传感器与检测技术 完整版本

感 电极的材料应具备如下几方面的条件：
器
（1）热电势应足够大；
与
（2）热电性能稳定，热电势与温度有单值关系或简单 的函数关系；
检
（3）电阻温度系数和电阻率要小；
测
（4）易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的
技
分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。 常用的热电偶材料有铂铑、镍铬、镍硅、康铜、镍铜、
检
场（T）中，称该点为测量端，也叫工作端或热端；另一 个接点2置于某个恒定温度（T0）的地方，称参考端或自
测 由端、冷端。
技
术
热电偶测温原理图
6.1.1 热电偶的工作原理
任务2热. 电1热.偶1电回势路的传内组感产成生器的的热认电势识由接触电势和温差电势两部
传 感
分组成，下面以导体为例说明热电势的产生。 （1）接触电势 由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两
任务1. 1热.1电效传应 感器的认识
当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，
传 其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中
感
将产生一个电动势，形成电流，这种现象称为“热电效 应”。如图所示，两种导体所组成的闭合回路称为热电
器 偶，回路中的电势称为热电势；两个导体A和B称为热电
与 极。测量温度时，两个热电极的一个接点1置于被测温度
金温度的测量。
6.1.3 热电偶的温度补偿
任务从热1.电1效应传的感原理器可的知认，热识电偶产生的热电势与两端温
项目6 温度测量
任务6.12 热热电电偶阻测测温温度度
传 感 器 与 检 测 技 术
【任知务识1目.1 标传】 感器的认识
传 学习热电偶和热电阻的的工作原理，熟悉常用热电极材料 感 的类型、性能特点。
器 与
【能力目标】
检
学会识别一般温度检测元件和测温仪表，能够使用热电偶 和热电阻，利用手册查阅测温元件的技术参数，解决简单
器
反应快，可用于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。 薄膜热电偶分为片状、针状等。
与 （4）表面热电偶。
检
表面热电偶是用来测量各种状态的固体表面温度，如测
测 技
量轧辊、金属块、炉壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温度。 （5）浸入式热电偶。 浸入式热电偶主要用来测量液态金属温度，它可直接插
术 入液态金属中，常用于钢水、铁水、铜水、铝水和熔融合
检 带负电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的 测 大小与导体的性质和两端的温差有关。
技
术
6.1.1 热电偶的工作原理
任务1.1 传感器的认识
结论：
传 1）热电偶的两个热电极必须是两种不同材料的均质导体，
感 否则热电偶回路的总电势零。
器
2）热电偶两接点温度必须不等，否则，热电偶回路总热 电势也为零。
术
接触电势
6.1.1 热电偶的工作原理
任务1.1 传感器的认识
2. 热电势的组成
传
（2）温差电势
感
同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电
器
动势，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自 由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结
与 果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而
与 3）当热电偶材料均匀时，热电偶的热电势只与两个接点
检 温度有关，而与中间温度无关，与热电偶的材料有关，而 测 与热电偶的尺寸、形状无关。
技
术
6.1.2 热电偶的材料及结构
任务1. 1热.1电偶的传材感料器的认识
传
根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都 可以作为热电极组成热电偶，但是在实际应用中，用作热
器 种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散
与 检
。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的 温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且 有NA > NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，
测 导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电
技
场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成 一个稳定的电位差，即接触电动势，如图所示。
术 纯铂丝等。
6.1.2 热电偶的材料及结构
任务1.1 传感器的认识
传
（1） 普通型热电偶。 该类型的热电偶外形如图所示，主要用于测量气体、蒸
感 汽和液体等介质的温度，热电偶通常由热电极、绝缘管、
器 保护套管和接线盒等几个主要部分组成。它的热电极是一 与 端焊在一起的两根金属丝，两热电极之间用绝缘管绝缘。
检 测 技
术 1热电极 2绝缘套管 3保护套管 4接线盒
普通热电偶结构
6.1.2 热电偶的材料及结构
任务1.1 传感器的认识
（2） 铠装热电偶（缆式）。
传 它是将热电极、绝缘材料和金属保护套管组合在一起，经
感
拉伸加工而成。根据测量端的形式不同，可分为碰底型、 不碰底型、露头型、帽型等。铠装热电偶具有能弯曲、耐
器 高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，适用于位置
与 狭小、结构复杂的测量对象，其实物外形如图所示。
检
测
技
术
铠装热电偶
6.1.2 热电偶的材料及结构
任（务3）1.薄1膜热传电感偶 器的认识
用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电
传 极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测
感 量端既小又薄（厚度可达0.01～0.1μm），因而热惯性小，
与 温度转换成电势输出。热电偶在温度测量中应用具有结构简
检 单、使用方便、测量精度高、测量范围宽等优点。常用的热
ห้องสมุดไป่ตู้
测 电偶测量范围为-50～1600℃。如果配用特殊材料，测量范
技 围会更广，某些特殊热电偶最低可测到-270℃（如金铁镍
术 铬），最高可达+2800℃（如钨铼）。
6.1.1 热电偶的工作原理
测 的温度检测问题。
技
术
任务1.1 传感器的认识
传
感 器
任务6.1 热电偶测温度
与
检
测
技
术
＊任任务务1导.1入 传感器的认识
传
在轧钢过程中，钢坯的轧制温度是关键的工艺参数，钢
感 坯温度控制的好坏，将直接影响产品的质量，加热炉的炉
器
温在950～1200℃之间，它要跟随轧机轧制节奏的变化来随 时调节，所以能否有效地控制加热炉的温度，直接影响钢
与 坯的质量和成本，而对温度进行精确地测量是控制的前提。
检 本任务就是针对轧钢工艺钢坯温度的控制，来选择一种温 测 度传感器来进行温度测量。
技
术
[基本知识与技能]
任务1.1 传感器热的电认偶识的认识
传
感
热电偶是工程上常用的一种的温度检测传感器，它是
器 一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测