热电偶传感器ppt
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热电偶传感器
E AB (T1,T2 ) EAC (T1,T2 ) EBC (T1,T2 )
T
T
T
2
2
2
A
CA
BB
C
T
T
T
图71.6 三组导线1 的热电偶1图
（4）连接导体定律与中间温度定律 当导体A、B连接导体A′、B′如图7.7所示，
中间温度Tn,其表达式为：
EABAB (T ,Tn ,T0 ) EAB (T ,Tn ) EAB (T ,T0 )
保热测温精度。
对标准化热电偶则在使用一段时间后或测 量端要受氧化腐蚀，并在高温下发生再结晶， 以及受拉伸、弯曲等机械应力的影响后再进行 标定，以消除测量系统的系统误差。
（1）标准化热电偶的主要技术参数有热电偶分 度号、测量范围、精度等级及允许偏差。
（2）热电偶的标定
标定就是核对热电偶热电势－温度关系是 否符合标准或标定曲线，也可以通过标定消除 测量系统的系统误差，标定方法有定点法和比 较法。
EABC (T1,T2 ) EAB (T1) EAB (T2 ) EAB (T1,T2 )
A
T2
T1
B
C
mV
图7.5 接入导体C的热电偶回路图
（3）标准电极定律
三组导体分别组成的热电偶如图7.6所示，A、 B组成的热电偶其产生的热电势等于A、C组成的 热电偶和C、B组成的热电偶的热电势之和。即
引出线
图7.10 薄膜热电偶结构图
3．热电偶的主要技术参数
为保证热电偶测温精度的各项技术指标，按 照工业标准化要求，热电偶可分为标准化和非标 准化两种。标准化热电偶指能批量生产、性能稳 定，具有统一的分度表并已列入国际和国家标准 文件中的热电偶。非标准化热电偶无论在适用范 围或数量上均不及标准化热电偶，但在某些特殊 场合，如在高温、低温、超低温、真空等被测对 象中，这些热电偶具有某些特别良好的特性。目 前非标准化热电偶主要用于进一步扩展高温和低 温测量范围，有很多产品，但这类热电偶不够成 熟，没有统一分度表，使用前需个别标定，以确
第7章热电偶传感器
对制成热电偶的材料的要求： （1）温度测量范围广，温度线性度好，测量精确度高，
输出热电动势大。 （2）热电性能稳定。 （3）物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。
我国标准热电偶有六种：
铜-康铜
镍铬-考铜
镍铬-镍铝
铂铑10-铂
非标准热电偶： 铂铑13-铂
发展中产品：
镍铬-康铜
铑质量的百分比
镍铬-镍硅 铂铑30-铂铑6 铂铑-铱 等 铁-康铜
八种国际通用热电偶： B:铂铑30—铂铑6 、R:铂铑13—铂 、S:铂铑10—铂 、 K:镍铬—镍硅 、N:镍铬硅—镍硅 、E:镍铬—铜镍、 J:铁—铜镍 、 T:铜—铜镍
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
二、热电偶结构 1.普通工业热电偶的结构
（1）热电极（偶丝） 普通的直径为0.5~3.2mm 贵重的直径为0.3~0.6mm 长度为300~2000mm，一般350mm
第七章 热电偶传感器
热电偶传感器基于热电效应原理而工作。属于有源 传感器，使用时不需要外加电源，可以方便地测量炉子、 管道中的气体或液体温度，也可以测量固体表面温度。
结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、 便于远距离传送。
与热电阻的主要区别： 1、原理不同—信号性质不同：热电阻是阻值的变化，而热
（2）绝缘管
对热电极间、热电极与保护套管间
进行绝缘保护。 （3）保护套管
保护热电偶感温元件免受被测介质
化学腐蚀和机械损伤 (4) 接线盒
固定接线座和作为连接补偿导线的装置。
有普通式、防溅式、防水式和接插座式。
接线盒 保护套管 绝缘管
热电极
普通装配型热电偶的外形
安装 螺纹
安装 法兰
接线盒 普通装配型 热电偶的结 构放大图
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。
热电式传感器讲课文档
性。
第三十二页，共69页。
使用补偿导线时注意问题：
补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。 补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）； 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；
第章热电式传感器
第一页，共69页。
第一节 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。
优点有： 构造简单,
使用方便,
具有较高的精度、稳定性及复现性好, 温度测量范围宽（100~1600℃）,
在温度测量中占有重要的地位。
第二页，共69页。
一、热电偶测温原理
1、热电偶的结构
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电 偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端， 置于温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。
第五页，共69页。
热电偶两接点的接触电势 e A B (和T ) e A B (T大0 )小可表示为 ：
eAB(T )
KT e
ln NAT NBT
eAB(T0)
KT0 e
ln
NAT0 NBT0
式中: K——波尔兹曼常数，k=1.38*10-23J/K; e——单位电荷电量，e=1.6*10-19C;
第十八页，共69页。
（2）参考电极定律 当结点温度为T、 T0时，用导体AB组成的热电偶的热
电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和。
即： E A B ( T ,T 0 ) E A C ( T ,T 0 ) E C B ( T ,T 0 )
证明过程见课本。
导体C称为标准电极
（一般由铂制成）。
用在许多工业部门中。
第二十七页，共69页。
(3) 薄膜热电偶
第三十二页，共69页。
使用补偿导线时注意问题：
补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。 补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）； 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；
第章热电式传感器
第一页，共69页。
第一节 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。
优点有： 构造简单,
使用方便,
具有较高的精度、稳定性及复现性好, 温度测量范围宽（100~1600℃）,
在温度测量中占有重要的地位。
第二页，共69页。
一、热电偶测温原理
1、热电偶的结构
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电 偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端， 置于温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。
第五页，共69页。
热电偶两接点的接触电势 e A B (和T ) e A B (T大0 )小可表示为 ：
eAB(T )
KT e
ln NAT NBT
eAB(T0)
KT0 e
ln
NAT0 NBT0
式中: K——波尔兹曼常数，k=1.38*10-23J/K; e——单位电荷电量，e=1.6*10-19C;
第十八页，共69页。
（2）参考电极定律 当结点温度为T、 T0时，用导体AB组成的热电偶的热
电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和。
即： E A B ( T ,T 0 ) E A C ( T ,T 0 ) E C B ( T ,T 0 )
证明过程见课本。
导体C称为标准电极
（一般由铂制成）。
用在许多工业部门中。
第二十七页，共69页。
(3) 薄膜热电偶
2.2 热电阻 热敏电阻传感器ppt课件
度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。
整理ppt
7
三.热电阻传感器
取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值， 可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热 态电阻值应为484 。
整理ppt
8
三.热电阻传感器
金属热电阻及其特性
• 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加
而增加这一特性来进行温度测量。
时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率
整理ppt
37
热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电
阻
聚脂塑料封装 热敏电阻
整理ppt
38
其他形式的热敏电阻
玻璃封装 NTC热敏电
阻
MF58 型热敏电阻
整理ppt
39
其他形式的热敏电阻
带安装孔的热敏电阻
大功率PTC热敏电阻
整理ppt
40
其他形式的热敏电阻（续）
整理ppt
11
三.热电阻传感器
其他热电阻
① 镍使用温度范围是-50～100℃和-50～150 ℃。但目前应用 较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高， 稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国 定为标准化热电阻）
② 铟电阻适宜在-269～-258℃温度范围内使用，测温精度高， 灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。
t0 , t ——介质的起始温度和变化温度（℃）； B ——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，
其大小取决于热敏电阻的材料。
BlnRRT0 T1T10
整理ppt
30
热敏电阻的电阻温度系数
热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量
整理ppt
7
三.热电阻传感器
取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值， 可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热 态电阻值应为484 。
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8
三.热电阻传感器
金属热电阻及其特性
• 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加
而增加这一特性来进行温度测量。
时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率
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37
热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电
阻
聚脂塑料封装 热敏电阻
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38
其他形式的热敏电阻
玻璃封装 NTC热敏电
阻
MF58 型热敏电阻
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39
其他形式的热敏电阻
带安装孔的热敏电阻
大功率PTC热敏电阻
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40
其他形式的热敏电阻（续）
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11
三.热电阻传感器
其他热电阻
① 镍使用温度范围是-50～100℃和-50～150 ℃。但目前应用 较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高， 稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国 定为标准化热电阻）
② 铟电阻适宜在-269～-258℃温度范围内使用，测温精度高， 灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。
t0 , t ——介质的起始温度和变化温度（℃）； B ——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，
其大小取决于热敏电阻的材料。
BlnRRT0 T1T10
整理ppt
30
热敏电阻的电阻温度系数
热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量
热电偶传感器ppt
测量CPU散热片的温度应选用（ C ）型的 热电偶
A.普通
B.铠装 C.薄膜
标准热电偶
目前工业上常用的4种标准热电偶的组成材料为： （1）铂铑30—铂铑6热电偶（WRLB）（分度号为B
型）， 测温范围0～1800℃ 这种材料组成的热电偶的熔点高，可用于较高
温度的测量，误差小，一般适用于较为精密的温 度测量。但它热电动势小，不能用于金属蒸汽和 还原介质中。
3、标准电极定律
只要测得标准电极与各种金属组成的热电
偶的热电动势，则任何两种电极配对组合 成的热电偶的热电动势就可根据标准电极 定律定律计算出，而不需要逐个测定。
热电偶测温原理
热电动势的大小与热电极A、B的长度和直 径无关，只与热电极的材料和冷、热两端 的温度有关。如果热电极的材料选定，冷 端的温度t0确定，那么热电动势就只与热端 温度t有关，所以可以通过测量热电动势的 大小得到热端的温度值，这就是热电偶测 温度的工作原理。
围大，适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区 的温度测量。
热电偶测温原理
热电效应和热电动势 热电偶是利用热电效应的原理制成的。
热电效应和热电动势
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个交接点t和 t0之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而 在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电 效应， 也称塞贝尔效应。
1、热电偶传感器是将（温度）变化量转变为微 小的（电动势）变化量，经放大后用来控制执行
机构的。
2、热电偶是利用（ 热电 ）效应制成的，热电 动势由（接触 ）电势和（ 温差 ）电势组成。
3、（ C ）的数值越大，热电偶的输出热电动 势就越大。
A.热端直径
热电偶原理及应用PPT学习教案
EAB (T ,T0 ) EAC (T ,T0 ) EBC (T ,T0 )
三种导体分别组成的热电偶
第18页/共75页
2021/7/2
19
例1
已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1 084.5,0） =13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的EBC （1 084.5,0）=8.354（mV）。求铂铑30-铂铑 6在相同温度条件下的热电动势。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为 0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温 度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定 后，热电势便是两结点电势差。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动势便成为热端温度 Ｔ的单一函数。
第13页/共75页
第23页/共75页
2021/7/2
24
5.2热电偶的结构形式及材料
5.2.1热电偶的基本结构形式 5.2.2热电偶材料 5.2.3常用热电偶
第24页/共75页
2021/7/2
25
5.2.1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。
（2）应有足够的强度及刚度，耐振、耐热 冲击。
（3）物理化学性能稳定，在长时间工作中 不至于介质、绝缘材料和热电极互相作用， 也不产生对热电极有害的气体。
（4）导热性能好，使结点与被测介质有良 好的热接触。
第39页/共75页
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40
5.2.3常用热电偶
热电偶可分为标准化热电偶和非标准化热电偶2种类型。 标准化热电偶是指国家已经定型批量生产的热电偶； 非标准化热电偶是指特殊用途试生产的热电偶，非标准型热电偶
三种导体分别组成的热电偶
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例1
已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1 084.5,0） =13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的EBC （1 084.5,0）=8.354（mV）。求铂铑30-铂铑 6在相同温度条件下的热电动势。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为 0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温 度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定 后，热电势便是两结点电势差。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动势便成为热端温度 Ｔ的单一函数。
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5.2热电偶的结构形式及材料
5.2.1热电偶的基本结构形式 5.2.2热电偶材料 5.2.3常用热电偶
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5.2.1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。
（2）应有足够的强度及刚度，耐振、耐热 冲击。
（3）物理化学性能稳定，在长时间工作中 不至于介质、绝缘材料和热电极互相作用， 也不产生对热电极有害的气体。
（4）导热性能好，使结点与被测介质有良 好的热接触。
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5.2.3常用热电偶
热电偶可分为标准化热电偶和非标准化热电偶2种类型。 标准化热电偶是指国家已经定型批量生产的热电偶； 非标准化热电偶是指特殊用途试生产的热电偶，非标准型热电偶
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。
热电偶温度传感器
3．电桥补偿法
电桥补偿法也称自由端补偿法，是利用不平衡电桥产生的 热电动势来补偿热电偶温度传感器因自由端温度变化而引起的 热电动势变化。
4．计算修正法
图4-19 电桥补偿法
求出当自由端为0℃时的热电动势，通过查表计算的方法，得 到被测实际温度。
1.4 分类
1．普通热电偶温度传感器
普通热电偶温度传感器主要由接线盒、热电极、绝缘套管、 保护套管及热端等部分组成。
T 工作端
A T0
B 自由端
图4-11 测温原理
1．接触电动势
导体 A、B 在接触点温度为 T 时形成的接触电动势 eAB (T ) 可表示为
eAB (T )
kT e
ln
NAT NBT
（4-3）
式中， k 1.381023 J/K，称为波尔茨曼常数；T 表示接触点的绝对温度，单位为 K（开尔
文）；e 1.6 1019 C，表示单位电荷；NAT 、 NBT 分别表示导体 A、B 温度为 T 时的自由电子密
图4-17 参考电极定律
1.3 温度补偿方法
1．补偿导线法
可以用一对金属导线将自由端延长，这对导线称为 “补偿导线”。
补偿导线的热电特性在测量范围内必须与热电偶 温度传感器相同或基本相同，且价格相对较低。
A
A
T
B
B
T0
图4-18 补偿导线法
2．自由端恒温法
在实验室和精密测量中，通 常把自由端放入装满冰水混合物 的容器中，以使自由端温度保持 在0℃，这种方法称为零度恒温 法。
反之，如果唯一导体材料组成的回路中存 在热电动势，可验证此材料是非均质的。
在实际应用中，常用均质导体定律来检验 热电极材料成分是否相同，或该材料是否为均 质的。
第8章热电式传感器传感器基础课件
对于A、B构成的闭合回路总的 温差电势为
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
第8章热电偶传感器
模拟图：在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！
第一节 温度测量的基本概念 二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。它规 定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的 单位。各类温度计的刻度均由温标确定。
2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华 氏温标、热力学温标等。
第一节 温度测量的基本概念 二、温标
第一节 温度测量的基本概念 三、温度测量及传感器分类
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
温度升高后变为红色 CPU散热风扇
低温时显示蓝色
第一节 温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
介绍几种温度测量方法
➢ 体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但感 温部件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
第一节 温度测量的基本概念 三、温度测量及传感器分类
测量温度较高，一般用来测量1000℃以上高温。 在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵
蚀，需要用保护套管。
材料属贵金属，成本较高。 热电势较弱。
2)铂铑30—铂铑6热电偶(B型)
正极：铂铑合金（用70％铂，30％铑冶炼而成）。 负极：铂铑合金（用94％铂，6％铑冶炼而成）。 测量温度：长期可到1600℃，短期可达1800℃。 特点： 材料性能稳定，测量精度高。 还原性气体中易被侵蚀。 低温热电势极小，冷端温度在50℃以下可不加补偿。 成本高。
1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶丝
第三节 热电偶的材料、结构及种类 2、热电偶的结构
2）铠装热电偶的结构 铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置 在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一 体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工 作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。
第一节 温度测量的基本概念 二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。它规 定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的 单位。各类温度计的刻度均由温标确定。
2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华 氏温标、热力学温标等。
第一节 温度测量的基本概念 二、温标
第一节 温度测量的基本概念 三、温度测量及传感器分类
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
温度升高后变为红色 CPU散热风扇
低温时显示蓝色
第一节 温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
介绍几种温度测量方法
➢ 体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但感 温部件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
第一节 温度测量的基本概念 三、温度测量及传感器分类
测量温度较高，一般用来测量1000℃以上高温。 在高温还原性气体中（如气体中含Co、H2等）易被侵
蚀，需要用保护套管。
材料属贵金属，成本较高。 热电势较弱。
2)铂铑30—铂铑6热电偶(B型)
正极：铂铑合金（用70％铂，30％铑冶炼而成）。 负极：铂铑合金（用94％铂，6％铑冶炼而成）。 测量温度：长期可到1600℃，短期可达1800℃。 特点： 材料性能稳定，测量精度高。 还原性气体中易被侵蚀。 低温热电势极小，冷端温度在50℃以下可不加补偿。 成本高。
1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶丝
第三节 热电偶的材料、结构及种类 2、热电偶的结构
2）铠装热电偶的结构 铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置 在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一 体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工 作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。
《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。
热电偶传感器及其应用PPT课件全
当结点温度为t,t0时，用导体A,B组成的热电偶的热电 动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。
EAB t,t0 EAC t,t0 EBC t,t0
在实际应用中，由于 纯铂丝的物理化学性 能稳定、熔点高、易 提纯，所以目前常用 纯铂丝作为标准电极 (C极)。
参考电极
2024/8/22
2024/8/22
15
二、 热电偶定律
1．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 这第三种材料的导体两端温度相同，第三种材料 导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性 质称为中间导体定律。
2024/8/22
16
eCA(T0)
eAB(T)
eBC(T0)
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接
触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。
不同的金属材料其自 由电子的密度不同。
导体B则因获得
电子而带负电
设导体A、B的自由电
子密度为nA、nB， 若nA﹥nB
2024/8/22
导体A 因失去电
子而带正电
接触面处 形成电场
8
该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散 达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位 差，即接触电动势，其大小为：
法兰
2024/8/22
38
接线盒
普通装配型热 电偶的结构图
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）
2024/8/22
39
２、铠装热电偶
铠装热电偶又称套管热电偶。是由金属保护套管、 绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的热电 偶。
EAB t,t0 EAC t,t0 EBC t,t0
在实际应用中，由于 纯铂丝的物理化学性 能稳定、熔点高、易 提纯，所以目前常用 纯铂丝作为标准电极 (C极)。
参考电极
2024/8/22
2024/8/22
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二、 热电偶定律
1．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 这第三种材料的导体两端温度相同，第三种材料 导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性 质称为中间导体定律。
2024/8/22
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eCA(T0)
eAB(T)
eBC(T0)
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接
触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。
不同的金属材料其自 由电子的密度不同。
导体B则因获得
电子而带负电
设导体A、B的自由电
子密度为nA、nB， 若nA﹥nB
2024/8/22
导体A 因失去电
子而带正电
接触面处 形成电场
8
该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散 达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位 差，即接触电动势，其大小为：
法兰
2024/8/22
38
接线盒
普通装配型热 电偶的结构图
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）
2024/8/22
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２、铠装热电偶
铠装热电偶又称套管热电偶。是由金属保护套管、 绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的热电 偶。
《温度传感器》课件
常见温度传感器介绍
REPORTING
热电偶温度传感器
总结词
基于热电效应原理，测量范围宽，准确度高，但响应时间较慢。
详细描述
热电偶温度传感器是利用热电效应原理进行测温的传感器，其测量范围宽，准 确度高，适用于中高温的测量。但由于其响应时间相对较慢，因此不适用于需 要快速响应的场合。
热电阻温度传感器
总结词
温度传感器通过感知周围环境的温度变化，将其转换为电信 号，再经过信号处理电路的处理，最终输出温度值。
详细描述
温度传感器内部通常包含敏感元件和信号处理电路。敏感元 件负责感知周围环境的温度变化，产生相应的电信号；信号 处理电路则对电信号进行放大、滤波、线性化等处理，最终 输出稳定的温度值。
PART 02
温度传感器类型
总结词
温度传感器有多种类型，包括热电阻、热电偶、集成温度传感器等。
详细描述
热电阻型温度传感器利用金属导体的电阻随温度变化的特性来测量温度；热电偶 型温度传感器利用热电效应原理测量温度；集成温度传感器则是将温度传感器与 信号处理电路集成在一起，具有测量精度高、体积小等优点。
温度传感器工作原理
温度传感器可用于监测工厂或工业园 区的环境温度，优化能源消耗，降低 运营成本。
农业领域应用
温室环境调控
在温室种植中，温度对作物的生 长至关重要。温度传感器可以监 测温室内外的温度变化，为温室
环境调控提供数据支持。
畜禽养殖管理
在畜禽养殖中，温度传感器可以帮 助养殖户监测畜禽的生长环境，提 高养殖效率和管理水平。
农业物联网应用
结合物联网技术，温度传感器可以 为农业智能化管理提供数据支持， 实现精准农业和智慧农业的发展。
医疗领域应用
REPORTING
热电偶温度传感器
总结词
基于热电效应原理，测量范围宽，准确度高，但响应时间较慢。
详细描述
热电偶温度传感器是利用热电效应原理进行测温的传感器，其测量范围宽，准 确度高，适用于中高温的测量。但由于其响应时间相对较慢，因此不适用于需 要快速响应的场合。
热电阻温度传感器
总结词
温度传感器通过感知周围环境的温度变化，将其转换为电信 号，再经过信号处理电路的处理，最终输出温度值。
详细描述
温度传感器内部通常包含敏感元件和信号处理电路。敏感元 件负责感知周围环境的温度变化，产生相应的电信号；信号 处理电路则对电信号进行放大、滤波、线性化等处理，最终 输出稳定的温度值。
PART 02
温度传感器类型
总结词
温度传感器有多种类型，包括热电阻、热电偶、集成温度传感器等。
详细描述
热电阻型温度传感器利用金属导体的电阻随温度变化的特性来测量温度；热电偶 型温度传感器利用热电效应原理测量温度；集成温度传感器则是将温度传感器与 信号处理电路集成在一起，具有测量精度高、体积小等优点。
温度传感器工作原理
温度传感器可用于监测工厂或工业园 区的环境温度，优化能源消耗，降低 运营成本。
农业领域应用
温室环境调控
在温室种植中，温度对作物的生 长至关重要。温度传感器可以监 测温室内外的温度变化，为温室
环境调控提供数据支持。
畜禽养殖管理
在畜禽养殖中，温度传感器可以帮 助养殖户监测畜禽的生长环境，提 高养殖效率和管理水平。
农业物联网应用
结合物联网技术，温度传感器可以 为农业智能化管理提供数据支持， 实现精准农业和智慧农业的发展。
医疗领域应用
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1、热电偶传感器是将（温度）变化量转变为微 小的（电动势）变化量，经放大后用来控制执行
机构的。
2、热电偶是利用（ 热电 ）效应制成的，热电 动势由（ 接触 ）电势和（ 温差 ）电势组成。
3、（ C ）的数值越大，热电偶的输出热电动 势就越大。
A.热端直径
B.热端和冷端的温度
C.热端和冷端的温差 D.热电极的电导率
1-热电极；2-绝缘材料； 3-金属套管；4-接线盒；
5-固定装置
铠装型热电偶
铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
AB
薄壁金属 保护套管 （铠体）
铠装型热电偶 横截面
法兰
测量50m深的岩石钻孔中的温度应选用 （B ）型的热电偶。
A.普通
B.铠装
C.薄膜
薄膜型热电偶
薄膜型热电偶采用真空镀膜技术，由两种 金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电 偶，其结构示意图如图所示。适用于微小 面积上的表面温度的测量以及快速变化的 表面温度的测量。
简答题 热电偶测温必须具备的条件是什么？
答：两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电 路，两交接点的温度不同
热电偶的结构
热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套 管和接线盒等几个主要部分组成。
为满足不同生产对象的测温要求和条件， 热电偶的结构形式有：普通型电偶、铠装 型热电偶、薄膜型热电偶。
普通型热电偶
3、标准电极定律
只要测得标准电极与各种金属组成的热电
偶的热电动势，则任何两种电极配对组合 成的热电偶的热电动势就可根据标准电极 定律定律计算出，而不需要逐个测定。
热电偶测温原理
热电动势的大小与热电极A、B的长度和直 径无关，只与热电极的材料和冷、热两端 的温度有关。如果热电极的材料选定，冷 端的温度t0确定，那么热电动势就只与热端 温度t有关，所以可以通过测量热电动势的 大小得到热端的温度值，这就是热电偶测 温度的工作原理。
任务2 热电偶温度传感器
1、学习热电偶的概念及其特点 2、学习热电偶的基本定律 3、学习热电偶测温原理 4、学习热电偶的结构及标准热电偶 5、学习热电偶的冷端温度补偿法
1、热电偶的概念及其特点 2、热电偶的基本定律 3、热电偶测温原理 4、热电偶的结构及标准热电偶 5、热电偶的冷端温度补偿法
热电偶主要用来测量中高温，它的测温范
围大，适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区 的温度测量。
热电偶测温原理
热电效应和热电动势 热电偶是利用热电效应的原理制成的。
热电效体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个交接点t和 t0之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而 在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电 效应， 也称塞贝尔效应。
工业测量上应用最多的是普通型热电偶。
普通装配型热电偶的外形
安装 螺纹
安装 法兰
接线盒
普通装配型热电 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）
测量锅炉烟道中的烟气温度应选用（ A ） 型的热电偶。
A.普通
B.铠装
C.薄膜
铠装热电偶
铠装型热电偶是把电极、绝缘材料熔铸在 一起，外套金属保护管经拉伸加工而成，它 可以做得很长、很细，在使用中可以随测量 需要进行弯曲。
热电偶的基本定律
1、中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，
只要其两端的温度相等，该导体的接入就 不会影响热电偶回路的总热电动势。
mV
A
T 01
A
t 01
T
T
B
T 02
B
t 02
(a)插入中间导体
(b)应用电路
2、中间温度定律
在热电偶测量电路中，热端温度为t，冷 端温度为t0，中间温度为t1,则（t,t0）的热 电动势等于（t,t1）与（t1，t0）热电动势 的代数和。
（4）镍铬—康铜（WREA）（分度号为E型）， 测温范围-200～900℃
后两者材料组成的热电偶的热电动势较 大，易测温，但测温范围小。
组成热电偶的两种材料中，写在前面的为
正极，写在后面的为负极。参考端温度为 0℃时，把热电偶的热电动势与工作端温度 之间的关系制成表格，称为热电偶的分度 表。
作业
热电偶热的电动势的特点
1、当电极材料不同，并且热端温度t和冷端温度t0不 同时，热电偶回路才会有热电动势;当热电极材料选 定后，热端温度t和冷端温度t0的温差越大，热电动 势就越大。
2、热电动势的产生是由两种导体的接触电动势和单 一导体的温差电势两部分组成。一般情况下，热电 偶的接触电势远大于温差电势，因而回路中热电动 势的方向取决于热端的接触电势方向，电子密度大 的导体A为正极，电子密度小的导体B为负极。
导体A、B称热电极；温度t处称为热端、工作端 或测量端；温度t0称为冷端、参考端或自由端。
看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
测量端
（工作端、 热端）
A
热电势
热电极B
自由端 （参考端、 冷端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
空中加油
请你分析一下，这种加油 方式在怎样的条件下才可 进行？
1、请写出热电效应的概念 2、 热电偶测温必须具备的条件是什么？ 3、请写出中间导体定律和中间温度定律 4、热电偶是由哪几部分组成，有哪些结构形式
热电偶测温及参考端温度补偿
热电偶的缺点是存在冷端温度补偿问题。 根据热电偶测量原理可知，当冷端温度保持不 变时，热电偶回路的热电动势与热端温度成单 值对应关系。
（2）铂铑10—铂热电偶（WRLL）（分度号为S型）， 测温范围0～1600℃ 这种材料组成的热电偶可长期测量高达1600℃ 的温度，其性能稳定，精度高，适宜在氧化性介 质或中性介质中进行测量，室温下热电动势小， 不需要进行冷端补偿和修正，可作为标准热电偶。
（3）镍铬—镍硅热电偶（WREU）（分度号 为K型） ， 测温范围-200～1300℃
测量CPU散热片的温度应选用（ C ）型的 热电偶
A.普通
B.铠装
C.薄膜
标准热电偶
目前工业上常用的4种标准热电偶的组成材料为： （1）铂铑30—铂铑6热电偶（WRLB）（分度号为B
型）， 测温范围0～1800℃ 这种材料组成的热电偶的熔点高，可用于较高
温度的测量，误差小，一般适用于较为精密的温 度测量。但它热电动势小，不能用于金属蒸汽和 还原介质中。