第九章__热电式传感器
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
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。
热电式传感器工作原理
热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。
其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。
这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。
2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。
这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。
3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。
与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。
4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。
其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。
当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。
5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。
这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。
总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。
通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。
这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。
热电式传感器
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
定 精
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
度计、玻璃制温度计、辐射传
管理温度 相对值±1～ 感器、晶体管、二极管、半导
测定用
±5℃ 体集成电路传感器
Hale Waihona Puke 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。
测温方法很多，我们仅介绍最常用的三类： 热电偶、热电阻、热敏电阻。
传感器技术及应用
见表下内容
晶体管、热敏电阻、 压力式玻璃温度计
极低温用 传感器
-270～-250℃
BaSrTiO3陶瓷
热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金 属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极 管、半导体集成电路传感器。
分类
温度传感器分类(2)
特征
传感器名称
线性型 测
传感器技术及应用
温度传感器分类(1)
分类
特征
传感器名称
超高温用 传感器
1500℃以上
光学高温计、辐射传感器
测
高温用 传感器
1000～1500℃
光学高温计、辐射传感器、 热电偶
温
中高温用 传感器
500～1000℃
光学高温计、辐射传感器、 热电偶
范 中温用
围
传感器 低温用
传感器
热电式传感器讲课文档
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。
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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
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。
《传感器与检测技术胡向东第》习题解答
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
y代表水银柱高（mm）, x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：一阶传感器的微分方程为
式中τ——传感器的时间常数；
——传感器的灵敏度。
∴对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s，灵敏度为1。
→∞时，输出为100mv。试求该传感器的时间常数。
②霍尔电势
霍尔电势与霍尔电场E、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。
③霍尔传感器的灵敏度 。
为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
解： ，
∴ ，
∴τ
解： ，
，
解：当 时共振，则
所以：
ω)和相位差φ(ω)各为多少？
解：二阶传感器的频率响应特性：
幅频特性：
相频特性：
∴当f=600Hz时，
，
；
当f=400Hz时，
。
第3章电阻式传感器
答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。
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。
热电式传感器介绍
第9章 热电式传感器
1、均质导体定律 两种均质导体，其电势大小与热电极直径、长 度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热 电极材料和两端温度有关。 材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时， 将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差。
第9章 热电式传感器
Ｔ
2、中间导体定律
如果将热电偶T0端断开， 接入第三导体C，回路中 电势EAB（T，T0）应写为：
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。
NA K T T0 ln e NB
第9章 热电式传感器
2、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）
对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。 产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具 有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失 去电子带正电，低温端得到电子带负电。
Ｔ＞Ｔ０
＋
－
第9章 热电式传感器
-200～O℃
2 3 Rt R0 1 t bt c t 100 t 2 Rt R0 1 t bt
+0～850℃
式中：
R0 Rt 为温度
温度
0 时， 0 C
00 C 和 t 0 C 时的电阻值。
R0
的公值是
100 。
EAB t ,0 EAB t , t0 EAB t0 ,0
第九章 热电式传感器 电偶
方法
冰点槽法 计算修正法 补正系数法 零点迁移法 冷端补偿器法 软件处理法
1. 冰点槽法
把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。 这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引 起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试 管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。
EAB=EAB(T1)–EAB(T0)
只要T1、T0不变，接入AˊBˊ后不管接点温度T2如何变化， 都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。
A T2 A’ T0 E B T2 B’ T0
热电偶补偿 导线接线图
T1
ห้องสมุดไป่ตู้
三、热电偶冷端温度及补偿 原因
热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为 保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温 度保持恒定； 热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据， 否则会产生误差。
2. 中间导体定律 一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路， 只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路 各接点产生的热电势的代数和为零。
如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则
E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0
A
T
C
T
B
T
三种不同导体组成的热电偶回路
两点结论： l）将第三种材料 C接入由A、B组成的热电偶回路，如 图，则图 a 中的 A 、 C 接点 2 与 C 、 A 的接点 3 ，均处于相 同温度T0之中，此回路的总电势不变，即 EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2） 同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0 之中，此回路的电势也为：
EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2） (a)
热电偶简介
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量 的基本概念
温度标志着物 质内部大量分子 无规则运动的剧 烈程度。温度越 高，表示物体内 部分子热运动越 剧烈。
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！
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。
哪一种热电偶 的灵敏度较低？
哪几种热电偶 的线性较差？
为什么所有的曲线均过原点（零度点）？
热电偶的分度表
——热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法
我国从1991年开始采用国际计量委员会规定 的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标 准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有 相应的线性化集成电路与之对应。
结论：
热电势大致与两个结点的温差ΔT或Δt 成正比
从实验到理论得到有关热电效应的结论
如果用两盏酒精灯同时加热两个结点， 指南针的偏转角反而减小。这又说明什 么结？论：
指南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。
热电流的强弱与两个结点的温差有关，而不 是与单一的一端结点的温度成正比。
热电偶的种类及结构
第九章 热电偶传感器
在这一章里，卡卡要给大家介绍有关温度、 温标、测温方法等一些基本概念和方法，着 重介绍热电偶传感器的原理、分类、特性及 其应用。
热电偶传感器属于自发电型传感器。
开尔文是英国著名的物理学家。一百 多年前，他建立了热力学温度标度，也 称为绝对温标。它的零度，即物质世界 可能的最低温度，相当于摄氏零下273 度，称为绝对零度。
3、各温区中的热电势均符合国际计 量委员会的标准。
第二节 热电偶的工作原理及分类
热电式传感器及应用文章
热电式传感器及应用文章
热电式传感器是一种利用热电效应来测量温度变化的传感器。
当两种不同金属连接在一起形成一个电路，当两个连接点之间有温度差异时，会在电路中产生一个电势差。
这个现象被称为热电效应。
利用这个原理，热电式传感器可以实现非接触、高灵敏度、高精度且无需外部电源的温度测量。
热电式传感器的结构一般由两种金属线材组成，分别被称为热电偶。
两个端点相连接，形成一个回路，当这个回路中存在温度差异时，便可以测量电势差。
这个电势差会通过电缆传输至另一个设备上，如显示仪器和数据采集器。
由于热电偶是由金属制成的，因此能够耐受高温、高压和恶劣环境。
热电式传感器在各个工业领域都有广泛的应用，其中最常见的就是用于测量铁路、石油、化学、冶金和玻璃工业等高温的设备。
因为这些设备在工作过程中需要用到高温，而热电式传感器可以承受高温并且具有高精度和灵敏度，因此成为了理想的选择。
由于热电式传感器不会对被测量物体造成任何损伤，因此在医疗领域中也经常会使用该技术。
例如，热电式传感器可以使用在体内来测量血液和器官的温度变化，从而提供更准确的医疗诊断和治疗方案。
总的来说，热电式传感器因其高温耐性、精准度和便捷性而成为了广受欢迎的检测设备。
除了常规的应用领域外，热电式传感器在新能源、食品冷链、航空航天等领域也有着重要的应用。
并且，随着技术的不断升级和市场的不断扩大，热电
式传感器将会有更广阔的发展前景。
第九章1热电阻
（1）平衡电桥：
二线制接法：
R1,R2为已知电阻，R3为可调电阻， Rt为热电阻。 通过调节R3，直到电桥平衡，则：
R2 R1 Rx R2 R3 , 或Rx R3 R1
若不考虑引线电阻，则Rx＝Rt。
Rb
若考虑引线电阻，
RL Ra Rb , 这样： Rx Rt RL R2 R3 R1
按基本性能分为三类： NTC型，负温度系数：适用于-100─300℃
PTC型, 正温度系数： 作温度开关 CTR型, 临界温度系数：
NTC在低于450℃时，有经验公式：
R R e
T 0
1 1 B（ ） T T0
B热敏电阻材料常数 式中 T热力学温度（绝对温度） T 通常指零度或室温 0
PTC过流保护元件 ：
PTC过流保护元件，是利用其阻温特性进 行工作的。 在正常情况下，PTC的常温电阻相对较小， 不影响电路工作。 当有异常大电流通过电路时，PTC就会迅 速自热，电阻在短时间内增大，起到截断电 流，保护电路的作用。
例题1
例题2
热敏电阻温度－电阻表
三，NTC主要参数：
1, 标称电阻值R25
R25 Rt 1 25 (t 25)
1 dRT 2，电阻温度系数（％/℃） RT dT
3，耗散系数（W/℃） 4，热容C（J/℃） 5，能量灵敏度（测量功率W) 6，时间常数τ 7，最高工作温度Tmax(K) 和额定功率PE
工业铂电阻： W(100)≥1.391 (Pt50,Pt100)
－200 ℃ ～0 ℃： 0 ℃ ～100 ℃： 100 ℃ ～650 ℃：
1℃ 0.5℃ 0 .5 % t
2，铜电阻
铁道车辆传感器技术—热电式传感器
简介： TMS热电偶、热电阻作为工业用温度测
量的传感器，通常和显示及指针仪表、记录 仪表，工业智能调节器配套使用。它可以直 接测量各种生产过程中-200℃-1800℃(钨铼 偶可测温到2300℃)范围内的液体、气体、 蒸汽介质，以及固体表面温度.它广泛用于石 油、化工、机械、制药、冶金、陶瓷、环保 等行业。
热力管道用热电阻
简介： 热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也
随着发生变化的特性来测量温度的。当被测介体 中有温度梯度存在时，所测的温度是感温元件所 在范围介质中的平均温度。
工业用装配式热电阻作为温度测量传感器,通 常与温度变送器,调节器以及显示仪表等配套使用, 组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产 过程中-200℃～300℃范围内的液体,蒸汽和气体 介质以及固体表面的温度. 广泛用于石油、化工、 机械、冶金、电力、 轻纺、食品等工业部门和科 技领域。
项目一 传感器技术
任务6 热电式传感器
01
热电式传感器概述
10.22
热电偶传感器工作原理
03
热电偶传感器性质、定律、类型和结构
04
热（敏）电阻传感器
05
热电式传感器的应用
一、热电式传感器概述
温 度量
材料与温度有关 的物理特性
电量
电动势、电 阻等变化
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。
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9.1.1 基本原理及热电效应
（1）接触电势
当两种导体（或半导体）接触在一起时，由于不
同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子
迁移扩散。
失去电子的导体呈正电位，得到电子的导体呈负
电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成
电位差，此电位差称为接触电势。
其大小与两种导体的性质及结点的温度有关，
ln
NB NC
kT0 e
ln
NC NA
kT0 e
ln
NB NA
-EAB(T0 )
EC(T0,T0) 0, EA (T0,T) -EA(T,T0)
所以
EABC(T ,T0 ) EAB(T ) - EAB(T0 ) EB(T,T0 ) - EA(T ,T0 )
EAB(T ,T0 )
(9.4)
σA为温度系数（又叫汤姆逊系数），它表示单一导体的两端温 差为1℃时所产生的温差电势。
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
热电偶的热电势如图所示
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
可表示为：
EAB(T,T0 ) EAB(T ) - EAB(T0 ) EB(T,T0 ) - EA(T,T0 ) (9.3)
第9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 的传感器。
它是利用测温敏感元件的电或磁的参数随温度变 化而改变的特性，将温度变化转换为电量变化达到测 量温度的目的。
第九章__热电式传感器
第9章 热电式传感器
9.1 热电偶传感器 9.2 热电阻传感器 9.3 热敏电阻 9.4 晶体管和集成温度传感器
因而中间导体定律得到证明。
第九章__热电式传感器
9.1.2 热电偶的基本定律
此定律具有特别重要的实用意义，因为用 热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料)，根 据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一 致，仪表的接入就不会影响热电势。
第九章__热电式传感器
9.1.2 热电偶的基本定律
3. 连接导体定律和中间温度定律 在热电偶回路中，如果热电极A与B分别连接导线
可进一步写成
EAB(T ,T0 )
k(T - T0 ) e
ln
NA NB
-
T
T0 ( A - B )dT
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
几点结论： ①如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使
是两结点的温度不同也不会产生热电势。 ②组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但
是两结点的温度相同也不会产生热电势。 ③由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端
第九章__热电式传感器
9.1 热电偶传感器
9.1.1 基本原理及热电效应 9.1.2 热电偶的基本定律 9.1.3 热电偶冷端温度及其补偿 9.1.4 热电偶的材料、分类与结构 9.1.5 热电势的测量及热电偶的标定 9.1.6 热电偶的传热误差和动态误差
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
（1）热电偶必须由两种不同的匀质材料制成， 热电势的大小只与热电极材料及两个结点的温度有 关，而与热电极的截面及温度分布无关。
（2）此定律可用来检验热电极材料是否为匀质 材料。
第九章__热电式传感器
9.1.2 热电偶的基本定律
2.中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种金属导体，如图所示，
只要该金属导体C与金属导体A、B的两个结点处在同一 温度，则此导体对于回路总的热电势没有影响，称为中 间导体定律。
9.1.1 基本原理及热电效应
2.热电效应 将两种不同的导体（或半导体）A、B组合成闭合
回路，若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动， 即回路中有热电动势存在，这种现象称为热电效应或 塞贝克效应。
此电动势的大小除了与材料本身的性质有关以外， 还决定于结点处的温差。
热电效应产生的热电势由接触电势(珀尔帖)和温差 电势(汤姆逊)两部分组成的。
可表示为：
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
EAB(T )
KT e
ln
NA NB
(9.1)
式中，EAB(T)为A、B两种导体在温度T时的接 触电势；
K为玻尔兹曼常数；e为电子电荷；
NA，NB为导体A、B的自由电子密度； T为结点处的绝对温度。
第九章__热电式传感器ຫໍສະໝຸດ 9.1.1 基本原理及热电效应
（2）温差电势(汤姆逊电势)
产生原因是，金属导体两端的温度不同，则其自
由电子的浓度亦不相同，温度高的一端浓度较大;因此
高温端的自由电子将向低温端扩散，高温端失去电子
带正电，低温端得到多余的电子带负电，从而形成温
差电势：
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
(9.2)
式中，EA(T,T0)为导体A的两端温度分别为T与T0时的温差电势；
1.基本原理
1821年赛贝克发现了铜、铁这两种金属的温差电
现象。即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接
头中的一个加热即可产生电流，如图所示。
在冷接头处，电流从铁流向铜。由于冷、热两个
端（接头）存在温差而产生的电势差E，就是温差热
电势。
这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势
的装置称为热电偶。
第九章__热电式传感器
温度T0恒定时，产生的热电势在一定的温度范围内是 热端温度 T 的单值函数。
第九章__热电式传感器
赛贝克效应
第九章__热电式传感器
9.1.2 热电偶的基本定律
1.匀质导体定律 由同一种匀质（电子密度处处相同）导体或半
导体组成的闭合回路中，不论其截面积和长度如 何，不论其各处的温度分布如何，都不能产生热电 势，这就是匀质导体定律。
热电偶回路接入中间导体C后的 热电势为：
EABC(T ,T0 ) EAB(T ) EBC(T0 ) ECA(T0 ) EA (T0 ,T ) EB (T ,T0 ) EC(T0 ,T0 )
第九章__热电式传感器
9.1.2 热电偶的基本定律
EBC (T0 ) ECA (T0 )
kT0 e
第九章__热电式传感器
9.1 热电偶传感器
热电偶传感器简称热电偶，是目前接触式测温中 应用最广的热电式传感器。其测温范围较宽，一般为 -50~1600℃，最高的可达到3000℃， 并有较高的测量 精度。
另外，它具有结构简单、制造方便、热惯性小、 输出信号便于远传等优点。其产品已标准化、系列化、 运用十分方便。