温度检测—接触式测温

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热电偶的种类及结构
八种国际通用热电偶： B:铂铑30—铂铑6 S:铂铑10—铂 N:镍铬硅—镍硅 J:铁—铜镍 R:铂铑13—铂 K:镍铬—镍硅 E:镍铬—铜镍 T:铜—铜镍
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
几种常用热电偶的测温范围及热电势
分度号 B R S 名称 铂铑30－铂铑6 铂铑13—铂 铂铑10—铂 测量温度范围 50～1820 C -50～1768 C -50～1768 C 1000C 热电势/ mV 4.834 10.506 9.587
比电阻ρ 温度范围 （.mm2/m） （℃）
0.0981 0.0170 0.0910 0.1210 -200 ~ +650 -50 ~ +150 -50 ~ +150 -50 ~ +100
特 性
近线性 线性 非线性 非线性
小型铂热电阻
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
三线制测量电桥
四线制接法
三、热敏电阻
1
2
3 4 5
热敏电阻外型
玻璃封装 NTC热敏电阻
MF58 型热敏电阻
热敏电阻温度面板表
热敏电阻
LCD
热敏电阻用于CPU的温度测量
热敏电阻体温表
热敏电阻用于电热水器的温度控制
休息一下
值应为484 。
易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻
★
热电阻材料特点
（1）高温度系数、高电阻率 （2）较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质 （3）良好的输出特性 （4）良好工艺性
材料
铂 铜 铁 镍
温度系数α （1/ ℃）
3.92× 10-3 4.25× 10-3 6.50× 10-3 6.60× 10-3
热电偶工作原理演示
热电极A 热电极B
热电势
A
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势!!
从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金 属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触 点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生 偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个 结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说 明什么？） 。 显然，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，电流的强弱与两个结 点的温差有关。
结论---1 若热电偶两电极材料相同,那么即使两端温度不 同，闭合回路的总热电势仍为零。
2 若热电偶两电极材料不同,而两端温度相同,闭合 回路中也不会产生总热电势。 3 所以,热电偶的工作条件是:电极由不同材料组成, 且两接触端温度不一样。 4 热电势的大小仅与热电极材料和两端温度有关。
普通装配型热电偶的外形
一、热电偶测温（接触式、热电式）
1 主要优点 1 、它属于自发电型传感器：测量时可以不需 外加电源，可直接驱动动圈式仪表；
2 、测温范围广：下限可达 -270C ，上限可达 1800C以上；是目前接触式测温中应用最广泛的热 电式传感器。
3 、各温区中的热电势均符合国际计量委员会 的标准。
2
工作原理
4
热电偶基本定律
1、均质导体定则 均质导体构成的闭合回路,不可能产生热电效应，构不成
热电偶。
热电偶的电极均匀性越好，则其质量越好。
2、中间导体定律
导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要导体 C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。
M
2
T0
意义：
可用测量仪表
直接测量热电势
2
C T0
B
3
3
传感器与检测技术
第四章
本章学习的主要内容有:
温度检测
1、了解温度测量的基本概念和方法；
2、了解热电偶、热电阻和热敏电阻的工作原理，以及 它们的分类及特点； 3、了解一些新型非接触测温传感器的原理
第一节
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。
热力学温标（K）
热力学温标是建立 在热力学第二定律基础 上的最科学的温标，是 由开尔文（Kelvin）根据 热力学定律提出来的， 因此又称开氏温标。它 的符号是T，单位是开尔 文（K） 。
威廉· 汤姆逊· 开尔文勋爵像
三、温度测量及传感器分类
温度传感器按照测量方法可分为接触式和 非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻 式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有 自发电型、非电测型等。
几种温度测量方法
示温涂料（变色涂料）
装满热水后图案 变得清晰可辨
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
红外温度计
第二节
接触式测温
金属材料:热电阻 中温
热电阻:温度变化—电阻变化 半导体材料:热敏电阻 低温
接触式传感器
热电偶:温度变化—热电动势变化 常用于高温领域
C
A
1
B T
A
4
T1
M
B
1 T
3、中间温度定律
A T
Tn
A
Tn B
To
B
热电偶AB在接点温度为T和To的热电势EAB(T,To)应当 等于它在接点温度T、Tn和Tn 、To的热电势的代数和,即
EAB(T,To)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,To)
意义：为制定分度表奠定了理论基础
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热电偶的冷端处理
测温方法及温标
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
温标—— 衡量温度的统一标准尺度。
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。
几种温标的对比
正常体温为 37 C ，相 当于华氏温 度多少度？
必要性： 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满 足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境 温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定， 因此将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势 总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。
A 补偿导线法
采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远 离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。
半导体
NTC CTR PTC
热敏电阻的温度特性
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电阻
负温度系数热敏电阻：NTC 正温度系数热敏电阻：PTC 临界温度系数热敏电阻：CRT
104
102
100 0 40 80 120 160
温度℃
200
结构：金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni 等的氧化 物采用不同比例配方、高温烧结而成。
下图所示的五根曲线分别为哪一种热敏电阻？
型号
配用热电偶 正- 负 铂铑10-铂
镍铬 - 镍硅 钨铼5-钨铼26
导线外皮颜色 正- 负 红- 绿
红- 蓝 红- 橙
SC
KC WC5/26
补偿导线在0～100C范围内的热电势与配套的热电偶的 热电势相等，所以不影响测量精度。
补偿导线外形
A’ B’ 屏蔽层
保护层
B 冷端温度测量计算法
计算修正
K
E
镍铬－镍铬 (铝)
镍铬－铜镍 (康 铜)
-270～1370 C－270～800 C41.276——?
几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析
结论： 哪几种热电偶 的测温上限较高？ 哪一种热电偶 的灵敏度较高？ 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）？
1
2
3
2－保险套管 4―热电偶丝
4
工业热电偶结构示意图
安装 螺纹
1－接线盒； 3―绝缘套管
安装 法兰
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。 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时 的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0C。
K热电偶的 分度表
比较查出的3个 热电势，可以看 出热电势是否线 性？
当热电偶的冷端温度t0 0C时，由于热端与冷端 的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势 EAB
（t，t0）与冷端为 0C时所测得的热电势 EAB（t，0C）
不等。可以利用下式计算并修正测量误差： EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）
C 冷端恒温法
将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温 容器中，使冷端的温度保持在0C不变。此法也称冰 浴法，它消除了t0不等于0C而引入的误差，由于冰 融化较快，所以一般只适用于实验室中。
工业应用中，一般把冷端放在电加热的恒温 器中，使其维持在某一恒定的温度。
冰浴法
在冰瓶中，冰水混合物的温度能 较长时间地保持在0C不变。
D 电桥补偿法
XT-WBC热电偶 冷端补偿器
电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压 来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变 化值，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。
二、热电阻测温（接触式、电阻式） 温度升高，金属内部原子晶格的振动 加剧，从而使金属内部的自由电子通过金 属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻 率变大，电阻值增加，我们称其为正温度 系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。
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