采用銅制成的測(cè)溫電阻，①在上述溫度范圍內(nèi)有很好的穩(wěn)定性，銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為②電阻溫度系數(shù)高；③材料容易提純，價(jià)格廉價(jià)；編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻3〕其他熱電阻鎳和鐵電阻的溫度系數(shù)較大，電阻率也較高，適合做熱電阻，但由于存在易氧化或非線(xiàn)性嚴(yán)重等缺點(diǎn)，目前應(yīng)用較少。鉑、銅熱電阻不適宜做低溫和超低溫測(cè)量，近年來(lái)，一些新穎的測(cè)量低溫領(lǐng)域的材料相繼出現(xiàn)，如銦電阻、錳電阻、碳電阻等。⒋熱電阻傳感器的應(yīng)用在工業(yè)上廣泛應(yīng)用熱電阻傳感器進(jìn)行范圍的溫度測(cè)量。熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)量的特點(diǎn)是精度高，適于測(cè)低溫。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻a〕三線(xiàn)制結(jié)構(gòu)

b〕四線(xiàn)制結(jié)構(gòu)圖11-18

熱電阻傳感器測(cè)量電路編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻

熱敏電阻是一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一定比例混合后壓制成型，然后在高溫下燒結(jié)而成。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制中。11.3.2熱敏電阻——半導(dǎo)體電阻編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻⒈熱敏電阻的類(lèi)型和特點(diǎn)

相對(duì)于一般的金屬熱電阻而言，它主要有如下特點(diǎn)：①電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10~100倍②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度；③電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；④阻值與溫度變化呈非線(xiàn)性關(guān)系；⑤穩(wěn)定性和互換性較差。⒉熱敏電阻的結(jié)構(gòu)及符號(hào)

熱敏電阻主要由熱敏探頭、引線(xiàn)、殼體構(gòu)成，結(jié)構(gòu)及符號(hào)分別如圖11-19所示。編輯ppt11.3熱電阻和熱敏電阻圖11-19

熱敏電阻的結(jié)構(gòu)及符號(hào)編輯ppt11