第2章_温度检测(上)

2 3
• 工业标准：50/100Ω；Cu50/Cu100
• 分度表及其应用
R100 ~ 1.425 R0
铜电阻分度表：
分度号：Cu50， R0
温度 /℃
0 10 20
50
30 40 50 60 70 80 90
电阻/Ω
－0
50.00
47.85
45.70
43.55
41.40
39.24
0
50.00
三类热敏电阻的特性：
PTC、NTC系列热敏电阻实物：
恒温加热
彩电消磁
超大功率型 电机延时启动
NTC
二、热敏电阻的主要参数 三、热敏电阻的特点 优点：灵敏度高（温度系数较热电阻的大得 多）、体积小、热贯性小、结构简单、化学稳 定性好、机械性能强、价格低廉、寿命长。 缺点：复现性和互换性差、非线性严重、测温 范围较窄、目前只能达到-50～300℃。 四、热敏电阻特性线性化 串联补偿电阻
测低温和超低温的热电阻:
2004年12月， 中国科学院 电工研究所 与甘肃长通 电缆公司等 合作研制成 功75m、10.5 KV／1500A 交流高温超 导电缆，并 接入到甘肃 长通电缆公 司6KV配电网 中向车间供 电运行。
超导材料进展
测低温和超低温的热电阻:
• 铂电阻和铜电阻不适合测低温和超低温。 • 铟电阻：300~4.2K，4.2~15K灵敏度比铂电 阻高10倍。材料软，复制性差。 • 锰电阻：63~2K，灵敏度高。材料脆，难拉 丝。 • 碳电阻：液氦温区，廉价，对磁场不敏感。 热稳定性差。
一、热敏电阻的分类
• 正温度系数/PTC (positive temperature coefficient)。用于彩电消磁、电器热保护、 发热源的恒温控制、限流等。 • 负温度系数/NTC (negative temperature coefficient) 。用于测温、温度补偿等。一般 不能并联使用！ • 临界温度系数/CTR (critical temperature risistor) （在某一特定温度下电阻值发生突 变）。用作温度开关。
EAB (T , T0 ) (T T0 ) T
2.4.2 热电偶的基本定律
中间导体定律
标准电极定律
连接导体定律
中间温度定律
中间导体定律:
在热电偶回路中，只要中间导体两端的温度相同， 那么接入中间导体后，对热电偶回路的热电势无影 响，即
EABC(T,T0)=EAB(T,T0)
可接入仪表、降低焊接要求！
52.14
45.28
56.42
58.56
60.70
62.84
64.98
67.12
69.26
100
71.40
73.54
75.68
77.83
79.98
82.13
铂 电 阻 传 感 器 实 物
铂电阻传感器实物（续）
耐磨、防腐热电阻传感器实物：
装配式热电阻传感器实物：
软导线式热电阻传感器实物：
三线制（热电 阻的一端引出 一根线，另一 端引出两根 线）。见后！
三、铁电阻和镍电阻
• 这两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较 大，故可做成体积小，灵敏度高的电阻温度 计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不 易提纯，复制性差，且电阻值与温度的关系 线性差。
比较线性和灵敏 度（电阻的相对 变化率）！
t /℃
四种金属电阻温度特性比较
测低温和超低温的热电阻:
• 国际制冷学会:T>120K为冷冻温区; 120K>T>0.3K 为低温区; T<0.3K为超低温区。 • 常压下，液氦沸点4.2K，液氮沸点77.3K。 • H. K. Onnes，1911，Hg，略低于4.2K，电阻突然 消失。后来发现很多其他材料也有类似现象。 • 一些材料在某一低温下电阻消失的现象称为超导 （superconducting）现象，相应的温度称为该超 导材料的临界温度Tc。 • 超导材料有重要而广泛的用途，研究热点。 • Tc<30K，液氦条件下工作（昂贵、复杂），称为低 温超导材料。重点研究高温超导材料（1986年到液 氮温区）。
温度变送器
2.1 温标及测温方法
• 2.1.1 温标 • 经验温标:①摄氏温标，②华氏温标，③列氏 温标。换算关系为 C=(5/9)×(F-32)=(5/4)R • 热力学温标:又称为开尔文温标，用符号K表示。 换算关系为 K=273.15+C • 国际实用温标
2.1 温标及测温方法
• 2.1.2 温度检测的主要方法及分类 温度检测方法一般可以分为两大类，即接触 测量法和非接触测量法。常用的测温方法、类 型及特点如表2.1.1所示。
T
EAB (T , T0 ) ( A B ) d T
T0
热电偶的热电势为接触电势与温差电势之和（后 者相对较小），即
k NA EAB (T , T0 ) (T T0 ) ln ( A B ) d T e N B T0
T
①若两热电极材料相同，即使两结点温度不同 (T≠T0)， 热电势也为零。所以，两个热电极必须选用不同材料。 ②若两结点温度相同，则热电势也为零。 ③热电势的大小只与热电极材料性质和结点温度有关， 与热电极的尺寸、形状及沿热电极温度分布无关。注 意：若热电极不是匀质的，则沿热电极的温度梯度会 引起附加电势。 ④给定热电偶， ，测温原理？
• 分度表及其应用
R100 ~ 1.391 R0
铂电阻分度表：
注：手册上温度步长为1℃。必要时可插值。后同！
二、铜电阻
• 铂是贵金属，价格昂贵，因此在测温范围比 较小(-50～+150℃)的情况下，可采用铜制成 的测温电阻，称铜电阻。铜电阻的优缺点？
Rt R0 (1 A t Bt C t )
2.3 电阻式温度传感器
四 、热电阻传感器的测量电路 1、三线制（为何采用三线制？）
(条件？优点？)
2.3 电阻式温度传感器
1、三线制
(条件？优点？)
2.3 电阻式温度传感器
2、四线制（为何采用四线制？）
(条件？优点？)
2.3.2 热敏电阻传感器
热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件， 其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温 度的变化转换为能量的变化。制造热敏电阻的材料 很多，如锰、铜、镍、钴和钛等氧化物，它们按一 定比例混合后压制成型，然后在高温下焙烧而成。 热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简 单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点，因此 得到较为广泛的应用，尤其是应用于远距离测量和 控制中。
热电偶中的接触电势为二者的代数和，即
k NA EAB (T ) EAB (T0 ) (T T0 ) ln e NB
单一导体的温差电势：
热电极A的温差电势为
EA (T , T0 ) A d T
T0
T
式中A—热电极A的汤姆逊系数。 同理，可得热电极B的温差电势。 热电偶中的温差电势为二者的代数和，即
⑤使用方便。
热电效应
热电偶基本定律 热电偶材料及常用热电偶 热电偶冷端温度补偿 热电偶测温电路
2.4.1 热电效应
如图，由两段不同的匀质导体A、B组合，能将温度 信号转换成电势（或电流）信号的温度传感器称为热电 偶。热电偶测温原理是热电效应。 图 8-4 热电效应示意图 热电效应也称为塞贝克效应。热电势也称为温差电 势或塞贝克电势。回路中产生的电流称为热电流。导体 A、B称为热电极。测温时，结点1置于测温点，称为测 量端(工作端、热端)；结点2通常保持某一恒定温度， 称为参考端(自由端、冷端)。
体温表：（动画）
温控电路：
~220V
Rt
被控温度可调。
大功率加热用晶闸管（可控硅）或三相加热。
图8-27
在实践中，若精度要求不高，为降低成本、减小体积及 减轻重量，常采用简易直流电源!简易直流电源的具体 形式可根据需要而定。 退出
热敏电阻自动控温仪电路图
2.4 热电偶传感器
热电偶作为敏感元件的主要优点： ①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体或 半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的。 ②有较高的准确度 。 ③测量范围宽：常用的热电偶可测-50℃~1600℃；用 特殊材料的热电极，可测-180℃~2800℃。 ④有良好的敏感度。
第2章 温度检测
• • • • • • • • 温标及测温方法 膨胀式温度计 电阻式温度传感器 热电偶传感器 辐射式温度传感器 光纤传感器 薄膜热传感器 集成温度传感器
第2章 温度检测
温度是表征物体或系统的冷 热程度的物理量。温度单位是国 际单位制中七个基本单位之一。 本章在简单介绍温标及测温方法 的基础上，重点介绍膨胀式温度 测量、电阻式温度传感与测试、 热电偶温度计、辐射式温度计、 光导纤维温度计、集成温度传感 技术等测温原理及方法。
图8-8 具有中间导体的热电偶电路
标准电极定律:
如果将导体C(热电极，一般为纯铂丝)作为标准电极 (也称参考电极)，并已知标准电极与任意导体配对 时的热电势，则在相同结点温度(T，T0)下，任意两 导体A、B组成的热电偶，其热电势可由下式求得： EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)
一、 铂电阻
• 精度高，稳定性好，性能可靠。主要用作标准电阻 温度计，也常用于工业测量。铂电阻的优缺点？
2 R R ( 1 A t B t ) • 0~850℃： t 0
• -200~0 ℃： Rt R0[1 A t Bt C(t 100) ]
2 3
• 工业标准：50/100/1000Ω；Pt50/Pt100/Pt1000
Realizations of bimetallic thermometers