温度检测传感器及仪表

(6)要有较好的机械、化学及热性能。这对于使用在振动和有害气体的环境中特 别重要。
(7)无毒、安全以及价廉，维修、更换方便等。
温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类。接触式是指传感器直接与被
测物体接触，从而进行温度测量，这是温度测量的基本形式。这种方式的特点是
通过接触方式把被测物体的热量传递给传感器，从而降低了被测物体的温度，特
温差电势是同一材质导体因两端温度不同而产生 的电动势，又称汤姆逊电势。此电势与材质、温度有 关，表示为 E A (to)、t 0 (t1 )。t 0 E B
图2-1 最简单的热电偶测温系统 图2-2热电偶电路的构成
可用下式进行计算:
E (A B
t，t 0
)= E A B (
t，0)—
E
(
AB
在图2-2(a)中两种不同的导体(或半导体)A、B组
成 路闭中合产回生一路个，电两动接势点。温这度个分物别理为现t和象t 0 就(t>是t 塞0 )，贝则克在效回应，
此电势称为热电势。
热电势的产生由接触电势与温差电势两部分组成。
接触电势是两种不同的导体因自由电子密度不同而 在接触处形成的电动势，又称帕尔帖电势。此电势与 材质、温度有关，表示为eAB(t)、eAB()，A为正极， B为负极。
t 0 ，0)
(2-1)
式中，E A B (t，0)和 E A B ( t 0 ，0)分别相当于该热电偶的工
作端温度为t和而自由端温度为0℃时的热电势。
(2)常用热电偶的种类。根据热电偶测温的
基本原理，理论上任意两种不同材料的导体或半
导体均可作为热电极组成热电偶，但实际上为保
证可靠地进行具有足够精度的温度测量，对热电
下面介绍几种常用温度传感器的分类与 选型。
1．热电偶温度传感器
热电偶是目前应用最广泛的温度传感器。热电偶
的特点是结构简单，仅由两根不同的导体或半导体材
料焊接或绞接而成：测温的精确度和灵敏度足够高；
稳定性和复现性较好；动态响应快；测温范围广：电
动势信号便于传送。
最简单的热电偶测温系统如图2-1所示。热电偶是
别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此，采用这种方式要测得物体的
真实温度，前提条件是被测物体的热容量要足够大且大于温度传感器。而非接触
式方式是测量物体热辐射发出的红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测，这
是接触式所做不到的。
2．1．1 温度传感器的分类与选型
温度传感器分类方法很多，可按工作方 式、测温范围、性能特点等多方面来分类。 根据传感器与被测介质是否接触可分为接触 式和非接触式；根据测量的工作原理可分为 膨胀式、压力式、热电阻、热电偶、辐射式 等。常用温度传感器的分类见表2-1。
项目二温度检测传感器及仪表
项目二 温度检测传感器及仪表
在检测与控制过程中，检测与控制的对象常常是 温度、压力、物位、流量等各种非电量。这些非电量 往往要先利用传感器转换成电量，以便检测与控制。
为了实现检测与控制系统中传感器与其他装置的 兼容性和互换性，转换成的电量有必要采用统一的国 际标准。l973年4月国际电工委员会(IEC)第65次技术 委员会通过了这一标准，规定了传感器输出电量信号 的规格，即过程控制系统的模拟直流电流信号为0～ 10mADC或4mA～20mA DC，模拟直流电压信号为 lV～5V DC。变送器是一种将非标准电量信号转换为 统一的标准电量信号的装置。有些变送器将信号检测 与变送构成了一体，因此，变送器是输出标准信号的 传感器。
图2-3热电偶的结构
图2-4冰浴法
(4)补偿导线的选用。
利用热电偶测温，必须保证自由端温度恒定。但在实
际工作中，由于热电偶的自由端靠近设备或管道，使得自
由端温度会受到环境温度及设备或管道中介质温度的影响。
因此，自由端温度难于保持恒定。为了准确测量温度，必
须设法使自由端延伸到远离被测对象且温度又比较稳定的
极材料必须进行严格选择。一般有以下要求：在
测温范围内，物理、化学稳定性要高；电阻温度
系数小；导电率高；组成热电偶后产生的热电势
要大；热电势与温度要有线性关系或简单的函数
关系；复现性好；便于加工成丝等。
(3)热电偶的结构。
热电偶通常由热电极、绝缘子、保护管、接线 盒四部分组成，其结构如图2-3所示。
由两种不同材料的导体(或半导体)A、B焊接而成。焊
接的一端为工作端(或热端)，与导线连接的一端为自
由端(或冷端)，导体A、B称为热电极，总称热电偶。
测量时将其工作端与被测介质相接触，测量仪表常为
动圈仪表或电位差计，用来测出热电偶的热电势，连
接导线为补偿导线及铜导线。
1．热电偶温度传感器
(1)热电偶的工作原理
(2)为了将它用于电子电路的检测装置，要具有检测便捷和易于处理的特性及一 定的量。随着半导体器件和信号处理技术的进步，对温度传感器所要求的输出特 性应能满足要求。
(3)特性的偏移和蠕变越小越好，互换性要好。
(4)对于温度以外的物理量不敏感。
(5)体积要小，安装要方便。为了能正确地测量温度，传感器的温度必须与被测 物体的温度相等。传感器体积越小，这个条件越能满足。
补偿导线，使用补偿导线时，补偿导线的正、负极必须与
热电偶的正、负极同名端对应相接。正、负两极的接点温
度t0应保持相同，延伸后的自由端温度应当恒定，这样应
用补偿导线才有意义。
①自由端温度校正法(公式修正法)。
2.1 温度测量的基本概念
温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。日Biblioteka Baidu使
用的材料及电子元件大部分都有随着温度而变化的特征，但作为实用传感器必须
满足如下一些条件：
(1)在使用温度范围内温度特性曲线要求达到的精度能符合要求。为了在较宽的 温度范围内进行检测，温度系数不宜过大，过大了就难以使用，但对于狭窄的温 度范围或仅仅定点的检测，其温度系数越大，检测电路也能越简单。
地方。如果把热电偶做得很长，则安装使用不方便，因热
电极多为贵金属，所以成本高。人们从实践中发现，某些
便宜金属组成的热电偶在0～100。C范围内的热电特性与
已经标准化的热电偶的热电特性非常接近。因此，可以用
这些导线来代替原有热电极，将热电偶的自由端延伸出来，
这种方法称为补偿导线法。不同的热电偶要求配用不同的