热电式传感器(讲稿)李江全石河子大学机电学院电气工程教研室
热 电 式 传 感 器 (讲 稿) 李江全 石河子大学机电学院电气工程教研室
目录一、温度的测量方法1、温度与温标2、温度的测量方法二、热电偶1、测温原理2、热电偶回路的几点结论3、热电偶冷端温度补偿4、热电偶的配套仪表及实用测温电路5、热电偶的种类及选用6、热电偶的结构7、热电偶测温的优缺点二、热电阻1、概述2、铂热电阻3、铜热电阻4、热电阻应用三、热敏电阻1、测温原理2、类型3、结构4、特点5、应用
目 录 一、温度的测量方法 1、温度与温标 2、温度的测量方法 二、热电偶 1、测温原理 2、热电偶回路的几点结论 3、热电偶冷端温度补偿 4、热电偶的配套仪表及实用测温电路 5、热电偶的种类及选用 6、热电偶的结构 7、热电偶测温的优缺点 二、热电阻 1、概述 2、铂热电阻 3、铜热电阻 4、热电阻应用 三、热敏电阻 1、测温原理 2、类型 3、结构 4、特点 5、应用
补充问题1、摄氏温标、华氏温标、热力学温标是怎样建立的？2、半导体和金属的电阻率与温度的关系有何差别？原因是什么？3、由负温度系数热敏电阻的热电特性（温度特性）和伏安特性可得出什么结论？有何实用意义？4、为什么热电阻在管路上安装时的插入深度要求比热电偶长得多？5、热电式温度传感器的安装原则是什么？如何正确安装？
补充问题 1、摄氏温标、华氏温标、热力学温标是怎样建立的？ 2、半导体和金属的电阻率与温度的关系有何差别？原因是什么？ 3、由负温度系数热敏电阻的热电特性（温度特性）和伏安特性可得 出什么结论？有何实用意义？ 4、为什么热电阻在管路上安装时的插入深度要求比热电偶长得多？ 5、热电式温度传感器的安装原则是什么？如何正确安装？
一、温度的测量方法（一）温度与温标1、温度温度是物体内部大量分子热运动的总体表现，是用来定量地描述物体冷热程度的物理量。从本质上讲，温度是表征处于热平衡状态的宏观物体内部运动状态的物理量。温度愈高，物体内部分子热运动的平均动能也愈大。2、温标为了定量地表示温度高低，必须对温度的读数起点（零点）以及温度的计量单位作出统一的规定，于是建立了温标。用来衡量物体温度的标尺称为温标。它规定了温度的数值表示方法。各种温度计的刻度值均根据温标来确定。用不同温标所确定的温度数值是不同的。在国际上建立的温标有以下几种：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际实用温标。摄氏温标t（℃）与华氏温标e（OF）的换算关系为：θ=1.8t+32国际实用温标T（K）与摄氏温标t（C）的换算关系为：T=t+273（二）温度的测量方法按照温度的严格定义，直接测量温度是不可能的，只能根据物体的某些外部参数与温度之间的函数关系，来间接地测量温度。温度的测量方法可以分为接触法与非接触法两类。1、接触法测温1）测温机理测温机理：使温度敏感元件与被测对象相接触，若两者的温度不同，则必然在其间产生热交换，直至达到相互热平衡为止，从而使二者温度相等。因此根据温度敏感元件的某些特性参数与温度之间的函数关系，即可间接获知被测
一、温度的测量方法 （一）温度与温标 1、温度 温度是物体内部大量分子热运动的总体表现，是用来定量地描述物体冷热 程度的物理量。从本质上讲，温度是表征处于热平衡状态的宏观物体内部运动 状态的物理量。 温度愈高，物体内部分子热运动的平均动能也愈大。 2、温标 为了定量地表示温度高低，必须对温度的读数起点（零点）以及温度的计 量单位作出统一的规定，于是建立了温标。 用来衡量物体温度的标尺称为温标。它规定了温度的数值表示方法。 各种温度计的刻度值均根据温标来确定。用不同温标所确定的温度数值是 不同的。 在国际上建立的温标有以下几种：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国 际实用温标。 摄氏温标 t（℃）与华氏温标（0F）的换算关系为： =1.8t+32 国际实用温标 T（K）与摄氏温标 t（℃）的换算关系为：T=t+273 （二）温度的测量方法 按照温度的严格定义，直接测量温度是不可能的，只能根据物体的某些外 部参数与温度之间的函数关系，来间接地测量温度。 温度的测量方法可以分为接触法与非接触法两类。 1、接触法测温 1）测温机理 测温机理：使温度敏感元件与被测对象相接触，若两者的温度不同，则必 然在其间产生热交换，直至达到相互热平衡为止，从而使二者温度相等。因此 根据温度敏感元件的某些特性参数与温度之间的函数关系，即可间接获知被测
对象的温度。2）接触法测温的基本工作原理（1）基于热膨胀原理测温：（a）液体膨胀式温度计，如水银或酒精玻璃液体温度计；（b）固体膨胀式温度计，如双金属片温度计：（2）基于压力与温度之间的关系测温：如压力式温度计；（3）基于电阻温度效应测温：如热电阻、热敏电阻：（4）基于热电效应测温：如热电偶温度计：（5）基于电涡流效应测温：如电涡流传感器。3）接触法测温的优缺点具有简单、可靠、测量精度高等优点；但由于温度敏感元件与被测对象需要进行充分的热交换，从而不可避免地存在测温的滞后现象，并易破坏被测对象的温度场：温度敏感元件还可能与被测介质发生化学反应；在某些场合下（如瞬变温度测量、运动物体的温度测量等，接触法测温的应用受到一定的限制。2、非接触法测温1）测温机理基于物体的热辐射现象，即物体受热后，便有一部分热能转换成辐射能，并以电磁波的形式向四周辐射。受热物体放出的辐射能的多少与它的温度有一定关系。这种辐射能无需任何媒介物即可在空间传播，因此无需直接接触即可把热能传递给另一物体（例如探测器）。热辐射发出的电磁波包括各种波长，其中波长为0.440μm的可见光波和红外线的热辐射能够被物体所吸收，于是采用适当的接收探测器（测温元件）便可收集被测对象发出的热辐射能，并将其转换成便于测量和显示的电信号，就可实现非接触测温。利用物体的热辐射现象来测量其温度的仪表通称为辐射温度计。2）自前比较常见的辐射温度计（1）全辐射高温计：测温元件是热电堆：（2）光学（电）高温计：测温元件是光电敏感元件，如硅光电池、光敏电
对象的温度。 2）接触法测温的基本工作原理 （1）基于热膨胀原理测温： （a）液体膨胀式温度计，如水银或酒精玻璃液体温度计； （b）固体膨胀式温度计，如双金属片温度计； （2）基于压力与温度之间的关系测温：如压力式温度计； （3）基于电阻温度效应测温：如热电阻、热敏电阻； （4）基于热电效应测温：如热电偶温度计； （5）基于电涡流效应测温：如电涡流传感器。 3）接触法测温的优缺点 具有简单、可靠、测量精度高等优点；但由于温度敏感元件与被测对象需 要进行充分的热交换，从而不可避免地存在测温的滞后现象，并易破坏被测对 象的温度场；温度敏感元件还可能与被测介质发生化学反应；在某些场合下（如 瞬变温度测量、运动物体的温度测量等），接触法测温的应用受到一定的限制。 2、非接触法测温 1）测温机理 基于物体的热辐射现象，即物体受热后，便有一部分热能转换成辐射能， 并以电磁波的形式向四周辐射。受热物体放出的辐射能的多少与它的温度有一 定关系。这种辐射能无需任何媒介物即可在空间传播，因此无需直接接触即可 把热能传递给另一物体（例如探测器）。热辐射发出的电磁波包括各种波长，其 中波长为 0.4∽40μm 的可见光波和红外线的热辐射能够被物体所吸收，于是采 用适当的接收探测器（测温元件）便可收集被测对象发出的热辐射能，并将其 转换成便于测量和显示的电信号，就可实现非接触测温。 利用物体的热辐射现象来测量其温度的仪表通称为辐射温度计。 2）目前比较常见的辐射温度计 （1）全辐射高温计：测温元件是热电堆； （2）光学（电）高温计：测温元件是光电敏感元件，如硅光电池、光敏电