半导体敏感元件(热敏元件与温度传感器).
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测端热容量小，动态响应快(0.01s)。 c) 薄膜型热电偶：
具有热容量小, 反应速度快等的特点, 热相应时间达到微秒级。
2.热电偶（thermocouple）
2.4 热电偶结构
沈 阳 工 业 大 学
普通工业热电偶 普通工业热电偶
铠装热电偶
表面温度热电偶
2.热电偶
2.5 热电偶的冷端补偿
沈 阳 工 业 大 学
沈 阳 工 业 大 学
热敏元件与温度传感器
本章主要内容
1.概述
沈 阳 工 业 大 学
2.热电偶
3.热电阻 4.半导体陶瓷热敏电阻 5.硅电阻温度传感器 6.半导体热敏二极管 7.集成温度传感器
1.概述
温度最本质的性质
沈 阳 工 业 大 学
当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束 后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。
T T
T
kT0 N A dT ln A dT B q N B T0 0
T
kT0 N A 0 kT N A ln ( B A )dT ( ln ( B A )dT q NB q N B 0 0
T
T
=F(T)-F(T0) 若T0为常数， E(T,T0)=F(T)-C
分度号 S R B K
(90%,10%)
分度表--热电势与热端温度之间关系列成表格
冷端为0 ℃
2.热电偶
2.4 热电偶结构
沈 阳
a) 普通热电偶： 结构：1-热电极 2-绝缘套管 3-保护套管 4-接线盒
工 b) 铠装热电偶： 业 结构：热电极 + 绝缘材料 大
+ 金属保护套
学 特点：细长(1~3mm)，可以弯曲，挠性好，强度高
液体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计
玻璃管温度计
双金属温度计
1.概述
温度传感器
沈 阳 工 业 大 学
温 度 传感器
温度 → 敏感元件 分类
热电式 金 属 热阻式 半导体
→ 电参数
热电偶
热电阻 半导体陶瓷热敏电阻
热敏二极管
PN结式
热敏三极管
集成温度传感器 接触测温
热传导测温
测量方法
非接触测温 热辐射测温
E A (T , T0 ) A dT
T0
T
σA-汤姆逊系数
2.热电偶
2.1 工作原理
沈 阳 工 业 大 学
EAB (T，T0 ) eAB (T ) eB (T，T0 ) eBA (T0 ) eA (T0，T )
kT N A kT0 N B 0 kT N A ln B dT ln A dT ln q N B T0 q NA T q NB T
热电势:
E f (T ) f (T0 )
测 温: 获得T → T0固定 → T0=0℃（冷端） 冷 端：干扰、波动 T00 误差 冷端温度补偿 冷端温度补偿方法： A 0℃恒温法
适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用
2.热电偶
冷端温度补偿方法：
沈 阳 工 业 大 学
B 冷端温度修正法 设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为 t 修正公式
4 半导体陶瓷热敏电阻
金属氧化物为原料，采用陶瓷工艺制备的具有半导体特性的热敏电阻。
沈 阳 工 业 大 学
分类 A负温度系数热敏电阻(NTC)
测温范围宽，主要用于温度测量;
B正温度系数热敏电阻(PTC)
构成： 金属铂丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈
特点： (1) 在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，工 艺性好。不能用于还原介质 。 (2) 输入输出特性接近线性
3热电阻
沈 阳 工 业 大 学 铜电阻
在-50～180℃范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为
Rt R0 (1 t )
R
沈 阳 工 业 大 学
材料：纯金属 ---铂、铜、镍、铁 铂电阻
温度 热电阻 阻值
在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 当-190℃<t<0℃时
Rt R0[1 At Bt 2 ]
Rt R0[1 At Bt2 C(t 100)t 3 ]
A=3.96847×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2,C=-4.22×10-12/℃4
温度0℃时的电阻 值
α:铜电阻温度系数（4.25×10-3- 4.28×10-3/℃)
3热电阻
热电阻结构
沈 阳 工 业 大 学
3热电阻
热电阻结构
沈 阳 工 业 大 学
铂电阻温度传感器采用日本进口薄膜铂电阻元件精心制作而成，具有精度高， 稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 适用于小管道（1/2英吋~8英吋）以及狭 小空间高精度测温领域，与二次显示表以及PLC配合。
两种特殊情况
若两种导体相同： NA=NB → E=0 若两端无温差： T=T0 → E=0
注：热电偶热电势的大小，只是与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有关，与
导体的粗细长短及两导体接触面积无关。
2.热电偶
2.2热电偶基本定律
沈 阳 工 业 大 学
中间导体定律
热电偶中接入第三种材料，只要接入材料两端温度相等，热电偶总热电势不变。
2.热电偶
2.1 工作原理（热电效应，或称为赛贝克效应）
沈 阳 工 业 大Fra Baidu bibliotek学
两种不同导体构成闭合回路 电动势 两个节点（A、B）温度不同 接触电势（珀尔贴电势） 不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势
E AB (T ) kT N A ln q NB
温差电势（汤姆逊电势） 同一导体→两端温度不同→电子迁移（高→ 低） →电势
中间温度定律
EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3） A
B A T2 B A B T3
T1
2.热电偶
2.3 常用热电偶材料
沈 阳 工 业 大 学
铂铹10 铂铹13 铂铹30 镍铬
材料 纯铂 纯铂 铂铹6 镍硅
(97.5%,2.5%)
实用使用测温范围 0 ~ 1600 ℃ 0 ~ 1600 ℃ 0 ~ 1800 ℃ -40 ~ 1300 ℃
被测温度 t 的热电势 测量得出的热电势
(t ,0) E(t , t 0 ) E(t 0 ,0)
冷端 t0的热电势
C仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之 前就给显示仪表输入了电势E(t0, 0)。
3热电阻
原理：热能 热电阻 电阻值
T
热电阻
具有热容量小, 反应速度快等的特点, 热相应时间达到微秒级。
2.热电偶（thermocouple）
2.4 热电偶结构
沈 阳 工 业 大 学
普通工业热电偶 普通工业热电偶
铠装热电偶
表面温度热电偶
2.热电偶
2.5 热电偶的冷端补偿
沈 阳 工 业 大 学
沈 阳 工 业 大 学
热敏元件与温度传感器
本章主要内容
1.概述
沈 阳 工 业 大 学
2.热电偶
3.热电阻 4.半导体陶瓷热敏电阻 5.硅电阻温度传感器 6.半导体热敏二极管 7.集成温度传感器
1.概述
温度最本质的性质
沈 阳 工 业 大 学
当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束 后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。
T T
T
kT0 N A dT ln A dT B q N B T0 0
T
kT0 N A 0 kT N A ln ( B A )dT ( ln ( B A )dT q NB q N B 0 0
T
T
=F(T)-F(T0) 若T0为常数， E(T,T0)=F(T)-C
分度号 S R B K
(90%,10%)
分度表--热电势与热端温度之间关系列成表格
冷端为0 ℃
2.热电偶
2.4 热电偶结构
沈 阳
a) 普通热电偶： 结构：1-热电极 2-绝缘套管 3-保护套管 4-接线盒
工 b) 铠装热电偶： 业 结构：热电极 + 绝缘材料 大
+ 金属保护套
学 特点：细长(1~3mm)，可以弯曲，挠性好，强度高
液体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计
玻璃管温度计
双金属温度计
1.概述
温度传感器
沈 阳 工 业 大 学
温 度 传感器
温度 → 敏感元件 分类
热电式 金 属 热阻式 半导体
→ 电参数
热电偶
热电阻 半导体陶瓷热敏电阻
热敏二极管
PN结式
热敏三极管
集成温度传感器 接触测温
热传导测温
测量方法
非接触测温 热辐射测温
E A (T , T0 ) A dT
T0
T
σA-汤姆逊系数
2.热电偶
2.1 工作原理
沈 阳 工 业 大 学
EAB (T，T0 ) eAB (T ) eB (T，T0 ) eBA (T0 ) eA (T0，T )
kT N A kT0 N B 0 kT N A ln B dT ln A dT ln q N B T0 q NA T q NB T
热电势:
E f (T ) f (T0 )
测 温: 获得T → T0固定 → T0=0℃（冷端） 冷 端：干扰、波动 T00 误差 冷端温度补偿 冷端温度补偿方法： A 0℃恒温法
适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用
2.热电偶
冷端温度补偿方法：
沈 阳 工 业 大 学
B 冷端温度修正法 设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为 t 修正公式
4 半导体陶瓷热敏电阻
金属氧化物为原料，采用陶瓷工艺制备的具有半导体特性的热敏电阻。
沈 阳 工 业 大 学
分类 A负温度系数热敏电阻(NTC)
测温范围宽，主要用于温度测量;
B正温度系数热敏电阻(PTC)
构成： 金属铂丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈
特点： (1) 在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，工 艺性好。不能用于还原介质 。 (2) 输入输出特性接近线性
3热电阻
沈 阳 工 业 大 学 铜电阻
在-50～180℃范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为
Rt R0 (1 t )
R
沈 阳 工 业 大 学
材料：纯金属 ---铂、铜、镍、铁 铂电阻
温度 热电阻 阻值
在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 当-190℃<t<0℃时
Rt R0[1 At Bt 2 ]
Rt R0[1 At Bt2 C(t 100)t 3 ]
A=3.96847×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2,C=-4.22×10-12/℃4
温度0℃时的电阻 值
α:铜电阻温度系数（4.25×10-3- 4.28×10-3/℃)
3热电阻
热电阻结构
沈 阳 工 业 大 学
3热电阻
热电阻结构
沈 阳 工 业 大 学
铂电阻温度传感器采用日本进口薄膜铂电阻元件精心制作而成，具有精度高， 稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 适用于小管道（1/2英吋~8英吋）以及狭 小空间高精度测温领域，与二次显示表以及PLC配合。
两种特殊情况
若两种导体相同： NA=NB → E=0 若两端无温差： T=T0 → E=0
注：热电偶热电势的大小，只是与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有关，与
导体的粗细长短及两导体接触面积无关。
2.热电偶
2.2热电偶基本定律
沈 阳 工 业 大 学
中间导体定律
热电偶中接入第三种材料，只要接入材料两端温度相等，热电偶总热电势不变。
2.热电偶
2.1 工作原理（热电效应，或称为赛贝克效应）
沈 阳 工 业 大Fra Baidu bibliotek学
两种不同导体构成闭合回路 电动势 两个节点（A、B）温度不同 接触电势（珀尔贴电势） 不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势
E AB (T ) kT N A ln q NB
温差电势（汤姆逊电势） 同一导体→两端温度不同→电子迁移（高→ 低） →电势
中间温度定律
EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3） A
B A T2 B A B T3
T1
2.热电偶
2.3 常用热电偶材料
沈 阳 工 业 大 学
铂铹10 铂铹13 铂铹30 镍铬
材料 纯铂 纯铂 铂铹6 镍硅
(97.5%,2.5%)
实用使用测温范围 0 ~ 1600 ℃ 0 ~ 1600 ℃ 0 ~ 1800 ℃ -40 ~ 1300 ℃
被测温度 t 的热电势 测量得出的热电势
(t ,0) E(t , t 0 ) E(t 0 ,0)
冷端 t0的热电势
C仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之 前就给显示仪表输入了电势E(t0, 0)。
3热电阻
原理：热能 热电阻 电阻值
T
热电阻