第7章热电式传感器PPT课件
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第章热电式传感器-PPT精选
第7章 热电式传感器
概述 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量， 现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容， 如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉 这些家用电器中都少不了温度传感器。
第7章 热电式传感器
概述 根据ຫໍສະໝຸດ 用测温物质的不同和测温范围不 同，有煤油温度计、 酒精温度计、水银温 度计、气体温度计、 电阻温度计、温差温 度计、辐射温度计、 光测温度计等等。
B(11 )
RT R0e T T0
B为热敏材料系数
电阻温度系数：
B T2
一般 （ 3~ 为 5） %oC /
第7章 热电式传感器
7.1 热电阻 7.1.2 热敏电阻
2.分类： 正温度系数热敏电阻(PTC)：在测量温度范围内， 其阻值随温度增加而增加。
临界温度系数热敏电阻(CTR)：在临界温度附近 电阻有急剧变化，因此不适于较宽温度范围内的 测量。
7.3 热电偶 7.3.1 热电效应
热电效应:两种不同类型的金属导体两端，分别接在 一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0) 有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。
利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测 出另一端结点的温度。
第7章 热电式传感器
7.3 热电偶 7.3.1 热电效应 • 固定温度的结点称基准点 （冷端）T0 ，恒定在某一标 准温度； • 待测温度的结点称测温点 （热端）T ，置于被测温度 场中。
IT2I12R VBE
2TKln
qR
若R=358Ω，电路输出温度系数为：
CTddITT 2qK Rln1A/K
电流输出型电路
第7章 热电式传感器
7.2半导体集成温度传感器 7.2.3 AD590集成温度传感器
《热电式传感器》PPT课件
铜丝的电阻值与温度之间的关系
在-50～150℃温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为： Rt＝R0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt — 温度为t℃时的铜电阻值 R0 — 温度为0℃时的铜电阻值
A、B、C — 常数 A＝4.28899×10-3/℃ B＝-2.133×10-7/℃2 C＝1.233×10-9/℃3
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
金属的电阻随温度的升高而
增大，但半导体却相反，它
温度
的电阻值随温度的升高而急
剧减小，并呈现非线性。
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
防水封装铂电阻
核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100 PT1000） 元件精度：±0.15℃ (A级) ±0.30℃ (B级) 封装材料：镀镍铜管或不锈钢管 管料尺寸：ø 4 * 25mm 连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
当热电阻安装 的地方比较远，则 其导线电阻当环境 温度变化时也要变 化，会造成测量误 差。
图中R1、R2、R3 为固定电阻，Rp为 调零电位器
其它热电阻
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
✓ 铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电 阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温 度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非 线性，仅用于-50~100℃；用的较少。
铂丝的电阻值与温度之间的关系
在-200～0℃范围内，Rt＝R0[1+At+Bt 2+C(t－100)t 3]
在-50～150℃温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为： Rt＝R0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt — 温度为t℃时的铜电阻值 R0 — 温度为0℃时的铜电阻值
A、B、C — 常数 A＝4.28899×10-3/℃ B＝-2.133×10-7/℃2 C＝1.233×10-9/℃3
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
金属的电阻随温度的升高而
增大，但半导体却相反，它
温度
的电阻值随温度的升高而急
剧减小，并呈现非线性。
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
防水封装铂电阻
核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100 PT1000） 元件精度：±0.15℃ (A级) ±0.30℃ (B级) 封装材料：镀镍铜管或不锈钢管 管料尺寸：ø 4 * 25mm 连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
当热电阻安装 的地方比较远，则 其导线电阻当环境 温度变化时也要变 化，会造成测量误 差。
图中R1、R2、R3 为固定电阻，Rp为 调零电位器
其它热电阻
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
✓ 铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电 阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温 度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非 线性，仅用于-50~100℃；用的较少。
铂丝的电阻值与温度之间的关系
在-200～0℃范围内，Rt＝R0[1+At+Bt 2+C(t－100)t 3]
热电偶传感器ppt课件
热电率较小，敏捷度低，高温下机械强度下降， 抗污染能力差，贵金属材料昂贵。
3. 镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大旳便宜金属热电偶，用量为其他热电 偶旳总和。 正极（KP）旳名义化学成份为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）旳名义化学化学成份为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。
正
较硬
B
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
K
4.096
0~1200
1300
负
稍亲磁
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
N
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
T —— 接触面旳绝对温度
e —— 单位电荷量 NA——金属电极A旳自由电子密度 NB——金属电极B旳自由电子密度
2. 温差电势
温差电势（汤姆逊电势）
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
(6.3.2)
图6.3.3 热电偶旳温差电势
δ —— 汤姆逊系数，它表达温差为1℃时所产生旳 电动势值，它与材料旳性质有关。
热电极旳温度分布无关； 假如热电偶旳热电极是非匀质导体，在不均匀温度
场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料旳均 匀性是衡量热电偶质量旳主要技术指标之一。
2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同旳另一种
导体称中间导体C，只要中间导体旳两端温度相同， 热电偶回路总电动势不受中间导体接入旳影响。
3. 镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大旳便宜金属热电偶，用量为其他热电 偶旳总和。 正极（KP）旳名义化学成份为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）旳名义化学化学成份为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。
正
较硬
B
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
K
4.096
0~1200
1300
负
稍亲磁
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
N
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
T —— 接触面旳绝对温度
e —— 单位电荷量 NA——金属电极A旳自由电子密度 NB——金属电极B旳自由电子密度
2. 温差电势
温差电势（汤姆逊电势）
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
(6.3.2)
图6.3.3 热电偶旳温差电势
δ —— 汤姆逊系数，它表达温差为1℃时所产生旳 电动势值，它与材料旳性质有关。
热电极旳温度分布无关； 假如热电偶旳热电极是非匀质导体，在不均匀温度
场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料旳均 匀性是衡量热电偶质量旳主要技术指标之一。
2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同旳另一种
导体称中间导体C，只要中间导体旳两端温度相同， 热电偶回路总电动势不受中间导体接入旳影响。
热电式传感器传感器PPT演示课件
④ 导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端 的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势 EAB（T， T0 ）就只与温度T有关，而且是T的单值函数， 这就是利用热电偶测温的基本原理。
14
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
13
③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
4
热电势 EAB( T,T0 )
接触电势 温差电势
（1 ）接触电动势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多， 因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带 负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一 定的接触电动势。
5
接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关， 与导体的直径、长度及几何形状无关。
ln
nA nB
k (T
T0 ) ln
nA nB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体 的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触 点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。
7
（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。
14
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
13
③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
4
热电势 EAB( T,T0 )
接触电势 温差电势
（1 ）接触电动势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多， 因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带 负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一 定的接触电动势。
5
接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关， 与导体的直径、长度及几何形状无关。
ln
nA nB
k (T
T0 ) ln
nA nB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体 的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触 点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。
7
（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。
《热电传感器》课件
的温度。
薄膜热电偶
具有体积小、重量轻、灵敏度 高、响应速度快等优点，适用
于微小面积的温度测量。
集成热电偶
将热电偶与信号处理电路集成 在一起，具有测量精度高、抗
干扰能力强等优点。
热电传感器的应用领域
工业自动化
用于测量各种工业设备 的温度，如炉温、液温
等。
医疗领域
用于测量体温、血液温 度等。
环境监测
用于测量环境温度、气 象温度等。
拓展应用领域与市场推广
总结词
拓展热电传感器的应用领域和市场推广是推动其发展的关键。
详细描述
随着环保意识的提高和物联网技术的发展，热电传感器在能源监测、环境监测、智能家居等领域的应 用越来越广泛。加强市场推广和合作，推动产学研用一体化发展，有助于加快热电传感器技术的普及 和应用。
PART 06
热电传感器案例分析
湿度
湿度对热电传感器的性能也有一定影响，湿度过高可能导致传感器性能下降或 出现误差。因此，在高湿度环境下使用时，需要进行相应的防护措施。
PART 04
热电传感器的设计与优化
结构设计
01
02
03
结构设计
热电传感器的结构设计应 考虑热电效应的原理，确 保热电材料能够有效地将 温度差转化为电信号。
热电偶设计
线性范围与测量误差
线性范围
线性范围是指热电传感器输出电压 与温度变化之间的线性关系能够覆盖 的范围。线性范围越宽，传感器能够 测量的温度范围越广。
测量误差
测量误差是指由于传感器本身的误差 以及环境因素的影响，导致实际测量 值与真实值之间的偏差。误差越小， 传感器性能越好。
响应时间与稳定性
响应时间
详细描述
薄膜热电偶
具有体积小、重量轻、灵敏度 高、响应速度快等优点，适用
于微小面积的温度测量。
集成热电偶
将热电偶与信号处理电路集成 在一起，具有测量精度高、抗
干扰能力强等优点。
热电传感器的应用领域
工业自动化
用于测量各种工业设备 的温度，如炉温、液温
等。
医疗领域
用于测量体温、血液温 度等。
环境监测
用于测量环境温度、气 象温度等。
拓展应用领域与市场推广
总结词
拓展热电传感器的应用领域和市场推广是推动其发展的关键。
详细描述
随着环保意识的提高和物联网技术的发展，热电传感器在能源监测、环境监测、智能家居等领域的应 用越来越广泛。加强市场推广和合作，推动产学研用一体化发展，有助于加快热电传感器技术的普及 和应用。
PART 06
热电传感器案例分析
湿度
湿度对热电传感器的性能也有一定影响，湿度过高可能导致传感器性能下降或 出现误差。因此，在高湿度环境下使用时，需要进行相应的防护措施。
PART 04
热电传感器的设计与优化
结构设计
01
02
03
结构设计
热电传感器的结构设计应 考虑热电效应的原理，确 保热电材料能够有效地将 温度差转化为电信号。
热电偶设计
线性范围与测量误差
线性范围
线性范围是指热电传感器输出电压 与温度变化之间的线性关系能够覆盖 的范围。线性范围越宽，传感器能够 测量的温度范围越广。
测量误差
测量误差是指由于传感器本身的误差 以及环境因素的影响，导致实际测量 值与真实值之间的偏差。误差越小， 传感器性能越好。
响应时间与稳定性
响应时间
详细描述
第7章热电式传感器案例
4
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：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，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：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，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
第七章 热电式传感器.ppt
测量温度范围
1000C 热电势/
mV
B
铂铑30－铂铑6
50～1820 C
4.834
R
铂铑13—铂
-50～1768 C
10.506
S
铂铑10—铂
-50～1768 C
9.587
K
镍铬－镍铬 (铝) -270～1370 C 41.276
E 镍铬－铜镍 (康 铜) －270～800 C
——?
第7章 热电式传感器 普通装配型热电偶的外形
第7章 热电式传感器
本章主要内容
➢了解热电阻工作的主要原理 ➢掌握热电效应，热电偶工作原理 ➢掌握热电偶工作定律 ➢了解热电偶的测温材料及其特点 ➢熟悉热电偶的应用
第7章 热电式传感器
7.1.1 热电阻
工作原理：热电阻的阻值随温度的变化而变化。
1. 热电阻材料的特点：
a 高温度系数，高电阻率
b 化学和物理性能稳定
▪ 定义：将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若节点处于不同的 温度时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流， 这种现象称为热点效应。
▪
接触电势
EAB (T )
温差电势
kT e
ln
NA NB
T
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
AA’CTBB’C’
热电偶
补偿导线 试管
铜 导 线
冰点槽
T0
冰水溶液
mV
仪 表
第7章 热电式传感器
2. 计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度 TH ，利用公式计 算
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
传感器原理及应用(第三版)第7章
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(二)温差电势 单一导体，如果两端温度不同，则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，高温端因失去电子而带正电，低 温端因得到电子而带负电，从而形成静电场，如图所示。该电场阻 碍电子的继续扩散，当达到动平衡时，在导体两端便产生一个稳定 的电位差，即温差电势。同样由物理学可知： 温差电势: T e A ( T , T 0 ) = ∫ σ dT T0 其中： e A (T , T0 ) —导体A两端温度为时形成的 温差电势 σ —汤姆逊系数，表示单一导体两 端温差1℃时所产生的温差电势，其值与材料性质及两端温度有关. ℃ 结论： 结论：在热电偶中，温差电势相对于接触电势非常小，工程上常 将其忽略不计，起决定作用的是接触电势。但热电偶作为检测计量 使用时要加以考虑 。
Tn Tn T T + ∫ σ B dT − ∫ σ A dT + ∫ σ B ' dT − ∫ σ A ' dT Tn Tn T0 T0
= EAB (T , Tn ) + E A'B ' (Tn , T0 )
因此上述定律成立。
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(T1Tn ), (Tn1T0 )
2 中间温度定律： 定律描述：热电偶在结点温度为 (T，T0 ) 时的热电势 EAB(T,T0 ) ，等于 热电偶在 (T，Tn ),(T，T0 ) 时相应的热电势 EAB(T,Tn ) 与 EAB(Tn ,T0 ) 的代数和。 数学表达式：
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ,Tn ) + EA'B' (Tn ,T0 )
证明：由上图所示，回路总电势
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ) + EBB' (Tn ) + EB' A' (T0 ) + EA' A (Tn )
(二)温差电势 单一导体，如果两端温度不同，则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，高温端因失去电子而带正电，低 温端因得到电子而带负电，从而形成静电场，如图所示。该电场阻 碍电子的继续扩散，当达到动平衡时，在导体两端便产生一个稳定 的电位差，即温差电势。同样由物理学可知： 温差电势: T e A ( T , T 0 ) = ∫ σ dT T0 其中： e A (T , T0 ) —导体A两端温度为时形成的 温差电势 σ —汤姆逊系数，表示单一导体两 端温差1℃时所产生的温差电势，其值与材料性质及两端温度有关. ℃ 结论： 结论：在热电偶中，温差电势相对于接触电势非常小，工程上常 将其忽略不计，起决定作用的是接触电势。但热电偶作为检测计量 使用时要加以考虑 。
Tn Tn T T + ∫ σ B dT − ∫ σ A dT + ∫ σ B ' dT − ∫ σ A ' dT Tn Tn T0 T0
= EAB (T , Tn ) + E A'B ' (Tn , T0 )
因此上述定律成立。
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(T1Tn ), (Tn1T0 )
2 中间温度定律： 定律描述：热电偶在结点温度为 (T，T0 ) 时的热电势 EAB(T,T0 ) ，等于 热电偶在 (T，Tn ),(T，T0 ) 时相应的热电势 EAB(T,Tn ) 与 EAB(Tn ,T0 ) 的代数和。 数学表达式：
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ,Tn ) + EA'B' (Tn ,T0 )
证明：由上图所示，回路总电势
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ) + EBB' (Tn ) + EB' A' (T0 ) + EA' A (Tn )
传感器技术课件-热电式传感器
热电式传感器的应用领域
工业自动化
用于测量温度、流量、气体浓度等参数，提高生产效率和质量。
能源管理
用于监测和控制能源消耗，优化能源利用效率。
汽车工业
用于发动机温度、刹车系统和座椅加热等应用。
热电式传感器与其他传感器的比较
热电式传感器
• 适用于高温环境 • 温度测量范围宽 • 稳定性和精度高
压力传感器
热电式传感器的结构及原理
结构
热电式传感器通常由热电材料、保护层、连接线 和环境接口组成。
原理
当热电材料的两端产生温度差时，热电效应将使 电场中的电子产生电流，从而实现温度测量。
热电式传感器的分类
1 温度差型热电式传感器
适用于测量温度差异的传感器，如热电偶和 热敏电阻。
2 温度感应型热电式传感器
适用于测量单一温度的传感器，如热电阻和 热电堆。
选择离测量对象最近的位置，避免热量流失。
2 防护和维护
确保传感器受到适当的防护，并进行定期检查和校准。
3 电源和电路设计
考虑传感器的电源供应和信号处理电路的设计，以确保准确运行。
热电式传感器的校验方法
1 对比法
2 零点校准
将传感器与已知准确度的 参考温度计进行偏差。
传感器技术课件-热电式 传感器
热电式传感器是一种能够将热量转化为电能的传感器。了解其基本原理、结 构和应用领域，以及其优点和缺点是非常重要的。
什么是热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电压或电流输出的传感器。它利用热电效应来测量温度，并将温度变化 转化为电信号。
热电效应的基本原理
热电效应是指当两个不同材料的接触点形成温度差时，产生的电压或电流。 这种效应是由于不同材料的电子在温度梯度下产生的差异。
热电式传感器1.
常用热电偶型号、测温范围等见表7-1
名称 型号 分 度 号
B
测温范围° C 长期
0-1600
允许偏差 温度° C
1000-1500
短期
0-1800
偏差
+0.5%
温度
>1500
偏差
+7.5%
铂铑30－铂铑6
WRLL
铂铑－铂
WRL B
WRE U WRE A
S
0-1300
0-1600
0-600
+2.4%
（2）镍铬－镍硅热电偶 镍铬为正极，镍硅为负极。直径为Φ1.2～2.5mm，分度号 为K。 优点：可测900 ° C以下的温度，短期可测1200 ° C高温；复制性 好，热电势大，线性好，价格便宜。 缺点：稳定性较差 （3）镍铬－考铜热电偶 镍铬为正极，考铜为负极。直径为Φ1.2～2mm，分度号为 E。适用于还原性和中性介质，一般温度不超过600 ° C，最高可 达800 ° C。 其灵敏度高，价格便宜，但测温范围窄而低，易受氧化。
（2）绝缘套管 （3）保护套管
（4）接线盒
四、热电偶冷端温度补偿 1.补偿导线法 用一导线将热电偶冷端延 伸出来，如图7-9所示。
2.冷端温度计算校正法 当冷端温度高于0º C而稳定于t0时，则仪表测得值小于实际 值，故应予以修正：
例如：K型热电偶在工作时冷端温度为t0＝30º C，测得热电势 EK(t,t0)=39.17mv，求被测介质的实际温度。 解：由分度表查出EK(30º C, 0º C)=1.2mv 故EK(t, 0º C)= EK(t,30º C)+ EK(30º C, 0º C) =39.17+1.2 =40.37mv
车辆检测技术——热电式传感器
第七章热电式传感器第一节热电偶热电式传感器是一种利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来测量温度的装置。
在各种热电式传感器中，把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。
其中将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶温度传感器，将温度转换为电阻值的热电式传感器叫电阻式温度传感器。
金属热电式传感器简称热电阻，半导体式传感器简称热敏电阻。
热电式传感器目前在工业生产中得到了广泛的应用，并且可以选用定型的显示仪表和记录仪来进行显示和记录。
在计算机控制系统中，热电式传感器的输出信号可直接进入I/O卡，进行信号的预处理、显示和控制。
热电偶由于性能稳定、结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传的特点，在工业和科研领域中得到广泛应用。
常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可达到+1600℃。
若配用特殊材料，其温度范围可达到-150℃～2000℃。
如图7-1所示，热电偶温度传感器将被测温度转换成毫伏级热电势，通过连接导线与显示表构成温度检测系统，从而实现温度的显示、记录和调节。
图7-1热电偶测温示意图一热电偶的基本原理1 热电效应1821年，德国物理学家赛贝克（T⋅J⋅Seebeck）用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的电流表指针发生偏转。
如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指针的偏转角反而减小。
显然，指针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
据此，赛贝克发现和证明了将两种不同性质的导体A 、B 组成闭合回路，如图7-2所示。
若节点(1)、(2)处于不同的温度(T≠T 0)时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。
两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电动势称为热电势。
热电偶的两个结点中，置于温度为T 的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端；而置于参考温度为T 0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。
《热电偶传感器》课件
热电偶传感器的应用领域
工业自动化
在工业生产过程中，热电偶传感 器常用于测量各种气体和液体的 温度，控制生产过程中的温度参 数。
科学研究
在物理、化学、生物学等科学研 究中，热电偶传感器可用于测量 各种温度变化，如生物体内温度 变化、化学反应过程中的温度变 化等。
医疗领域
在医疗领域，热电偶传感器可用 于测量人体温度、血液温度等， 为医疗诊断和治疗提供重要数据 。
《热电偶传感器》PPT课件
contents
目录
• 热电偶传感器概述 • 热电偶传感器的性能参数 • 热电偶传感器的设计与优化 • 热电偶传感器的校准与标定 • 热电偶传感器的实际应用案例
01 热电偶传感器概 述
定义与工作原理
定义
热电偶传感器是一种将温度差转换为 电势差的传感器，通过测量电势差来 推算温度差。
要点二
要求
定期进行校准与标定，确保传感器性能稳定；遵循相关标 准和规范。
校准与标定的方法与步骤
方法：采用标准温度源、标准
步骤
电阻箱等设备进行校准与标定
。
01
02
1. 准备标准设备和热电偶传感 器；
03
2. 将热电偶传感器连接到标准
设备上；
04
3. 按照规定的测试条件进行测 试；
05
4. 记录测试数据并进行分析。
详细描述
在汽车发动机排放系统中，尾气温度是衡量发动机工作 状态的重要参数。热电偶传感器安装在排气管中，可以 实时监测尾气的温度变化。当尾气温度异常升高时，可 能表明发动机存在故障或燃烧不充分，需要采取相应措 施进行维修或调整。通过监测尾气温度，可以确保发动 机正常运转和排放达标，提高汽车的安全性能和环保性 能。
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非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而发出红外线， 从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度 却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象 的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。
厦门大学机电工程系（郑建毅）
3
第体7积章热热膨电胀式传感器
物
理
电阻变化
现 温差电现象 象 导磁率变化
测温特性
分类 线性型
特征
传感器名称
测温电阻器、晶体管、热电偶 测温范围宽、 半导体集成电路传感器、
输出小 可控硅、石英晶体振动器、 压力式温度计、玻璃制温度计
指数型 测温范围窄、
函数
输出大
热敏电阻
开关型 特性
特定温度、 输出大
感温铁氧体、双金属温度计
厦门大学机电工程系（郑建毅）
7
第7章 热电式传感器
厦门大学机电工程系（郑建毅）
10
第7章 热电式传感器
7.2.1热电偶的工作原理
热电极A
热电势
测量（工作
A
端、热端）
B
通过上面的演示，你能得出什么结论
厦门大学机电工程系（郑建毅）
热电极B 自由端 （参考端、 冷端）
11
第7章 热电式传感器
1.热电效应 (Thermo-electrical effect)
1.气体温度计
2. 玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
1.热铁氧体 2.Fe-Ni-Cu合金
电容变化
BaSrTiO3陶瓷
压电效应 超声波传播速度变化
石英晶体振动器
种
超声波温度计
类
物质 颜色
示温涂料 液晶
P–N结电动势
测定精度
分类 特征
温度 标准用
测定精度 ±0.1～ ±0.5℃
传感器名称
铂测温电阻、石英晶体振动 器、玻璃制温度计、气体温 度计、光学高温计
绝对值 测定用
测定精度 ±0.5～±5℃ 热电偶、测温电阻器、热敏电阻、
双金属温度计、压力式温度计、
玻璃制温度计、辐射传感器、晶
管理温度 相对值±1～ 体管、二极管、半导体集成电路
厦门大学机电工程系（郑建毅）
9
第7章 热电式传感器
7.2热电偶 (Thermocouple)
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.精度高：0.1～0.2℃，仅次于热电阻。由于热电偶具有良好
半导体二极管
晶体管特性变化
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅动作特性变化
可控硅
热、光辐射
辐射温度传感器
厦门大学机电工程系（郑建毅）
光学高温计
4
第7章 热电式传感器 温度传感器分类
分类
电阻式 P-N结式 辐射式
器件
分类
铂电阻
热电式
铜电阻
半导体陶瓷热敏 电阻
热膨胀式
温敏二极管1500℃以上 光学高温计、辐射传感器
1000～1500℃光热学电高偶温计、辐射传感器、
500～ 1000℃
光学高温计、辐射传感器、 热电偶
0～500℃ 见表下内容
-250～0℃
晶体管、热敏电阻、 压力式玻璃温度计
-270～250℃
BaSrTiO3陶瓷
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6
第7章 热电式传感器
测定用
±5℃ 传感器、可控硅
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8
第7章 热电式传感器
此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温 度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射 流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温 计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、 光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得 应用，有的尚在研制中。
集成温度传感器
光学高温计
其他
比色高温计
光电高温计
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器件
热电偶 水银
双金属
液体压力 气体压力 全辐射高温计 超声波 红外线 光纤温度计 热敏电容
5
第7章 热电式传感器
测温范围
分类
超高温用 传感器 高温用 传感器 中高温用 传感器 中温用 传感器 低温用 传感器 极低温用 传感器
子密度有关。 k——玻尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ；
nA、nB ——导体A、B在温度为T 时的电子密度。
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12
第7章 热电式传感器
T端：
EAB
T
KT e
ln
nA
nB
T0 端：
EAB
T0
KT0 e
ln
nA nB
回路总接触电动势：
EAB
T
EAB
T0
K (T T0 ) e
ln
nA nB
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第7章 热电式传感器
的复现性和稳定性，所以国际实用温标中规定热电偶作为复 现630.74～1064.43℃范围的标准仪表。
4.动态特性好。由于热电偶的测量端可以制成很小的接点，响 应速度快，其时间常数可达毫秒级甚至微秒级。
5.结构简单，制造极为方便。
6.用途非常广泛。除了用来测量各种流体的温度外，还常用来 测量固定表面的温度。
1）接触电动势/玻尔帖电动势 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度 不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自 由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子 带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。
EAB (T )
kT e
ln
nA nB
接e—触—单电位势电荷的，大e =小1.6×与10温-19C度；高低及导体中的电
第7章 热电式传感器
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1
第7章 热电式传感器
7.1 概论
温度是反映物体冷热状态的物理参数。 温度是与人类生活息息相关的物理量。 在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始 使用温度传感器检测温度。 人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等 部门都与温度有着密切的关系。 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。
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。
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2
第7章 热电式传感器
温度传感器的种类及特点
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量， 由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别 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的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
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3
第体7积章热热膨电胀式传感器
物
理
电阻变化
现 温差电现象 象 导磁率变化
测温特性
分类 线性型
特征
传感器名称
测温电阻器、晶体管、热电偶 测温范围宽、 半导体集成电路传感器、
输出小 可控硅、石英晶体振动器、 压力式温度计、玻璃制温度计
指数型 测温范围窄、
函数
输出大
热敏电阻
开关型 特性
特定温度、 输出大
感温铁氧体、双金属温度计
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7
第7章 热电式传感器
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10
第7章 热电式传感器
7.2.1热电偶的工作原理
热电极A
热电势
测量（工作
A
端、热端）
B
通过上面的演示，你能得出什么结论
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热电极B 自由端 （参考端、 冷端）
11
第7章 热电式传感器
1.热电效应 (Thermo-electrical effect)
1.气体温度计
2. 玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
1.热铁氧体 2.Fe-Ni-Cu合金
电容变化
BaSrTiO3陶瓷
压电效应 超声波传播速度变化
石英晶体振动器
种
超声波温度计
类
物质 颜色
示温涂料 液晶
P–N结电动势
测定精度
分类 特征
温度 标准用
测定精度 ±0.1～ ±0.5℃
传感器名称
铂测温电阻、石英晶体振动 器、玻璃制温度计、气体温 度计、光学高温计
绝对值 测定用
测定精度 ±0.5～±5℃ 热电偶、测温电阻器、热敏电阻、
双金属温度计、压力式温度计、
玻璃制温度计、辐射传感器、晶
管理温度 相对值±1～ 体管、二极管、半导体集成电路
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第7章 热电式传感器
7.2热电偶 (Thermocouple)
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.精度高：0.1～0.2℃，仅次于热电阻。由于热电偶具有良好
半导体二极管
晶体管特性变化
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅动作特性变化
可控硅
热、光辐射
辐射温度传感器
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光学高温计
4
第7章 热电式传感器 温度传感器分类
分类
电阻式 P-N结式 辐射式
器件
分类
铂电阻
热电式
铜电阻
半导体陶瓷热敏 电阻
热膨胀式
温敏二极管1500℃以上 光学高温计、辐射传感器
1000～1500℃光热学电高偶温计、辐射传感器、
500～ 1000℃
光学高温计、辐射传感器、 热电偶
0～500℃ 见表下内容
-250～0℃
晶体管、热敏电阻、 压力式玻璃温度计
-270～250℃
BaSrTiO3陶瓷
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第7章 热电式传感器
测定用
±5℃ 传感器、可控硅
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8
第7章 热电式传感器
此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温 度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射 流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温 计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、 光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得 应用，有的尚在研制中。
集成温度传感器
光学高温计
其他
比色高温计
光电高温计
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器件
热电偶 水银
双金属
液体压力 气体压力 全辐射高温计 超声波 红外线 光纤温度计 热敏电容
5
第7章 热电式传感器
测温范围
分类
超高温用 传感器 高温用 传感器 中高温用 传感器 中温用 传感器 低温用 传感器 极低温用 传感器
子密度有关。 k——玻尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ；
nA、nB ——导体A、B在温度为T 时的电子密度。
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第7章 热电式传感器
T端：
EAB
T
KT e
ln
nA
nB
T0 端：
EAB
T0
KT0 e
ln
nA nB
回路总接触电动势：
EAB
T
EAB
T0
K (T T0 ) e
ln
nA nB
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13
第7章 热电式传感器
的复现性和稳定性，所以国际实用温标中规定热电偶作为复 现630.74～1064.43℃范围的标准仪表。
4.动态特性好。由于热电偶的测量端可以制成很小的接点，响 应速度快，其时间常数可达毫秒级甚至微秒级。
5.结构简单，制造极为方便。
6.用途非常广泛。除了用来测量各种流体的温度外，还常用来 测量固定表面的温度。
1）接触电动势/玻尔帖电动势 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度 不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自 由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子 带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。
EAB (T )
kT e
ln
nA nB
接e—触—单电位势电荷的，大e =小1.6×与10温-19C度；高低及导体中的电
第7章 热电式传感器
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1
第7章 热电式传感器
7.1 概论
温度是反映物体冷热状态的物理参数。 温度是与人类生活息息相关的物理量。 在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始 使用温度传感器检测温度。 人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等 部门都与温度有着密切的关系。 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。
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。
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第7章 热电式传感器
温度传感器的种类及特点
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量， 由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别 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的前提条件是被测物体的热容量要足够大。