传感技术 第五章 热电式传感器及其应用
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
第5章热电式传感器及应用
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5.1.1 金属热电阻
(2).铜热电阻（WZC）(测量精度不太高，测量范围不大的情 况，用铜热电阻来代替铂热电阻)
结构材料：Cu丝绕制，＝(4.25～4.28) ×10-3 / ℃(铜电阻温度
＝ 0.015×10-6 Ω· m； 测温范围和：50℃～50℃，0.5℃， 50℃～100℃，(1％)t 电阻－温度特性：Rt=R0 (1 + t )，在测温范围内线性。 分度号：Cu100，Cu50，等。 分度表：见附表 另外，铁、镍材料也可制作热电阻温度计。
图5－5 热电阻数字温度计电路 第15页
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5.1.1 金属热电阻
差动输出传感器信号适宜与MAX138等A/D转换连接，实现 数字测量。MAX138、ICL5106、ICL5105等A/D转换器的转 换精度是三位半，与二进制 10位A/D转换器的转换精 度相当。 线性化测温电路如图 5-10所示。
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5.1.1 金属热电阻
图5－3 热电阻测温电桥的四线连接法
第11页
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5.1.1 金属热电阻
3 热电阻的应用
(1)．铂热电阻测温
恒压工作的铂热电阻测温电路如图5-4（a）所示。 热电阻选用TRRA1023B(Pt1000)，R0＝1000Ω ； 传感器工作电压UB＝10V＋e1。 测温电桥输出：
第25页
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5.1.2 半导体热敏电阻
(4)．温度测量 图5－20是利用NTC热敏电阻组成的0~100℃的测温电 路，相应的输出电压为0~5V，其灵敏度为50mV/℃。
图5－20 温度测量电路
5．热电偶温度冷端补偿 后面介绍。
第26页
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热电式传感器的原理和应用
热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。
它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。
1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。
根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。
2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。
当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。
通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。
3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。
每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。
通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。
二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。
1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。
它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。
2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。
通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。
3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。
例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。
4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。
例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。
结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。
它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。
热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。
热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。
《热电传感器》课件
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
传感器技术课件——热电式传感器
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A
A
T 证明：
E AB T ， T0
Tm
B B
T0
Tm
E AB T － E AB T0
E AB T － E AB Tm E AB Tm － E AB T0 E AB T ， Tm
E A B T m， T 0
9
由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温 差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 ) K (T T 0 ) e ln nA nB
在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。
如果回路中三个接点的温度都相同，即T＝T0， 则回路总电动势必为零，即：
E A B T0 E B C T0 E C A T0 0
T0 A T
T0 B
即
E B C T0 E C A T0 E A B T0
则
E A B C T ， T0 E A B T - E A B T0 E A B T ， T0
两式相减得：
E AC T ， T0 - E BC T ， T0
E BC T0
E AC T － E AC T0 － E BC T
E AC T － E BC T － E AC T0 － E BC T0
并通常使 T 0 为常数，即 这样回路总热电势就是温度 测量温度带来极大方便。
o
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 )
电子与通信技术：传感器技术五
电子与通信技术：传感器技术五1、单选下面哪个不是光敏电阻的优点（）。
A.体积小B.重量轻C.机械强度高D.耗散功率小正确答案：D2、多选、目前我国使用的伯热电阻的测量范围是OoA.-200-850（江南博哥）℃B.-50~850CC.-200-150o CD.-200-650o C正确答案：Λ,D3、填空题在各种热电式传感器中，最为普遍是以将温度转换为O或电阻变化。
正确答案：电势4、单选、下列指标中，属于传感器动态特性指标的是OoA、灵敏度B、线性度C、过载能力D、幅频特性正确答案：D5、填空题半导体应变计应用较普遍的有（）、（）、（）、（）等。
正确答案：体型；薄膜型；扩散型；外延型6、填空题减小分布和寄生电容的影响一般可以采取的措施有O和电缆驱动技术。
正确答案：采取静电屏蔽措施7、填空题O的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。
正确答案：电荷放大器8、问答⅛举例说明什么是物性型传感器？什么是结构传感器？正确答案：物性型传感器是利用某种物理性质随被测参数变化而变化的原理制成。
如压电式传感器、热电传感器式、光电传感器式等结构型传感器是利用物理学中的场的定律和运动定律等构成的，其被测参数变化引起传感器的结构变化，从而使输出电量变化。
如光栅式、电容式、电感式等。
9、多选光纤按传播模式分类可以分为OoA、普通光纤B、单模光纤C、多模光纤D、渐变折射率光纤正确答案：B,C10、多选光纤按传播模式分类可以分为O oA、普通光纤B、单模光纤C、多模光纤D、渐变折射率光纤正确答案：B,C11、问答题’简述亮度式温度传感器的工作原理。
正确答案：利用物体的单色辐射亮度随温度变化的特点；将被测物体光谱的一个狭窄区域的亮度与标准辐射体的亮度进行比较。
12、问答题简述温度补偿方法有哪些？正确答案：（1）电桥补偿法。
（2）辅助测温元件微型计算机补偿法。
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。
例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。
把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。
所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。
接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。
其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。
温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。
其。
传感器作业——热电式传感器
光电式传感器原理及应用院系：物电学院电子信息工程班级：学生姓名：学号：光电式传感器原理及应用摘要：本文着重研究压光电式传感器的原理及光电式传感器的应用，即基于光电式传感器的科学原理及其在实际生产生活中的运用。
本文通过对传感器原理、光电效应、传感器的应用等的学习，分析了热电式传感器的基本原理及其电量转化等的工作过程。
在目前自动化、智能化发展的趋势下，传感器的应用越来越广泛与重要，本文的研究目的即在于深入了解传感器的原理与基本结构以期站在本源的角度分析与应用光电式传感器。
关键词：光电效应；光电式传感器引言：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
基于光电效应的传感器—光电式传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。
它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。
光电测量时不与被测对象直接接触，属于非接触式测量。
光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。
因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。
其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。
一.光电式传感器的基本原理：光电式传感器基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。
它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。
光电效应：它是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应和光生伏特效应三类。
外光电效应是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。
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。
热电式传感器型号、参数‘典型应用电路
⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧热电偶传感器热敏电阻热电阻热电阻传感器热电式传感器温度变化转换为电阻变化温度变化转换为热电动势变化金属半导体 热电式传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。
可分为：一、热电偶传感器标准化热电偶： 型号标志材料温度范围/℃型号标志材料温度范围/℃ S铂铑10-铂-50～1768 N镍铬硅-镍硅 -270～1300 R铂铑13-铂-50～1768 E 镍铬-康铜 -270～1000 B铂铑30-铂铑60～1820J 铁-康铜-210～1200 K镍铬-镍硅-270～1372T铜-康铜-270～400铜—康铜热电偶（T 型）。
属低温热电偶，正极为纯铜；负极为60％铜，40％镍的康铜合金。
热电极在0℃以下时极性相反。
特点：稳定性好、均匀性好，易老化。
测温区：－200～300℃。
镍铬—康铜热电偶（E型）。
正极为90%镍、10％镍铬合金；负极为44％镍，56％铜的合金。
特点：热电动势大、灵敏度高、抗氧化好、低价。
适用于石化行业、800℃以下测温。
镍铬—镍硅热电偶（K型）。
正极为90%镍、9％～10％铬、0.4％硅的合金；负极为90％镍，2.5％～3％硅、0.6％钴的合金。
特点：高温下抗氧化、抗腐蚀能力强、稳定性好，广泛用于0～1300℃测温。
铂铑10—铂热电偶（S型）。
属贵金属热电偶，正极为90％铂、10％铑的铂铑合金；负极为纯铂。
特点：测量精度高、稳定性好、抗氧化性能好。
适用于各种高温加热炉、热处理及钢水的测温，最高应用温度为1100℃。
铂铑30—铂铑热电偶（B型）。
属贵金属热电偶，正极为70％铂、30％铑的合金；负极为94％铂、6％铑的合金。
特点：测量精度高，稳定性好、抗氧化性更强，可长期在1600℃下使用，适用于各种高温测量。
二、热电阻传感器利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器，它主要用于对温度和与温度有关的参量进行检测。
热电式传感器的应用
热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。
它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。
下面将详细介绍热电式传感器的应用。
一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。
热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。
当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。
通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。
热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。
二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。
在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。
热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。
热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。
三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。
在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。
热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。
热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。
四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。
在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。
压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。
这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。
五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。
例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。
成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。
《传感器技术与应用》课件第六章 热电式传感器
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热电动势示意图
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形成机理
• 该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起 反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。 当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A 扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体 B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态 平衡状态。在这种状态下，A与B两导体的接触处 产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小 与导体材料、结点的温度有关，与导体的直径、 长度及几何形状无关。
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1.热电偶的基本结构形式
• 热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。 • 热电偶的种类虽然很多，但通常由金属热电极、绝缘子、保护套管及接线装
置等部分组成。
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普通型热电偶
• 普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和 接线盒组成。
• 普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、 活动法兰连接、无固定装置等多种形式。
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普通型热电a 偶结构图
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普通装配型热电偶的 外形
安装 螺纹
安装
法兰
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接线 普通装盒配型热
电偶的 结构放大图
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
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铠装型热电偶结构
1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极
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热电式传感器及其应用
• 类似地,很容易求出所需串联电阻的阻值Rs:
•
其中GTi为热敏电阻在中点温度Ti的电导
• 线性化将使温度系数减小。 – 并联后的温度系数为αP ,通过对R式微分可得出：
– 与并联前比较，温度系数αP减小了1/(1+RTi/RP)倍 – 在高精度测温中,用数字技术进行线性化。
5.热敏电阻测温电路
正常人体热区，脂肪厚的地方温度
较低，两乳为正常微冷区
正常人的腿部，双腿基本对 称，双足由于负重过久而血 流不畅，导致低温。
红外热图
在乳腺早期癌变尚未形成明显的肿块时，其局部组织即 会产生相应的变化，如局部血管增生、扩张、迂曲（热 图显示为血管倒粗或环状和网状血管），局部组织代谢 旺盛，其温度即可升高。箭头处即为乳腺癌区。
P–N结电动势 晶体管特性变化
可控硅动作特性变化
热、光辐射
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
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器
种
超声波温度计
类
示温涂料 液晶
红外热图
某些糖尿病患者会出现一种 称之为“糖尿病足”的并发 症。它的病理变化是糖尿病 后期全身性血管狭窄，尤其 以下肢血管狭窄为甚，血管 明显减少，致使局部组织缺 血缺氧，最后发展为不可逆 的组织坏死，不得不进行外 科截肢手术。
红外热图
雷诺氏病，双手缺血，温度较 正常温度低 2～3℃。手指与 手背温差梯度较大。手指平均 温度较手背平均低 2～3℃。
第3章 生物医学传感器基础 3.8 热电式传感器及其应
传感器原理及其应用考试重点
传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。
2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
3）传感器的组成：敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。
4）传感器的静态性能指标（1）灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。
（2）线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。
线性度又可分为：①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。
②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。
端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。
③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。
④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。
⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。
（3）迟滞定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。
即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。
（4）重复性定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。
热电式传感器经典版应用
热电式传感器经典版应用热电式传感器是一种基于热电效应原理的传感器。
它利用热电偶、热电阻等元件，将温度、热量等物理量转化为电信号，再通过电子线路进行放大、处理和显示，实现温度、热量等物理量的测量和控制。
热电式传感器在工业、科研、医疗、环保等领域得到了广泛的应用。
1.工业生产中的温度控制在工业生产中，温度是生产过程中重要的参数之一。
热电式传感器可以通过测量温度来控制生产过程中的加热、冷却等过程，保证生产过程的稳定性和产品质量的可靠性。
例如，在塑料注射成型机中，使用热电偶测量模具温度，通过控制系统实现对模具加热和冷却的自动控制，从而生产出高质量的塑料制品。
2.能源监测和节能热电式传感器可以用于能源监测和节能领域。
在电力系统中，使用热电式传感器监测发电厂、变电站等设备的温度，及时发现设备的异常情况，预防事故的发生。
同时，通过监测温度等参数，可以优化设备的运行，实现节能减排的目的。
在建筑领域，热电式传感器被广泛应用于建筑节能监测系统中，监测建筑物的能耗和室内外温度等参数，为建筑物节能减排提供数据支持。
3.环境监测和保护热电式传感器可以用于环境监测和保护领域。
在废气监测中，使用热电式传感器监测烟囱排放的废气温度，从而计算出废气中各种气体的含量，实现对环境污染的监测和治理。
在气象观测中，热电式传感器可以监测气温、风速、湿度等参数，为气象预报提供准确的数据支持。
4.医学领域的应用热电式传感器在医学领域也有广泛的应用。
在医疗设备中，例如呼吸机、麻醉机等设备中，使用热电式传感器监测患者的呼吸、心率等参数，保证患者的安全和医疗质量。
同时，在医疗诊断中，热电式传感器可以用于监测肿瘤、炎症等疾病引起的局部高温现象，为疾病诊断提供参考。
5.汽车领域的应用热电式传感器在汽车领域也有广泛的应用。
在汽车发动机中，使用热电偶测量燃烧室的温度，通过控制系统实现对发动机点火和喷油等过程的自动控制，保证汽车的正常运转。
同时，在汽车空调系统中，使用热电式传感器监测车内温度和湿度等参数，实现汽车空调系统的自动控制和调节，提高驾乘人员的舒适度和安全性。
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2、 Thomson电势
——同一金属的温差电势
假定T>T0
eA (T , T0 ) TAdT
T0 T
T
T
A
To
e
T
A (T,To)
eB (T , T0 ) TB dT
T0
B
To
e
B (T,To)
总电动势：
EAB(T,To)=
e
AB(T)
＋
e
B (T,To)
－
e
AB(To)
－
e
EAB (T ,0o C) EAB (T , Tn ) EAB (Tn , 0o C)
结果比实际温度低， 需要冷端补偿
1、冰点法
问题：如何获得可靠的0 C？
• 把冷端放在冰水中
2、电位补偿法
EAB(T,To)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,To)
3、自动补偿法
冷端温度补偿器
R1、 R2、 R3为锰铜 电阻（温度系数＝ 0），另一个电阻为 铜电阻（温度系数 >0 ）。 一般地，在20摄氏 度时，调R3，使电 桥平衡。
2 3 Rt=Ro[1+At +Bt+Ct (t-100)]
-190oC t 0 oC
Rt=Ro[1+At +Bt2] 其中分度系数
0oC t 660 o C
A＝3.96847×10-3 B＝-5.847× 10-7 C＝-4.22×10-12
国际上Ro=100, 50, 46
2、Cu热电阻
用做制冷器
3) Thomson effect
由同一种金属或半导体组成闭合回路，并保 持回路两侧有一定的温差T ，通入电流I时，则 在回路的温度转折处产生正比于I T的吸热或放 热（变冷）的现象。
单位时间在单位长度上的吸热或放热量Q与回路中流过电 流I的关系：
dQ/dx＝XTI dT/dx
XT
is Thomson coefficient
三种热电效应的比较
效应
塞贝克
材料
2种金属
2种半导体
温度
2端保持不 同温度
外电源 表现特征
无
结点有电压
2端保持不 同温度
无
同上
结点处产生焦耳热， 且有吸热、放热
珀尔帖
2种金属 整体为某 有
一温度
2种半导体
整体为某 一温度
金属丝各保 持不同温度 金属丝各保 持不同温度
有
有 有
同上
结点有吸热、放热
汤姆逊
kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T EAB (T , T0 ) ln ln ( TB TA )dT q0 nB (T ) q0 nB (T0 ) T0
结论：
1) A、B必是不同金属，否则EAB(T,To)= 0 2）T、To不相等， 否则EAB(T,To)= 0 3）热电偶的热电势EAB(T,To)只与结点的温度相关，与热 电偶中间各处的温度无关。 一般：
问题：一般而言，温度升高，金属的电阻是增加， 还是减少？半导体呢？
利用热电阻效应不仅可以测量温度，而且还可以测量 流速、流量、浓度、密度等
一、常用热电阻
要求：温度系数大；电阻率高；热容量小，物
理、化学性质稳定；R－T线性；价格低、易加 工等。基本符合要求的有: Pt、Cu、Ni等。
1、Pt热电阻 0.02mm～0.07mm的Pt丝绕在绝缘的支架（如： 云母、石英、陶瓷）上，加瓷管保护，引线。是 国际是公认的成熟产品，稳定、线性好。
四、热电偶实用测量电路
1、基本测温电路 I＝EAB(T,To)/(Rz+Rc+Rm) I
补偿导线
AB
(T1 , T0 ) EAB (T2 , T0 ')
2、两点温度差的测量电路
反向串接
ET EAB (T1 , T0 ) EAB (T2 , T0 ')
T0’ T0
ET EAB (T1, T0 ) EAB (T2 , T0 )
kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T ln ln ( TC TA )dT q0 nC (T ) q0 nC (T0 ) T0
E AC (T , T0 ) EBC (T , T0 )
[
kT nB (T ) kT0 nB (T0 ) T ln ln ( TC TB )dT ] q0 nC (T ) q0 nC (T0 ) T0
碳－对磁场不敏感、廉价，稳定性差
二、热电阻测温电路 1）直接测量（两线） 2）电桥（三线）
3）四线测量
IM
引线电阻
热 电 阻
精密电阻
IV
E Em I v (r2 r3 ) Em Rt I Im Iv IM
5－3热敏电阻传感器
一、热敏电阻的结构 Co、Ni、Mn oxides at different ratio are sintered at high temperature
Rt =Ro(1+ Cu t )
-50 C t 150 C
其中Cu＝ 4.26 ×10-3 通常用0.1mm的铜丝绕成，浸泡在酚醛树脂固化，焊接 镀银引线。 国际上Ro=100, 50, 53 问题：Cu的电阻率小，绕50的Cu电阻是一个电感，
o
o
如何消除？
Cu热电阻工艺好、便、但易氧化，电阻小，测 温范围小，不适合在腐蚀性介质或高温下工作。
effect
1）Seeback effect
在两种不同性质的金属或 半导体连接在一起，两结 点之间存在温差T＝T1 －T2，则回路中有电流产 生; 若冷端开路，则电压
1823年
U0 =Xs T
Xs is the Seeback coefficient
金属Xs＝0~80V－热电偶 半导体Xs＝50~1000V－温差发电
EAB(T,To)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,To)
Why？ 用于1）冷端不为零度时的测量； 2）热电偶不够长使用补偿导线
例题
• 用镍铬－镍硅热电偶测炉温时，其冷端 温度Tn＝30C, 在直流电位计上的读数为 33.2074mV，求炉温？
解： 查热电偶分度表得：
EAB (Tn ,0o C) EAB (30o C,0o C) 1.203mV EAB (T ,0o C) EAB (T , Tn ) EAB (Tn ,0o C)
e
AB(T)>>
e
A (T,To)
所以：EAB(T,To)=
e
AB(T)
－
e
AB(To)
又:
e
AB(To)＝constant=f(To)
所以：EAB(T,To)=
e
AB(T)
－ f(To)= f(T)
三、热电偶的基本定律
1、中间导体定律 EABC(T,To)= EAB(T,To)
Why？
2、中间温度定律
Chapter 5 热电式传感器及其应用
温度、热量
T-sensors
R or U or I
是目前应用地方最多，技术最成熟的传感器。 主要有：热电偶、热电阻、热敏电阻、pn结、温 敏三极管、集成温度传感器等
5－1 热电偶传感器
一、热电效应和热释电效应
1、热电效应
将两种不同性质的金属或半导体组成闭合回路，当 两结点的温度不相等时，回路中有电流流过的物理 现象——热电效应，又称温差效应，或Seeback effect 。其逆效应有 Peitier effect ，Thomson
2）Peitier effect
在两种不同性质的金属或半导体组成闭合 回路中，通入电流时，则在一个结点吸热（变 热），另一个结点放热（变冷）的现象。 吸热或放热量Q与回路中流过电流I的关系：
Q＝I
＝Xs.T
is Peltier coefficient,
Seeback coefficient
Xs is
3、镍热电阻
概述
镍材质薄膜电阻温度传感器是在一块硅片上进行PVD沉 淀后，通过照像技术化学腐蚀（湿刻法）成具有一定阻值 的折线（曲线），然后将其表面进行钝化保护处理并封装。 该技术的运用，可使镍电阻温度传感器具有极小的尺寸、 更高的精度和长期稳定性等优点。 温度特性：R(T)=Ro(1+aT+bT2+cT4+dT6) a=5.485×10-3, b=6.650×10-6 , c=2.805×10-11, d= -2,0×10-17 测温分为：－60～160C
kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T ln ln ( TB TA )dT q0 nB (T ) q0 nB (T0 ) T0 EAB (T , T0 ) kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T ln ln ( TB TA )dT q0 nB (T ) q0 nB (T0 ) T0
解： 设铬合金为A，铝合金为B，铂为C，
又 EAC (100o C,0o C) 3.13mV， EBC (100o C,0o C) 1.02mV 所以 EAB (100o C,0o C) EAC (100o C,0o C) EBC (100 o C,0 o C)
3.13 ( 1.02) 4.15 （mV）
Ro＝100
4、其它热电阻
上述3种热电阻对低温和超低温的性能不好
1）铟热电阻——测温区间 –269~-258C (4.2k～15k )
铟－高纯(5个9)，比Pt灵敏10倍，软、稳定性差 2）锰热电阻——测温区间 –271~-210C （ 2k～63k ） 锰－灵敏，脆、不易成丝 3)）碳热电阻——测温区间 –273~-268.5C（ 0k～5.5k ）