第二章 温度检测

一、 铂电阻
• 精度高，稳定性好，性能可靠。主要用作标准电阻 精度高，稳定性好，性能可靠。 优缺点？ 温度计，也常用于工业测量。铂电阻的优缺点 温度计，也常用于工业测量。铂电阻的优缺点？ • 0~850℃： Rt = R0 (1 + A t + B t ) ℃
2
• -200~0 ℃： Rt = R0 [1 + A t + B t + C(t − 100) ]
2.1 温标及测温方法
• 2.1.2 温度检测的主要方法及分类 温度检测方法一般可以分为两大类，即接 温度检测方法一般可以分为两大类， 触测量法和非接触测量法。常用的测温方法、 触测量法和非接触测量法。常用的测温方法、 类型及特点如表 类型及特点如表2.1.1所示。 所
2.2 膨胀式温度计
膨胀式温度计分为液体膨胀式温度计和 膨胀式温度计分为液体膨胀式温度计和固 液体膨胀式温度计 两大类。 体膨胀式温度计两大类 体膨胀式温度计两大类。 • 2.2.1 双金属温度计 双金属温度计的特点 抗震性能好， 特点: 双金属温度计的特点:抗震性能好，结构 简单，牢固可靠，读数方便，但它的精度不高， 简单，牢固可靠，读数方便，但它的精度不高， 测量范围也不大。 测量范围也不大。
一、热敏电阻的分类
• 正温度系数 正温度系数/PTC (positive temperature coefficient)。用于彩电消磁、电器热保护、 。用于彩电消磁、电器热保护、 发热源的恒温控制、限流等。 发热源的恒温控制、限流等。 • 负温度系数 负温度系数/NTC (negative temperature coefficient) 。用于测温、温度补偿等。一般 用于测温 温度补偿等。 测温、 不能并联使用！ 不能并联使用！ • 临界温度系数 临界温度系数/CTR (critical temperature risistor) （在某一特定温度下电阻值发生突 ）。用作温度开关。 用作温度开关 变）。用作温度开关。
装配式热电阻传感器实物： 装配式热电阻传感器实物：
软导线式热电阻传感器实物： 软导线式热电阻传感器实物：
三线制（ 三线制（热电 阻的一端引出 一根线， 一根线，另一 端引出两根 ）。见后 见后。 线）。见后。
三、铁电阻和镍电阻 铁电阻和镍电阻
• 这两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较 这两种金属的电阻温度系数较高、 故可做成体积小， 大，故可做成体积小，灵敏度高的电阻温度 计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不 其缺点是容易氧化，化学稳定性差， 易提纯，复制性差， 易提纯，复制性差，且电阻值与温度的线性 关系差。 关系差
三类热敏电阻的特性: 三类热敏电阻的特性
PTC、NTC系列热敏电阻实物： 、 系列热敏电阻实物： 系列热敏电阻实物
恒温加热
超大功率型
电机延时启动 彩电消磁
NTC
二、热敏电阻的主要参数 三、热敏电阻的特点 优点：灵敏度高、体积小、热贯性小、 优点：灵敏度高、体积小、热贯性小、 结构简单、化学稳定性好、机械性能强、 结构简单、化学稳定性好、机械性能强、价 格低廉、寿命长。缺点：复现性和互换性差、 格低廉、寿命长。缺点：复现性和互换性差、 非线性严重、测温范围较窄、目前只能达到非线性严重、测温范围较窄、目前只能达到 50～300℃。 ～ ℃ 四、热敏电阻特性线性化 串联补偿电阻 并联补偿电阻 它线性化电路
四种金属电阻温度特性比较 注意：线性、电阻的相对变化率 灵敏度） 相对变化率/ （注意：线性、电阻的相对变化率/灵敏度）
测低温和超低温的热电阻:
• 国际制冷学会 国际制冷学会:T>120K为冷冻温区 120K>T>0.3K为 为冷冻温区; 为冷冻温区 为 低温区; 为超低温区。 低温区 T<0.3K为超低温区。 为超低温区 • 常压下，液氦沸点4.2K，液氮沸点77.3K。 常压下，液氦沸点 ，液氮沸点 。 • H. K. Onnes，1911，Hg，略低于 ， ， ，略低于4.2K，电阻突然 ， 消失。后来发现很多其他材料也有类似现象。 消失。后来发现很多其他材料也有类似现象。 • 一些材料在某一低温下电阻消失的现象称为超导 （superconducting）现象，相应的温度称为该超导 ）现象， 材料的临界温度T 材料的临界温度 c。 • 超导材料有重要而广泛的用途，研究热点。 超导材料有重要而广泛的用途，研究热点。 • Tc<30K，液氦条件下工作（昂贵、复杂），称为低 ），称为低 ，液氦条件下工作（昂贵、复杂）， 温超导材料。重点研究高温超导材料（ 温超导材料。重点研究高温超导材料（1986年到液 年到液 氮温区）。 氮温区）。
2.3 电阻式温度传感器
四 、热电阻传感器的测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路 1、三线制（为何采用三线制？） 、三线制（为何采用三线制？）
(条件？优点？) 条件？优点？ 条件
2.3 电阻式温度传感器
1、三线制 、
(条件？优点？) 条件？优点？ 条件
2.3 电阻式温度传感器
2、四线制（为何采用四线制？） 、四线制（为何采用四线制？）
五、热敏电阻的应用
1、温度测量（点温计，体温表） 、温度测量（点温计，体温表） 2、温度补偿 、 3、温度控制（举例） 、温度控制（举例） 4、过热保护 、
点温计： 点温计：
利用热敏电阻对温度变 化的高度敏感性能， 化的高度敏感性能，可以制成 测量点温、反应迅速的点温计 点温计。 测量点温、反应迅速的点温计。 点温计不仅可以用来测量一般 的气体、液体或固体的温度， 的气体、液体或固体的温度， 而且还适宜于测量微小物体或 物体局部的温度。例如， 物体局部的温度。例如，测量 运行中电机轴承的温度、 运行中电机轴承的温度、晶体 管外管的温升、植物叶片温度、 管外管的温升、植物叶片温度、 人体内血液的温度等。 人体内血液的温度等。 S1、S2均为同轴联动开关， 、 均为同轴联动开关， S1选择“断开、校准、测量”， 选择“断开、校准、测量” S2选择“量程”。R5、R6、 选择“量程” RW作用？ 作用？
• 铂电阻和铜电阻不适合测低温和超低温。 铂电阻和铜电阻不适合测低温和超低温 铜电阻不适合测低温和超低温。 • 铟电阻：300~4.2K，4.2~15K灵敏度比铂电 ， 灵敏度比铂电 铟电阻： 阻高10倍 材料软，复制性差。 阻高 倍。材料软，复制性差。 • 锰电阻：63~2K，灵敏度高。材料脆，难拉 锰电阻： ，灵敏度高。 料脆， 丝。 • 碳电阻：液氦温区，廉价，对磁场不敏感。 碳电阻：液氦温区，廉价，对磁场不敏感。 热稳定性差。 热稳定性差。
2.2 膨胀式温度计
Bimetallic thermometer
2.2 膨胀式温度计
Realizations of bimetallic thermometers
2.2 膨胀式温度计
电烤箱和电火锅上的温度调节与控制
• 2.2.2 压力式温度计 一、压力式温度计的结构及工作原理
2.2 膨胀式温度计
2.3 电阻式温度传感器
热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻 率随温度的变化而变化的原理制成的， 率随温度的变化而变化的原理制成的，可将温度的 变化转化为电阻的变化。由金属（ 铜和镍） 变化转化为电阻的变化。由金属（铂、铜和镍）材 料制成的称为热电阻 由半导体材料制成的称为热 热电阻； 料制成的称为热电阻；由半导体材料制成的称为热 敏电阻。 敏电阻。 2.3.1 热电阻传感器 测温基础：多数金属的电阻率随温度升高而增大， 测温基础：多数金属的电阻率随温度升高而增大， 具有正的温度系数。 具有正的温度系数。 特点: 精度高，适宜于测低温。 特点 精度高，适宜于测低温。 对金属材料要求：电阻温度系数大，电阻率大， 对金属材料要求：电阻温度系数大，电阻率大，热 容量小；在测温范围内有稳定的物理和化学性质； 容量小；在测温范围内有稳定的物理和化学性质； 电阻与温度的关系最好近似于线性， 电阻与温度的关系最好近似于线性，或为平滑的曲 容易加工，复制性好，价格便宜。 线；容易加工，复制性好，价格便宜。
47.85
45.70
43.55
41.40
39.24
0
50.00
52.14
45.28
56.42
58.56
60.70
62.84
64.98
67.12
69.26
100
71.40
73.54
75.68
77.83
79.98
82.13
铂 电 阻 传 感 器 实 物
铂电阻传感器实物（ 铂电阻传感器实物（续）
耐磨、防腐热电阻传感器实物： 耐磨、防腐热电阻传感器实物：
2 3
• 工业标准：50/100/1000 ；Pt50/Pt100/Pt1000 工业标准： • 分度表及其应用 分度表及其应用
铂电阻分度表
注：手册上温度步长为1℃。必要时可插值。后同！ 手册上温度步长为 ℃ 必要时可插值。后同！
二、铜电阻 铜电阻
• 铂是贵金属，价格昂贵，因此在测温范围比 铂是贵金属，价格昂贵， 较小(-50～+150℃)的情况下，可采用铜制成 的情况下， 较小 ～ ℃ 的情况下 的测温电阻，称铜电阻。铜电阻的优缺点？ 的测温电阻， 铜电阻。铜电阻的优缺点？ 优缺点
(条件？优点？) 条件？优点？ 条件
2.3.2 热敏电阻传感器
热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件， 热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件， 是用一种半导体材料制成的敏感元件 其特点是电阻随温度变化而显著变化， 其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温 度的变化转换为能量的变化。 度的变化转换为能量的变化。制造热敏电阻的材料 很多，如锰、 钴和钛等氧化物， 很多，如锰、铜、镍、钴和钛等氧化物，它们按一 定比例混合后压制成型，然后在高温下焙烧而成。 定比例混合后压制成型，然后在高温下焙烧而成。 热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、 热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简 寿命长、易于维护、动态特性好等优点 优点， 单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点，因此 得到较为广泛的应用， 得到较为广泛的应用，尤其是应用于远距离测量和 控制中。 控制中。
二、充气体的压力温度计:气体状态方程式PV=mRT表 充气体的压力温度计:气体状态方程式 表 在密封容器内充以气体， 明，在密封容器内充以气体，就构成充气体的压力温 度计。 度计。 充蒸汽的压力温度计: 三、充蒸汽的压力温度计:充蒸汽的压力温度计是根据 低沸点液体的饱和蒸气压只和气液分界面的温度有关 这一原理制成。 这一原理制成。
第二章 温度检测
• • • • • • • • 温标及测温方法 膨胀式温度计 电阻式温度传感器 热电偶传感器 辐射式温度传感器 光纤传感器 薄膜热传感器 集成温度传感器
第二章 温度检测
温度是表征物体或系统的冷 热程度的物理量。 热程度的物理量。温度单位是国 际单位制中七个基本单位之一。 际单位制中七个基本单位之一。 本章在简单介绍温标及测温方法 的基础上， 的基础上，重点介绍膨胀式温度 测量、电阻式温度传感与测试、 测量、电阻式温度传感与测试、 热电偶温度计、辐射式温度计、 热电偶温度计、辐射式温度计、 光导纤维温度计、集成温度传感 光导纤维温度计、 技术等测温原理及方法。 技术等测温原理及方法。
温度变送器
2.1 温标及测温方法
• 2.1.1 温标 • 经验温标:1.摄氏温标 华氏温标 列氏温标。 摄氏温标;2.华氏温标 列氏温标。 经验温标 摄氏温标 华氏温标;3.列氏温标 摄氏、华氏、 摄氏、华氏、列氏温度之间的换算关系为 C=(5/9)×(F-32)=(5/4)R × • 热力学温标:1848年威廉.汤姆首先提出以热力 热力学温标: 年威廉. 学第二定律为基础建立起来的温度仅与热量有 关而与物质无关的热力学温标。 关而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总 结出来的,又称为开尔文温标，用符号K表示 表示。 结出来的,又称为开尔文温标，用符号 表示。 K=273.15+C • 国际实用温标
Rt = R0 (1 + A t + B t + C t )
2 3
• 工业标准：50/100 ；Cu50/Cu100 工业标准： • 分度表及其应用 分度表及其应用
铜热电阻的分度表 分度号：Cu50
温度 /℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 电阻/Ω
R0 = 50Ω
80 90
－0
50.00
测低温和超低温的热电阻:
2004年12月， 年 月 中国科学院 电工研究所 与甘肃长通 电缆公司等 合作研制成 功75m、10.5 、 KV／1500A ／ 交流高温超 导电缆， 导电缆，并 接入到甘肃 长通电缆公 司6KV配电 配电 网中向车间 供电运行。 电运行。
超导材料进展
测低温和超低温的热电阻: