第2章温度传感器
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2章温度传感器
❖ (2)中间温度定律 ❖ 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，
自由端温度为TO，中间温度为ＴO′，如图2-7 所示。则T，TO热电势等于T，TO′与TO′，TO 热电势的代数和。即 ❖ EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)
❖ 运用该定律可使测量距离加长，也可用于 消除热电偶自由端温度变化影响。
❖
EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T)
❖ 实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过
热电偶分度表来确定。
❖ 分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
第2章温度传感器
❖ ４.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导体，只要该
第2章温度传感器
图2-5 接触电势示意图 第2章温度传感器
❖ 在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可 忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：
❖
EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)
❖ 对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时， EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成 单值函数关系，即：
3.单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且
T>TO，如图2-4所示。
图2-4 单一导体温差电势
第2章温度传感器
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个 电势称为单一导体的温差电势。
势电偶回路中产生的总热电势，由图2-5可知：
❖ EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0) ❖ 参考电极定律大大简化了热电偶选配电极
的工作。
第2章温度传感器
图2-8 参考电极定律示意图
第2章温度传感器
❖ 例2.1
❖ 当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶 的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶 E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金 组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。
EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO) 或 EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO)
式中：
EAB(T,TO): eAB(T): eB(T,TO): eAB(TO): eA(T,TO):
热电偶回路中的总电动势； 热端接触电势； B导体温差电势； 冷端接触电势； A导体温差电势。
导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电 势不变。 ❖ 如图2-6所示，可得回路总的热电势
❖ EABC(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)=EAB(T,TO) ❖ 根据这个定律，我们可采取任何方式焊接
导线，将热电势通过导线接至测量仪表进行 测量，且不影响测量精度。
第2章温度传感器
图2-6 中间导体定律示意图
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。 ❖ 如图2-9所示：
第2章温度传感器
1-热电极;2-绝缘瓷管;3-保护管;4-接线座;5-接 线柱;6-接线盒
图2-9 直形无固定装置普通工业用热电偶
第2章温度传感器
❖ 2.铠装热电偶（缆式热电偶） ❖ 铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶
❖ 解：
❖ 设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。 ❖ 即 EAC（100℃，0℃）=+3.13mV ❖ EBC（100℃，0℃）=-1.02mV ❖ 则 EAB(100℃,0℃)=+4.15mV
第2章温度传感器
❖ 2.2.2 热电偶的结构形式及热电偶材料 ❖ 1.普通型热电偶 ❖ 普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、
丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再 套不锈钢管等构成。 ❖ 这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐 用。
第2章 温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 金属热电阻传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 半导体热敏电阻 2.6 负温度系数热敏电阻 2.7 温度传感器应用实例 2.8 实训
第2章温度传感器
2.1 温度测量概述
第2章温度传感器
❖ 2.1 温度测量概述 ❖ 温度是表征物体冷热程度的物理量。 ❖ 温度不能直接测量，而是借助于某种物体
第2章温度传感器
图2-7 中间温度定律示意图
第2章温度传感器
❖ (3)参考电极定律（也称组成定律）
❖ 如图2-8所示。
❖ 已知热电极A、B与参考电极C组成的热 电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别 为EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，则相同温度下， 由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T， T0)可按下面公式计算：
的某种物理参数随温度冷热不同而明显变化 的特性进行间接测量。 ❖ 温度的表示（或测量）须有温度标准，即 温标。理论上的热力学温标，是当前世界通 用的国际温标。 ❖ 热力学温标确定的温度数值为热力学温度 （符号为T），单位为开尔文（符号为K）。
第2章温度传感器
热力学温度是国际上公认的最基本温度。我国目 前实行的为国际摄氏温度（符号为t）。两种温标 的换算公式为：
t(℃)=T（K）-273.15K 进行间接温度测量使用的温度传感器，通常是由 感温元件部分和温度显示部分组成，如图2-1所 示。
图2-1 温度传感器组成框图
第2章温度传感器
2.2 热电偶传感器
第2章温度传感器
❖ 2.2 热电偶传感器 ❖ 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它
构造简单，使用方便，测温范围宽，并且有 较高的精确度和稳定性。 ❖ 2.2.1 热电偶测温Βιβλιοθήκη Baidu理 ❖ 1.热电效应 ❖ 如图2-2所示，两种不同材料的导体组成 一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在 该回路中会产生电动势。这种现象称为热电 效应，该电动势称为热电势。
第2章温度传感器
图2-2 热电效应
第2章温度传感器
2.两种导体的接触电势 假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和
nB,且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子 的扩散现象。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位 差，即接触电势eAB，如图2-3所示。
图2-3 两种导体的接触电势 第2章温度传感器
❖ (2)中间温度定律 ❖ 在热电偶测量回路中，测量端温度为T，
自由端温度为TO，中间温度为ＴO′，如图2-7 所示。则T，TO热电势等于T，TO′与TO′，TO 热电势的代数和。即 ❖ EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)
❖ 运用该定律可使测量距离加长，也可用于 消除热电偶自由端温度变化影响。
❖
EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T)
❖ 实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过
热电偶分度表来确定。
❖ 分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
第2章温度传感器
❖ ４.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导体，只要该
第2章温度传感器
图2-5 接触电势示意图 第2章温度传感器
❖ 在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可 忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：
❖
EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)
❖ 对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时， EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成 单值函数关系，即：
3.单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且
T>TO，如图2-4所示。
图2-4 单一导体温差电势
第2章温度传感器
导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能， 因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个 电势称为单一导体的温差电势。
势电偶回路中产生的总热电势，由图2-5可知：
❖ EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0) ❖ 参考电极定律大大简化了热电偶选配电极
的工作。
第2章温度传感器
图2-8 参考电极定律示意图
第2章温度传感器
❖ 例2.1
❖ 当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶 的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶 E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金 组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。
EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO) 或 EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO)
式中：
EAB(T,TO): eAB(T): eB(T,TO): eAB(TO): eA(T,TO):
热电偶回路中的总电动势； 热端接触电势； B导体温差电势； 冷端接触电势； A导体温差电势。
导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电 势不变。 ❖ 如图2-6所示，可得回路总的热电势
❖ EABC(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)=EAB(T,TO) ❖ 根据这个定律，我们可采取任何方式焊接
导线，将热电势通过导线接至测量仪表进行 测量，且不影响测量精度。
第2章温度传感器
图2-6 中间导体定律示意图
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。 ❖ 如图2-9所示：
第2章温度传感器
1-热电极;2-绝缘瓷管;3-保护管;4-接线座;5-接 线柱;6-接线盒
图2-9 直形无固定装置普通工业用热电偶
第2章温度传感器
❖ 2.铠装热电偶（缆式热电偶） ❖ 铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶
❖ 解：
❖ 设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。 ❖ 即 EAC（100℃，0℃）=+3.13mV ❖ EBC（100℃，0℃）=-1.02mV ❖ 则 EAB(100℃,0℃)=+4.15mV
第2章温度传感器
❖ 2.2.2 热电偶的结构形式及热电偶材料 ❖ 1.普通型热电偶 ❖ 普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、
丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再 套不锈钢管等构成。 ❖ 这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐 用。
第2章 温度传感器
2.1 温度测量概述 2.2 热电偶传感器 2.3 金属热电阻传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 半导体热敏电阻 2.6 负温度系数热敏电阻 2.7 温度传感器应用实例 2.8 实训
第2章温度传感器
2.1 温度测量概述
第2章温度传感器
❖ 2.1 温度测量概述 ❖ 温度是表征物体冷热程度的物理量。 ❖ 温度不能直接测量，而是借助于某种物体
第2章温度传感器
图2-7 中间温度定律示意图
第2章温度传感器
❖ (3)参考电极定律（也称组成定律）
❖ 如图2-8所示。
❖ 已知热电极A、B与参考电极C组成的热 电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别 为EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，则相同温度下， 由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T， T0)可按下面公式计算：
的某种物理参数随温度冷热不同而明显变化 的特性进行间接测量。 ❖ 温度的表示（或测量）须有温度标准，即 温标。理论上的热力学温标，是当前世界通 用的国际温标。 ❖ 热力学温标确定的温度数值为热力学温度 （符号为T），单位为开尔文（符号为K）。
第2章温度传感器
热力学温度是国际上公认的最基本温度。我国目 前实行的为国际摄氏温度（符号为t）。两种温标 的换算公式为：
t(℃)=T（K）-273.15K 进行间接温度测量使用的温度传感器，通常是由 感温元件部分和温度显示部分组成，如图2-1所 示。
图2-1 温度传感器组成框图
第2章温度传感器
2.2 热电偶传感器
第2章温度传感器
❖ 2.2 热电偶传感器 ❖ 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它
构造简单，使用方便，测温范围宽，并且有 较高的精确度和稳定性。 ❖ 2.2.1 热电偶测温Βιβλιοθήκη Baidu理 ❖ 1.热电效应 ❖ 如图2-2所示，两种不同材料的导体组成 一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在 该回路中会产生电动势。这种现象称为热电 效应，该电动势称为热电势。
第2章温度传感器
图2-2 热电效应
第2章温度传感器
2.两种导体的接触电势 假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和
nB,且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子 的扩散现象。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位 差，即接触电势eAB，如图2-3所示。
图2-3 两种导体的接触电势 第2章温度传感器