温度检测方法详解

接触面上金属A的电子扩散到B， A失去电子带正电，B因获得电子
带负电，在接触面上形成了静电
场，这个静电场将阻止扩散过程
的进行，当自由电子密度的不同
引起的扩散能力与静电场的作用 相互抵消时，达到了动平衡，在 自由电子密度 nA＞nB
接触面上形成一个稳定的接触电
位差。
kT n A E AB (T ) ln e nB
(1)、金属测温电阻(金属热电阻) 一般金属导体具有正的电阻温度系数（电阻率随温度的 上升而增加），在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间 的函数关系：
R R0 [1 (t t 0 )] R0 (1 t )
其中： R、R0分别表示温度为t和t0时的电阻值;
α为材料的电阻温度系数，α=(4~6)×10-3/0C。 在不同温度范围内，电阻温度系数α是不同的，希望在 测量温度的范围内α是一个常数。
★ 定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶。
▲ 两个连接端点,一个称为工作端T,另一个称为自
由端或参考端T0或冷端,两根金属丝称之为热电极。
★温差电势是如何产生的？ 温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电 势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组 成的。
1.接触电势（珀耳贴电势） 不同导体自由电子的密度是不同的,当两种不 同导体接触时,在接触面上将产生电子扩散,电子扩 散的速率与自由电子的密度及接触区的温度成正比。
第3章
温度测量技术
1 概述
温度测量方法可分为： 接触式、非接触式 接触式测温 基于热平衡原理，即测温敏感元件必须与被测 介质接触，使两者处于同一热平衡状态。 如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。 非接触式测温 利用物质的热辐射原理，测温元件不需 与被测介质接触。 如:辐射温度计、红外热象仪等。
e A (T , T0 ) dT
T0 T
δ汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产 生的电动势值，它与材料的性质有关。
在同一导体中，存在温度梯度时，会产生温差电势。
▲两端的温度不一致时，高温端的自由电子具有 的动能大，向低温端扩散，跑到低温端去堆积起来， 在导体内形成一个静电场，阻止电子扩散，当两者 的作用相互抵消时，在导体两端就形成一个稳定的
EAB(T)为导体A和B的接点在温度为T时形成的
电位差 。其中： e — 电子的电荷 e=1.6×10-19库仑 k — 波尔兹曼常数 k=1.38×10-23(焦耳/库仑) EAB(T)和连接点的温度T有关，因此当两种金 属接成闭合回路而连接点的温度又不同时，回路中 将形成接触电势。
2. 同一种金属的温差电势（汤姆逊电势）
热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置较普通的 热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。
常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶：将温度转换为电势之变化； 热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化。
2 电阻温度计
工作原理：
基于导体或半导体的电阻值随温度变化的
性质而工作的。 测温敏感元件有: 金属导体、半导体热敏电阻。
可测0.001~0.00050C的微小温度变化；
2）电阻率大，时间常数小(毫秒级)。可制成体
积小、热惯性小、响应速度快的感温元件。
半导体热敏电阻缺点： 1）电阻温度特性分散性大； 2）稳定性差； 3）非线性较严重。
（3）电阻测定 测量方法 可采用电桥测定热电阻的电阻值 常用电桥测热阻存在的问题(二线接桥法)
热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器
★热电偶具有以下特点：
结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可 测局部温度和便于远距离传送与集中检测。
3.1、工作原理(席贝克效应) ▲两种不同材料的导体A和B串联起来形成一个闭合 回路，如果两个接合点的温度不同，电路中将产生热 电势，并形成热电流。 ▲热电势的大小与材料的性质及接点的温度有关， 称为温差热电效应或热电效应，该现象是1821年德国 物理学家Secback发现的。 ★热电势可用函数关系式表示： EAB=f(T,T0) 若知道EAB, T0, 即可利用热电效应来测温或温度差。
电位差。
3. 热电偶回路的总热电势
E AB ( T ,T0 ) e AB ( T ) e A ( T ,T0 ) e AB ( T0 ) eB ( T ,T0 ) [ e AB ( T ) e AB ( T0 )] [ e A ( T ,T0 ) eB ( T ,T0 )] NA T k ( T T0 ) ln ( A B )dt e N B T0
热电阻材料应具备以下性质： 1）电阻温度系数α要大； 2）在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定； 3）电阻率ρ要大，可提高温度计的动态响应； 4）电阻温度关系线性好； 5）材料要容易制作，价格便宜。 常用材料有：铂、铜、铁、镍等。 热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶瓷 等绝缘支架上。
(2)半导体热敏电阻
热敏电阻是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)粉末按一 定比例混合烧结而成的半导体。 常用的热敏电阻的阻值随温 度上升而下降。
R Ae
B T
T是绝对温度(K)；A、B是常数。
电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相对变化
dR 1 dR R dT R dT
B T0 B T 1 1 B( ) T T0
R R0 e
e R0 e
◆常数B可通过实验获得：
(即只要测定温度分别为T1和T0时半导体的热敏电阻的阻值R1和R0)
ln R1 ln R0 B 1 1 T1 T0
(B的范围一般为1500~50000K)
半导体热敏电阻与金属热电阻相比, 有以下优点： 1）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高，
▲注意：将热电阻接到电
桥的导线会产生附加电阻
r1、r2，这是产生测量误 差的一个重要原因。
采取的技术措施：
(可采用三线接桥法及四线接桥法)
r1
用具有相同温度特性的导线r1、r2分别 接到两个邻臂上，因而可互相抵消，而第 三根线与负载电阻RL相串联，由于负载 的输入阻抗都很大，r3则可忽略不计。
3 热电偶
dR B B T R Ae Ae ( 2 ) R( 2 ) dT T T 1 dR B 2 R dT T
B T
B
◆半导体热敏电阻的电阻温度系数α不是常数，而 和绝对温度的平方成反比。 ◆当T=T0时有电阻R0；当T=T时有电阻R
（Baidu Nhomakorabea1）
（ 2）
◆电阻值R与温度T的关系：