温度传感器示意图
第3章温度传感器及应用
隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内 部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接 线盒内，生产现场不会引超爆炸。
3.2.3 热电阻的测量电路
为减少导线电阻的影响，工业用热电阻的引线有两线制、三 线制和四线制。下面简单介绍几种接线法的测量电路
(1 R5 )R (mV ) R4
可见，电路输出信号的增益主要取决于R5 的比值。
R4
调节 R5 的比值就可以改变电路增益的大小
R4
3.电容的作用
滤波电容用在电源整流电路中用来滤除交流成分，使输出的直 流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激， 使放大器稳定工作。
在数字电路中由于电路具有很高的频率，就会使得电流的需求 忽高忽低，造成电源有了一定频率的变化。所以在一般的数字IC的 电源旁路都有去耦电容，大小一般为0.1uF。去耦电容对于10MHz以 下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。 使用1μF和10μF的电容并联共振频率在20MHz以上，对去除高频噪 声的效果要好一些。
3.2.1 热电阻工作原理及结构
利用电阻随温度的变化而变化的物理现象制成的热电式传感器 称为热电阻传感器。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测传感器。它的主要特 点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是很高的， 它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1. 热电阻的工作原理及材料结构
3.3.2 热电偶的材料、分类与结构
1.热电偶材料 根据热电偶的工作原理，任意两种不同材料的热电极都可组成
热电偶。
热电极材料应满足以下要求：
（1）物理、化学性能稳定； （2）测温范围宽； （3）热电性能好； （4）电阻温度系数小； （5）热容量小； （6）有良好的机械加工性能等。
温度传感噐(传感器教学课件)(共116张PPT)
水的冰点定为零度，水的沸点定为100度，在这两
固定点之间划分一百个等份，每一等份称为摄氏
一度(摄氏度，℃)。摄氏温标是工程上最通用的温 度标尺。一般用小写字母t表示。
❖ 华氏温标〔℉〕
❖
规定在标准大气压下冰的熔点为32华氏度，水的
沸点为212华氏度，两固定点间等分为180份，每一等
份称为F华=氏1.一8t+度3，2 单位用℉， 它和t摄= 5氏/9温(f度-32的) 关℃系：
热电偶测温的主要优点
❖ 1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源
，可直接驱动动圈式仪表；
❖ 2、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达 1800C以上；
❖ 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标 准。
温度传感器——热电偶
一、 热电偶的工作原理
热电极A
热电势
测量端
工作端
A
热端
热电极B
Temperature Scale of 1968)
❖
ITS-90(1990年1月1日起全世界范围采用)
❖
国际实用温标规定热力学温度是根本温度。
❖ ● 1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，即 热力学温标规定水的三相点温度为273.16 K，这是建 立温标的惟一基准点。
❖ ● 摄氏温度分度值与开氏温度分度值相同，即温 度间隔1℃=1K。
使电子反方向移动，最后到达动态平衡。这样，导体
两端产生电位差，即温差电动势。
❖ 。
温差电动势大小取决于导体材料及两端温度
温度传感器——热电偶
❖ 热电偶回路的总电动势 ❖ 由导体材料A、B组成的闭合回路，如果导体A的电子
密度大于导体B的电子密度，且两接点温度不相等，分 别为T、 T0，如果T＞T0 ，那么必存在着两个接触电势 和两个温差电势，回路总电势：
面向海洋应用的光纤光栅温度传感器在国内外的研究进展
面向海洋应用的光纤光栅温度传感器在国内外的研究进展1引言传统测温的电学传感器主要有热电偶式、金属电阻式和半导体热敏电阻式等。
热电偶式复制性和稳定性较好，通过采用薄膜式结构可使其热惯性较小，但灵敏度较低。
金属电阻式具有较好的灵敏度、稳定性和复制性，曾是当时海洋探测领域使用比较广泛的传感器。
但因金属电阻值较低，检测系统的导线阻值变化就不能忽略，如铂测温电阻，1Ω的导线电阻将会产生－2.5℃的测量误差，必须采取相关措施进行补偿以抵消此误差。
由于海洋中特殊的水团环境，如不同水层存在温度梯度等因素，若使用投弃式探测器进行海水剖面温度测量时，这就要求传感器的时间常数足够小。
但研究证明，铂电阻测温传感器的响应时间是十几秒，时间常数不理想，同样不是进行海洋测温的理想选择。
半导体热敏电阻式的灵敏度很高，热惯性也较小，但其稳定性和复制性较差。
热敏电阻的响应时间虽然可以达到毫秒级别，但是研究证明其在测试过程中通过的电流很难控制并且经常会很大，同样也会带来测量误差。
综上所述，传统海洋温度传感器大都采用铂电阻或热敏电阻，优点是稳定性、可靠性较好，精度也较高，虽然技术成熟度很高，但仍有一些问题需要解决: 如恶劣的海洋环境对电学传感器的耐压、耐腐蚀性及防水要求很高，水下传输信号易受干扰等，同时其也存在研发投入成本高、寿命短、复用组网难等问题，光纤布拉格光栅(FBG)传感器则可以使这些问题迎刃而解，其在海洋监测中也表现出极大的优势，如本征绝缘、成本低廉、易组网、原位实时测量、湿端无电且无功耗，国内外也已开展关于此领域的大量研究工作。
2光纤光栅温度传感原理光纤Bragg光栅是一种将周期性微扰作用于光纤纤芯，使其折射率发生轴向周期性调制而形成的光纤无源器件，其本质上一种具有波长选择能力的窄带反射器，结构如图1所示。
利用光纤光栅对于温度和应变敏感的这两种效应，可以检测多种物理量。
由于裸光纤光栅直径只有125μm，在恶劣的海洋环境中容易受到损伤，只有对其进行保护性的封装设计，才能保证光纤光栅具有更稳定的性能，进而延长其使用寿命。
常用温度传感器原理讲义
常用温度传感器原理一、概述：1.定义：传感器是一种转换装置，其作用是借助检测元件把被测对象的力、位移、速度、加速度、温度、压力等参数转换为可以检测、传输、处理的信号（如电压信号、电流信号等）。
又称变换器或检测器，在声学里也称换能器，测量振动的传感器又称拾振器。
2.分类：按输入量性质的不同可分为加速度、速度、位移、温度、压力传感器等。
按变换原理的不同可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式传感器等。
按测量参数分类按工作原理分类二、温度传感器：温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产和科学试验中需要经常测量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。
通常把长度、时间、质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体长度的两倍。
温度是一种“内涵量”，叠加原理不再适用，例如把两瓶９０℃的水倒在一起，其温度绝不可能增加，更不可能成为１８０℃。
从热平衡的观点看，温度是物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体，其内部分子的平均动能小。
热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态；当两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态时，这两个物体也处于热平衡状态，即这三个物体处于同一温度。
因此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可将其他待测物体的温度和这些基准温度进行比较，从而得到待测物体的温度。
1、温标与标定：a)温标：现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前还难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能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。
为了保证温度量值的准确并利于传递，需要建立一个衡量温度的统一尺度，即温标。
随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。
5、温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 热电阻式传感器 2.4 热敏电阻传感器
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。 在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广 泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流 程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。
=30.839+1.203=32.042(mV) 再查分度表得 T=770℃。
习题：
1、什么是金属导体的热电效应？试说明热电偶的测温原理。
2、说明热电偶的基本定律的含义及它们的实用价值。
3、用镍铬-镍硅热电偶测量温度，已知冷端温度为400C，用 高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mv，求被测点 的温度。
具有中间导体的热电偶回路
• (2)中间温度定律
• 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度
为T0，中间温度为Ｔ0′，如图所示。则T，T0热电势等于 T，T0′与T0′，T0热电势的代数和。即
•
EAB(T,T0)=EAB(T,T0′)+EAB(T0′,T0)
• 运用该定律若冷端温度不为00C时，则实际T0可视为中间 温度。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电 位差，即接触电势eAB。
热电偶的接触电势
（2）温差电动势
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电 势称为单一导体的温差电势。
对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且 T>T0。
单一导体温差电势
热电偶回路中产生的总热电势： EAB(T,T0) = EAB(T) + EB(T,T0) - EAB(T0) - EA(T,T0)
温度传感器探头(pt100,pt1000)
不同直径保护管的热响应时间（材质为不锈钢，水流速度为1m/s,测试数据为参考值）
表6
保护管直径 mm
热响应时间 s （τ0.5）
保护管直径 mm
热响应时间s （τ0.5）
2
≤2
6
≤15
3
≤3
8
≤30
4
≤5
10
≤30
5
≤8
12
≤30
绝缘电阻 常温绝缘电阻的试验电压可取直流10～100V任意值，环境温度在15～35℃范围内，相对湿度应不大于80%，
螺纹规格
指定
S□ 1=SUS321 4=SUS304 6=SUS316 指定
螺纹部分材质
Y□ 1=1000 2=2000 指定
引线长度(mm)
E□ 2=两线 3=三线 4=四线
引线线制
1=聚氯乙烯 PVC（-20～80℃）
引线材质
F□
2=聚氨酯 TPU （-50～100℃） 3=特氟龙 （-50～250℃）
型号
技
术参数
外 形 结 构 示意图
1. 铂电阻：Pt100、Pt500、Pt1000
测温范围：（-80～500）℃
WZP-R
2. 常用精度： A 级：±（0.15+0.002|t|）℃ B 级：±（0.30+0.005|t|）℃
|t|---实测温度的绝对值
3. 常压，对于存在压力的工况，请注明压力大小
铂热电阻型号 传感器类型 温度范围(℃) 传感器精度 保护管长度(mm) 保护管直径(mm) 保护管材质 引线长度(mm) 引线线制
引线材质 括号内为引线常用温 度范围
指定
H□
0=均无,可不填 1=均有
温度传感器原理及其应用
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点 ➢ 温度传感器的分类如图9-1所示。
图9-1 温度传感器的分类
▪ 9.1.1 温度传感器的类型和特点
➢ 常用材料温度传感器的类型、测温范围和特点如表9-1 所示。
▪ 9.1.2 温度传感器的应用
➢ 温度传感器应用极其广泛，家用的空调系统、冰箱、电 饭煲、电风扇等产品都要用到温度传感器，工业上也广 泛使用温度传感器，汽车上也用到温度传感器，另外航 空、海洋开发、生物制药都需要温度传感器。例如：
▪ 汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机及恒温等场合 也经常使用。
➢ 1.热电阻的连接法
• 在实际使用时，金属热电阻的连接方法不同，其测量精 度也不同，最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线 或四线电桥连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 1.热电阻的连接法
• 最常用的测量电路的电桥电路，可采用三线或四线电桥 连接法。三线法如图9-7所示。
➢ 热电阻也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷 在陶瓷类材料基底上，占用体积很小，如图9-5所示。
图9-4 金属热电阻结构图
图9-5 薄膜金属热电阻结构图
▪ 9.2.2 金属热电阻的工作原理
➢ 热电阻是利用物质的变化特性制成的，将温度的变化量 变换成与之有一定关系的电阻值的变化量，通过对电阻 值的测量实现对温度的测量。目前应用较多的热电阻材 料有铂和铜以及铁、镍等。
图9-17 热敏电阻测量单点温度原理图
➢ 3.CPU温度检测 ➢ 电脑在使用过程中，当CPU工作繁忙的时候，CPU温
度往往升高，若不加处理，会造成CPU的烧毁，在 CPU插槽中，用热敏电阻测温，然后通过相关电路进 行处理，实施保护。如图9-18所示。
图9-18 用热敏电阻实现过热保护原理图
温度传感器简介
（二）热电偶产品简介 1、热电偶材料按分度号分为 B、R、S、N、K、E、J、T、WRe3- Wre25、Wre5- Wre26 等 10 个标准形式，此外还有一些非标丝材
可供选择。不同分度号的热电偶测温范围、优缺点也不相同，根据需要选择合适分度号的测温产品。
标准化热电偶的主要性能列表如下：
热偶品种
引脚说明：GND:地 VDD：可供选用的外部电源，不用时接地
21.036 28.946
37.005
℃
700
800
900
1000
mV
53.112 61.017
68.787 76.373
参考端非 0℃时校正表
℃
0
10
20
30
40
（校正值+相应温度 mV 值） mV
0
0.591
1.192
1.801
2.420
600 45.093
50 3.048
（三）DS18B20 数字温度传感器简介
2012/13 工控产品手册 pure-china@ 3
九纯健科技-传感与测控专家
温度产品手册
单位 镍铬-镍铜（康铜）热电偶（E 型） 热电动势 mV 与温度值对照表(参考端 0℃时)
℃
-200
-100
0
100
200
300
400
500
mV
-8.825
-5.237
0
6.319
13.421
1180
190
168.48 172.17
280
290
204.90 208.48
700
750
345.28 360.64