传感器与检测技术2温度的测量及温度传感器PPT

4.热电偶的基本定律 ①中间导体定律
当插入第三种金属时，只要两端温度相同，就不会 使热电偶的电动势发生变化。
E AB (T , T0 ) E ABC (T , T0 )
图5－4 中间导体定律
从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动 剧烈程度的标志； 温度与人们日常生活紧密相关。

温标
为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量 温度的统一标准尺度，即温标。 利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模 量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度 进行间接测量。

非接触式温度测量
感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测 物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温 度;
非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯 性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的 温度和快速变化的温度等优点。

主要内容
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2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 金属热电阻传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 半导体热敏电阻 2.6 温度传感器的应用


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2.1 温度测量概述
温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、 科学试验中需要经常测量和控制的主要参数；
kT N AT E AB (T ) In q N BT
⑵. 冷端接触电动势
kTo N ATo E AB (To ) In q N BTo

3. 汤姆逊效应
同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。
⑴. 导体A温差电动势
⑵. 导体B温差电动势
E A (T To ) Adt
超声波传播速度变化
种 类
可控硅动作特性变化 热、光辐射
辐射温度传感器
光学高温计
接触式温度测量
测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低；
由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热 平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐 蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。
各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围

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热电偶传感器
热电偶是工业和装备试验中温度测量应用最多的 器件，它的特点： 测温范围宽 测量精度高 性能稳定
结构简单
且动态响应较好 输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和 自动控制
To T To
T
EB (T To ) Bdt
4. 回路总电势
kT N AT kT 0 N AT0 E AB (T ) E AB (To ) ln ln q N BT q N BT0

E AB (T , To ) E AB (T ) E AB (To ) E A (T To ) EB (T To )

2.2.1 热电偶测温原理
1、热电效应
塞贝克效应（1821/德国）
两种不同金属导线组成一闭合回路，若两接头处维 持一温差，回路中就有电流和电动势产生。

2. 珀尔帖效应
2、两种导体的接触电势
将同温度的两种不同的金属互相接触，由于不同金 属内自由电子的密度不同，在它们的接点处会产生接触 ⑴. 热端接触电动势 电动势。
当热电偶导体A和B材料一定时，回路总电动势成为 热端和冷端的温度的函数。在实际测温中，把冷端置于 某一恒温下，此时冷端接触电势为一常数，回路总电势 仅决定于热端接触电势，即只与热端温度有关，两者之 间是单值的函数关系。
当： 则：
E AB (T0 ) C
E AB (T , To ) E AB (T ) C f (T )
式中 T——华氏温度值;
t——摄氏温度值。

热力学温标
热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环 (Carnot cycle)为基础。 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力 为零时对应的温度——绝对零度与水的三相点温度分为273． 16份，每份为1 K (Kelvin) 。
电阻变化 温差电现象 导磁率变化 电容变化 压电效应 物质 颜色 P–N结电动势 晶体管特性变化
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
1． 热铁氧体 2． Fe-Ni-Cu合金
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器 超声波温度计 示温涂料 液晶 半导体二极管 晶体管半导体集成电路温度传感器 可控硅


经验温标
华氏温标
1714 年德国人法勒海特 (Fahrenheit) 以水银为测温介质 ，制成玻璃水银温度计。
按照华氏瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水 的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 (6-1)

测温方法分类及其特点
根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式 和非接触式两大类。 接触式温度测量 非接触式温度测量

体积热膨胀
物 理 现 象
1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计 3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计 5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计