第六章_热电式传感器
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1、常用热电偶 (1)铂铑10-铂热电偶 这种热电偶分度号为“S”。其特点是热电性能稳定， 精度高。常用作标准热电偶或用于高温测量。
（2）镍铬-镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“K”。其特点是测温范围 很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。
（3）镍铬-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“E”。其特点是热电动势 较其他常用热电偶大。
冰点槽
T0
冰水溶液
铜导线
铜
百度文库mV 仪表
导
线
冰浴法
6.2
工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化。
一、热电阻
热电阻 热敏电阻。
热电阻的温度特性：电阻随温度升高而增大。
❖ 作为热电阻的材料要求：
电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度； 电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸； 热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； 在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能； 电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。
第六章 热电式传感器
热电式传感器
• 温度变化 电量变化的装置
热电偶传感器：温度变化 热电势的变化（有源传感器）
• 分类
热电阻：温度变化
金属材料 电阻的变化
热电阻
半导体材料 热敏电阻
6.1
一. 热电偶测温原理
1、热电效应：两种不同材料的金属导体A、B组成一个闭合回路，当两
接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
三. 热电偶冷端温度补偿
消除冷端温度变化的影响 冷端温度补偿的目的
消除不为0°C的影响
补偿导线：延伸热电极，将冷端移动到新的位置（恒温仪表室）。
补偿方法
冷端温度校正法： 利用中间温度定律进行修正。 冰浴法： 冷端0°C恒温法
补偿电桥法：工业上常用的一种冷端自动补偿法
A TB
补偿导线 补偿导线
热电偶 试 管
EAB(T,T0)
A
（热电势）
T 热端
热电极
T0 冷端
B
热电偶回路
T0
T0
A
B
T
EAB(T,T0) （热电势）
热电偶测温系统示意图
问题：需要满足什么条件，才能产生热电势？ 结论： •两热电极相同时，总电动势为0
•两接点温度相同时，总电动势为0 •影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
二. 热电偶的种类与结构
2、结构型式
保护管
绝缘管 热端
接线盒
热电极
普通型热电偶
铠装型热电偶
接线盒 固定装置
B
B
金属导管 绝缘材料 B-B
A
A放大 热电极
优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高， 挠性好，可安装在结构复杂的装置上。
薄膜热电偶
工作端
绝 缘 基 板
热电极
引 出 导 线
接头夹具
特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反 应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及 快速变化的动态温度测量。
缺点：线性度较差。
❖ 热敏电阻的结构
玻璃封装
使用最广泛的热电阻材料是铂和铜
❖常用热电阻
铂热电阻
其物理、化学性质非常稳定，且易提纯。线性度好，复现性好，主要 作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。 铂电阻的精度与铂的提纯程度有关。
国内统一设计的工业用标准铂电阻，R0分为50Ω和100Ω两种，分 度号分别为Pt50和Pt100。
铜热电阻
两种，分度号分别为Cu50和Cu100。
普 通 工 业 用 热 电 阻 式 温 度 传 感 器
铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图
二、热敏电阻
利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成,由金属氧化物和化合物 按不同的配方比例烧结。
优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变 化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。
应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：―50～150℃
优 点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、 加工，价格便宜。 缺 点： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀 性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体 积较大。
工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50Ω和100Ω
（2）镍铬-镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“K”。其特点是测温范围 很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。
（3）镍铬-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“E”。其特点是热电动势 较其他常用热电偶大。
冰点槽
T0
冰水溶液
铜导线
铜
百度文库mV 仪表
导
线
冰浴法
6.2
工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化。
一、热电阻
热电阻 热敏电阻。
热电阻的温度特性：电阻随温度升高而增大。
❖ 作为热电阻的材料要求：
电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度； 电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸； 热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； 在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能； 电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。
第六章 热电式传感器
热电式传感器
• 温度变化 电量变化的装置
热电偶传感器：温度变化 热电势的变化（有源传感器）
• 分类
热电阻：温度变化
金属材料 电阻的变化
热电阻
半导体材料 热敏电阻
6.1
一. 热电偶测温原理
1、热电效应：两种不同材料的金属导体A、B组成一个闭合回路，当两
接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
三. 热电偶冷端温度补偿
消除冷端温度变化的影响 冷端温度补偿的目的
消除不为0°C的影响
补偿导线：延伸热电极，将冷端移动到新的位置（恒温仪表室）。
补偿方法
冷端温度校正法： 利用中间温度定律进行修正。 冰浴法： 冷端0°C恒温法
补偿电桥法：工业上常用的一种冷端自动补偿法
A TB
补偿导线 补偿导线
热电偶 试 管
EAB(T,T0)
A
（热电势）
T 热端
热电极
T0 冷端
B
热电偶回路
T0
T0
A
B
T
EAB(T,T0) （热电势）
热电偶测温系统示意图
问题：需要满足什么条件，才能产生热电势？ 结论： •两热电极相同时，总电动势为0
•两接点温度相同时，总电动势为0 •影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
二. 热电偶的种类与结构
2、结构型式
保护管
绝缘管 热端
接线盒
热电极
普通型热电偶
铠装型热电偶
接线盒 固定装置
B
B
金属导管 绝缘材料 B-B
A
A放大 热电极
优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高， 挠性好，可安装在结构复杂的装置上。
薄膜热电偶
工作端
绝 缘 基 板
热电极
引 出 导 线
接头夹具
特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反 应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及 快速变化的动态温度测量。
缺点：线性度较差。
❖ 热敏电阻的结构
玻璃封装
使用最广泛的热电阻材料是铂和铜
❖常用热电阻
铂热电阻
其物理、化学性质非常稳定，且易提纯。线性度好，复现性好，主要 作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。 铂电阻的精度与铂的提纯程度有关。
国内统一设计的工业用标准铂电阻，R0分为50Ω和100Ω两种，分 度号分别为Pt50和Pt100。
铜热电阻
两种，分度号分别为Cu50和Cu100。
普 通 工 业 用 热 电 阻 式 温 度 传 感 器
铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图
二、热敏电阻
利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成,由金属氧化物和化合物 按不同的配方比例烧结。
优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变 化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。
应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：―50～150℃
优 点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、 加工，价格便宜。 缺 点： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀 性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体 积较大。
工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50Ω和100Ω