学习要点学习要点u常用温度传感器常用温度传感器u热电阻温度传感器热电阻温度传感器 模块模块2 2 常用温度传感器常用温度传感器1 1 温度传感器有温度传感器有3 3个发展阶段：即传统个发展阶段：即传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能温度传感器。目前，国际上新型器、智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。化向智能化、网络化的方向发展。2.1 温度传感器概述2 2一、温度与温标 温度是衡量物体（或物质）冷热程度的物理量，能够把温度的变化转化为电量（电压、电流或阻抗等）变化的传感器称为温度传感器。 温标是衡量温度的标准尺度，目前国际上使用较多的是摄氏温标和热力学温标。3 3二、温度传感器的工作原理定义：利用各种物质材料的不同物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的装置。n n水银温度计-热胀冷缩n n双金属温度计-两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同4 4三、温度传感器的分类 用来测量温度的传感器种类种类很多，常用的有热敏电阻、热电阻、PN结、热电偶以及为简化测量电路而开发的集成温度传感器。 温度传感器按不同的分类依据分类如下： （1） 按传感器于被测介质的接触方式：接触式 和非接触式（2）按物理现象分类 P44 表2-1（3）按测温范围分类 P44 表2-2（4）按测温特性分类 P44 表2-35 5四.温度传感器的主要发展方向n n超高温与超低温传感器n n提高温度传感器的精度和可靠性n n研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器n n发展新型产品n n发展适应特殊测温要求的温度传感器n n发展数字化、集成化和自动化的温度传感器6 6把由把由金属导体金属导体铂、铜、镍铂、铜、镍等制成的测温元件称为等制成的测温元件称为金属热电阻金属热电阻，可构成，可构成热电阻传感器热电阻传感器。 把由把由半导体材料半导体材料制成的测温元件称为制成的测温元件称为热敏电阻，热敏电阻，可构可构成成热敏电阻传感器热敏电阻传感器，它的灵敏度比前者高十倍以上，它的灵敏度比前者高十倍以上 。热热电电阻阻分分类类作用：作用：测量测量温度温度及与温度有关的参量。及与温度有关的参量。2.2 热电阻温度传感器7 7一、一、 热电阻的测温原理热电阻的测温原理热电阻效应：热电阻效应： 物质的物质的电阻率电阻率随随温度温度变化而变化的物理现象。变化而变化的物理现象。 金属的电阻温度系数为正值，如图金属的电阻温度系数为正值，如图。因为：因为：在金属中，载流子为自由电子，在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时当温度升高时，每个自由电子的每个自由电子的动能动能将增加将增加，因而在一定的电场作用下，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力就会遇到更大的阻力，导致金属电阻，导致金属电阻值随温度的值随温度的升高升高而而增加增加 。金属的电阻金属的电阻温度特性曲线温度特性曲线热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。性来进行温度测量的。 热电阻的温度特性主要是指热电阻的阻值Rt与温度t之间的关系，热电阻的电阻值与温度之间呈非线性关系。8 8热电阻测量电路作用热电阻测量电路作用：将由温度引起的将由温度引起的阻值的变化阻值的变化转换成转换成电压信号电压信号。热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻热电阻温度传感器的测温电路通常采用电桥把热电阻的阻值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放值的微小变化转化为电压的微小变化，再由差动放大器放大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度，大成较大的电压信号输出，去带动指针式表头指示温度，或经或经A/D转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集转换后由数显表头显示温度，或由微处理器采集温度。温度。9 9如果热电阻安装的位置与仪表相距较远，如果热电阻安装的位置与仪表相距较远，当环境温度变化时，其连接导线电阻也要当环境温度变化时，其连接导线电阻也要变化。为消除连接导线电阻变化带来的测变化。为消除连接导线电阻变化带来的测量误差，测量时采用三线制连接法。除了量误差，测量时采用三线制连接法。除了三线制接法，另外还有四线制接法，主要三线制接法，另外还有四线制接法，主要用于精密测量。用于精密测量。热电阻两线测量桥路热电阻两线测量桥路:热电阻的两热电阻的两端各引出一根导线与指示仪表连接，端各引出一根导线与指示仪表连接，称为二线制接法，二线制接法仅适称为二线制接法，二线制接法仅适用于热电阻与指示仪表距离较近、用于热电阻与指示仪表距离较近、连接导线较短或精度不高的场合。连接导线较短或精度不高的场合。 热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。1010二、二、热电阻材料、结构及参数热电阻材料、结构及参数 1 1、热电阻材料、热电阻材料 较为广泛应用的电阻体材料有：较为广泛应用的电阻体材料有：铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜铂、铜 。对电阻体材料的基本要求：对电阻体材料的基本要求： 电阻温度系数大电阻温度系数大-提高灵敏度提高灵敏度电阻率尽可能大电阻率尽可能大-减小电阻尺寸减小电阻尺寸材料的化学、物理性质稳定材料的化学、物理性质稳定-减小误差减小误差材料易于加工材料易于加工-提高工艺性提高工艺性1111铂热电阻n n铂铂铂铂电电电电阻阻阻阻的的的的特特特特点点点点是是是是耐耐耐耐高高高高温温温温、性性性性能能能能稳稳稳稳定定定定、抗抗抗抗氧氧氧氧化化化化能能能能力力力力强强强强、电电电电阻阻阻阻率率率率高高高高、材材材材料料料料易易易易于于于于提提提提纯纯纯纯等等等等优优优优点点点点，在在在在国国国国际际际际实实实实用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。用温标中以铂电阻作为标准。n n铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为铂电阻的测量范围为 -200-200-200-200960960960960。n n铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻价格较贵价格较贵价格较贵价格较贵。它们的分度号分别为它们的分度号分别为Pt10Pt10、Pt50Pt50、Pt100Pt100，其中其中Pt100Pt100最常用。最常用。我国工业用铂热电阻有：我国工业用铂热电阻有：1212铜热电阻由由由由于于于于铂铂铂铂是是是是贵贵贵贵金金金金属属属属，在在在在测测测测量量量量精精精精度度度度要要要要求求求求不不不不高高高高、温温温温度度度度范范范范围围围围在在在在-50-50-50-50 150150150150时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。时普遍采用铜电阻。铜电阻的铜电阻的铜电阻的铜电阻的R R R R0 0 0 0常取常取常取常取100100100100、50505050两种，分度号为两种，分度号为两种，分度号为两种，分度号为Cu100Cu100Cu100Cu100、Cu50Cu50Cu50Cu50。优点：优点：l铜易于提纯，价格低廉，电阻铜易于提纯，价格低廉，电阻_温度特性线性较好；温度特性线性较好；l价格低廉，互换性好，固有电阻小。价格低廉，互换性好，固有电阻小。缺点：缺点：l电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长；电阻率较小（仅为铂的几分之一），因此铜电阻所用阻丝细而且长；l机械强度较差，热惯性较大，在温度高于机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100100时，易氧化，稳定性较差。时，易氧化，稳定性较差。因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。1313铜的机械强度较差，一般用双绕法：铜的机械强度较差，一般用双绕法：先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两先将铜丝对折，两根丝平行绕制，两个端头处于支架的同一端。个端头处于支架的同一端。2 2、热电阻的结构、热电阻的结构 电阻体的结构电阻体的结构电阻体由电阻体由电阻丝电阻丝和和支架支架组组成。通常铂丝直径在成。通常铂丝直径在0.030.030.07mm0.07mm之间，可单层绕制，之间，可单层绕制，电阻体可做得很小。电阻体可做得很小。铜丝的直径较大铜丝的直径较大，一般为一般为0.1mm0.1mm的漆包铜线分层绕在的漆包铜线分层绕在骨架上，并涂上绝缘漆而成。骨架上，并涂上绝缘漆而成。1414玻璃骨架铂热玻璃骨架铂热电阻感温元件电阻感温元件 云母骨架铂热电阻铜热电阻感温元件 热电阻式传感器的结构热电阻式传感器的结构:由由电阻体电阻体（感温元件）、（感温元件）、引出线引出线、绝缘套管绝缘套管和和接接线盒线盒等部件组成。其中，等部件组成。其中，电阻体（感温元件）电阻体（感温元件）是主要部件。是主要部件。 普通工业用热电阻基型产品结构15153 3 3 3、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数、热电阻的基本参数(1) (1) (1) (1) 标称电阻标称电阻标称电阻标称电阻(R(R(R(R0 0 0 0) ) ) )：热电阻在：热电阻在：热电阻在：热电阻在0000时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值(2) (2) (2) (2) 分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻分度表：以表格形式表示热电阻的电阻- - - -温度对温度对温度对温度对照表照表照表照表 分度号：分度号：分度号：分度号：Pt100Pt100Pt100Pt100，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻，表示金属材料为铂，标称电阻为为为为100100100100(3) (3) (3) (3) 温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围温度测量范围及允许偏差范围(4) (4) (4) (4) 热响应时间热响应时间热响应时间热响应时间(5) (5) (5) (5) 额定工作电流额定工作电流额定工作电流额定工作电流1616Rt1 和和Rt2分别接入电桥两相邻桥臂。分别接入电桥两相邻桥臂。R Rt1t1放在被测介质的流通管道的中心。放在被测介质的流通管道的中心。R Rt2t2放在连通室中，不受介质流速影响。放在连通室中，不受介质流速影响。当被测介质处于静止状态时，将电桥调到当被测介质处于静止状态时，将电桥调到平衡状态，检流计指零。平衡状态，检流计指零。当介质流动时，由于介质流动要带走热量，当介质流动时，由于介质流动要带走热量， Rt1Rt1所耗散的所耗散的热量热量与被测介质的与被测介质的平均流速平均流速成成正比。正比。因而因而Rt1Rt1温度下降温度下降，引起，引起电阻下降电阻下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示，可用电桥失去平衡，检流计有相应指示，可用流量或流速标定。流量或流速标定。三三 、热电阻应用热电阻应用n热电阻式流量计热电阻式流量计1717n突突断型温度传感器断型温度传感器 电热水壶接通电源加热后，水温逐步上升到100度，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。 如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。18181919实验一实验一 Pt100铂电阻铂电阻(Cu50铜热电阻铜热电阻)测温特性实验测温特性实验一、实验目的一、实验目的 了解Pt100(Cu50)热电阻电压转换方法及Pt100(Cu50)热电阻测温特性与应用。 2020二、基本原理：二、基本原理： Rt=R3K(R1+RW1)Vc-(R4+R1+RW1)VoKVcR4+(R4+R1+RW1)Vo2121三、需用器件与单元三、需用器件与单元四、实验步骤四、实验步骤22222323五、实验结果记录五、实验结果记录附表：附表：Pt100 铂电阻分度表铂电阻分度表(tRt对应值对应值) Cu50铜电阻分度表铜电阻分度表(tRt对应值对应值) t() 室温 40 45 80 Vo(V) Rt() 2424休息一下2525学习要点学习要点u热敏电阻温度传感器热敏电阻温度传感器u集成温度传感器集成温度传感器 模块模块2 2 常用温度传感器常用温度传感器26261 1 1 1、定义、定义、定义、定义 半半半半导导导导体体体体热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻简简简简称称称称热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻，是是是是一一一一种种种种新新新新型型型型的的的的半半半半导导导导体体体体测测测测温温温温元元元元件件件件，它它它它是是是是用用用用电电电电阻阻阻阻值值值值随随随随温温温温度度度度而而而而显显显显著著著著变变变变化化化化的的的的半半半半导导导导体体体体电电电电阻阻阻阻制制制制成成成成的的的的。通通通通常常常常采采采采用用用用重重重重金金金金属属属属氧氧氧氧化化化化物物物物锰锰锰锰、钛钛钛钛、钴钴钴钴等等等等材材材材料料料料，在在在在高高高高温温温温下下下下烧烧烧烧结结结结混混混混合合合合而而而而成。成。成。成。热热敏敏电电阻阻分分类类正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻（PTC）各种热敏电阻的特性曲线各种热敏电阻的特性曲线 1 1突变型突变型NTC 2NTC 2负温度负温度NTC NTC 3 3线形型线形型PTC 4PTC 4突变型突变型PTCPTC负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻（NTCNTC）一、热敏电阻传感器突变型突变型( (又称临界温度型，又称临界温度型，英文缩写英文缩写CTR)CTR)表表2-42-42727 2 2 2 2、特点、特点、特点、特点 用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有如下特点：如下特点：如下特点：如下特点：n n电阻温度系数大，热敏电阻电阻温度系数大，热敏电阻电阻温度系数大，热敏电阻电阻温度系数大，热敏电阻的温度系数比金属电阻大的温度系数比金属电阻大的温度系数比金属电阻大的温度系数比金属电阻大10101010倍倍倍倍左右，因此它的灵敏度很左右，因此它的灵敏度很左右，因此它的灵敏度很左右，因此它的灵敏度很高；高；高；高；n n结构简单，体积小；结构简单，体积小；结构简单，体积小；结构简单，体积小；n n电阻率高，热惯性电阻率高，热惯性电阻率高，热惯性电阻率高，热惯性小，适宜动态小，适宜动态小，适宜动态小，适宜动态测量；测量；测量；测量；n n阻值阻值阻值阻值与温度变化呈非线性与温度变化呈非线性与温度变化呈非线性与温度变化呈非线性关系；关系；关系；关系；n n稳定性稳定性稳定性稳定性和互换性和互换性和互换性和互换性相对较差相对较差相对较差相对较差28283 3 3 3、结构、结构、结构、结构2929热敏电阻结构MF12型NTC热敏电阻塑料封装热敏电阻3030玻璃封装玻璃封装NTC热敏电阻热敏电阻MF58型热敏电阻型热敏电阻31314 4 4 4、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用n热敏电阻用于温度补偿 仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度仪表中线圈一般用铜线绕制，当温度上升时，线圈电阻增大，产生温度误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于误差，如果在线圈回路中串入一负温度系数的热敏电阻，则可抵消由于温度变化产生的误差。温度变化产生的误差。n过热保护 NTC薄膜热敏电阻MF52An抑制浪涌工作电流 n冰箱压缩机启动 n过电流保护 3232n热敏电阻测温 3333n高低温度范围自动控制电路34343535n家用空调温度检测n智能电饭煲温度检测n其他家用电气产品的温度检测3636集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的集成温度传感器则是将晶体管的b-eb-eb-eb-e结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，结作为温度敏感元件，加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至加上信号放大、调理电路、甚至A/DA/DA/DA/D转换或转换或转换或转换或U/fU/fU/fU/f转换等电路转换等电路转换等电路转换等电路集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同集成在一个芯片上制成的，按其输出信号的不同可分为可分为可分为可分为： 以以以以电压、电流、频率或周期形式输出的模拟电压、电流、频率或周期形式输出的模拟电压、电流、频率或周期形式输出的模拟电压、电流、频率或周期形式输出的模拟集成温度传感集成温度传感集成温度传感集成温度传感器器器器 以以以以数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。数字量形式输出的数字集成温度传感器。集成集成集成集成温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、温度传感器的优点是：使用简便、价格低廉、线性好、误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。误差小、适合远距离测、控温、免调试等。 二、 集成温度传感器3737AD590温度传感器在温度测量中的应用温度传感器在温度测量中的应用以AD590为传感器，设计一数字显示温度表，测温范围0100，误差不大于1。3838uAD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流型集成温度传感器。u这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。u该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在515V之间变化，其电流只是在1A以下作微小变化，一般用于高精度温度测量电路，u其封装形式有三种：b)两脚封装c)SOIC封装a）TO-52封装及符号图AD590的封装形式3939AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273.2+25）=298.2A。图AD590基本应用电路注意事项：1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K298.2A=2.982V2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准若使用AD590测温并以摄氏度表示时，则要通过调零电路（最简单的为电桥）来实现，使零摄氏度时，送到放大电路的净输入电压为零。4040差动放大器输出Vo为(100K/10K)(V2-V1)=T/10V。图AD590温度传感器测温原理图41414242作业P82 6、74343休息一下4444学习要点学习要点u热电偶温度传感器测温原理热电偶温度传感器测温原理u热电偶三大定律热电偶三大定律 模块模块2 2 常用温度传感器常用温度传感器 4545学习要点学习要点u热电偶温度传感器测温原理热电偶温度传感器测温原理u热电偶三大定律热电偶三大定律 模块模块2 2 温度传感器的应用温度传感器的应用 4646热电偶是工程上应用热电偶是工程上应用热电偶是工程上应用热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器最广泛的温度传感器最广泛的温度传感器最广泛的温度传感器。其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度其结构简单、使用方便、准确度高、响应速度快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；快、便于维修、复现性好；测温范围广测温范围广测温范围广测温范围广，一般为，一般为，一般为，一般为-270-270-270-270+2800+2800+2800+2800；直接输出电信号，直接输出电信号，直接输出电信号，直接输出电信号，无测量转换电路无测量转换电路无测量转换电路无测量转换电路。适于适于适于适于远距离测量远距离测量远距离测量远距离测量、自动记录、集中控制。、自动记录、集中控制。、自动记录、集中控制。、自动记录、集中控制。缺点缺点缺点缺点是存在冷端温度补偿问题。是存在冷端温度补偿问题。是存在冷端温度补偿问题。是存在冷端温度补偿问题。47471、热电效应热电效应两种不同材料的导体两种不同材料的导体两种不同材料的导体两种不同材料的导体A A A A和和和和B B B B组成一个组成一个组成一个组成一个闭合电路闭合电路闭合电路闭合电路时，若时，若时，若时，若两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，两个接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为这种现象称为这种现象称为这种现象称为热电效应热电效应热电效应热电效应。热电偶热电偶热电偶热电偶的工作原理是基于物体的热电效应的工作原理是基于物体的热电效应的工作原理是基于物体的热电效应的工作原理是基于物体的热电效应；图图3-20 3-20 热电偶测温原理图热电偶测温原理图有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：有关热电偶的基本概念：l l热电极热电极热电极热电极l l热电势热电势热电势热电势l l测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端）l l参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）参考端（自由端、冷端）4848热电偶工作原理演示热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零4949冷热端温度相等时，回路中不产生热电势冷热端温度相等时，回路中不产生热电势5050热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零51512 2、接触电动势、接触电动势、接触电动势、接触电动势 由于两种不同导体的由于两种不同导体的由于两种不同导体的由于两种不同导体的自由电子密度不同自由电子密度不同自由电子密度不同自由电子密度不同，在接触处会发生，在接触处会发生，在接触处会发生，在接触处会发生自由电子的扩散自由电子的扩散自由电子的扩散自由电子的扩散形成的电动势形成的电动势形成的电动势形成的电动势 。接触电动势的形成过程接触电动势的形成过程: :由于两导体自由电子密度不同而发生电子扩散现象；导体A因失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面处形成电场，该电场的存在阻碍了电子的继续扩散；当电子扩散达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势接触电动势的数值取决于接触电动势的数值取决于两种导体的性质和接触点两种导体的性质和接触点的温度，而与导体的形状的温度，而与导体的形状及尺寸无关。及尺寸无关。52523、温差电动势、温差电动势在在在在同一导体中同一导体中同一导体中同一导体中，由于，由于，由于，由于温度不同温度不同温度不同温度不同而产生的一种电动势。而产生的一种电动势。而产生的一种电动势。而产生的一种电动势。温差温差电势电势很小很小温差电动势形成过程：高温端的自由电子具有较大的动能而向低温端扩散，因而导致导体的高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电。当电子扩散达到动态平衡时，则在导体两端间产生温差电动势：5353热电偶回路热电动势的组成ToTo 恒定时，恒定时，恒定时，恒定时，则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端则总的热电动势就只与热端温度温度温度温度T T 成成成成单值函数单值函数单值函数单值函数关系，即关系，即关系，即关系，即: : 热端接热端接触电势触电势 B B导体的导体的温差电势温差电势 冷端接冷端接触电势触电势 A A导体的导体的温差电势温差电势 温差电温差电势很小，势很小，可忽略可忽略不计不计 总热电势表达式总热电势表达式:5454若构成热电偶的两个材料相同，即使温渡不同，但回路总的热电动势=0，因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。 热电偶的热电动势只与热电极材料和结点温度有关，与热电偶的形状和尺寸无关。若TT0 ,尽管导体A，B的材料不同，但回路总的热电动势=0。因此热电偶的两结点温度必须不相等。由热电动热的表达式可得下列规律：由热电动热的表达式可得下列规律：55551 1 1 1、中间导体定律、中间导体定律、中间导体定律、中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，在热电偶回路中接入第三种导体，在热电偶回路中接入第三种导体，在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端只要该导体两端只要该导体两端只要该导体两端温度相等温度相等温度相等温度相等，则对热电偶回路总的热电动势无影响。，则对热电偶回路总的热电动势无影响。，则对热电偶回路总的热电动势无影响。，则对热电偶回路总的热电动势无影响。同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同样加入第四、第五种导体后，只要其两端温度相同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。同，不影响电路中的总热电动势。第三第三种导种导体体5656中间导体定律的意义根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电动势通过导线接至测量仪表进行测量动势通过导线接至测量仪表进行测量动势通过导线接至测量仪表进行测量动势通过导线接至测量仪表进行测量, , , ,且不影响测量精度。且不影响测量精度。且不影响测量精度。且不影响测量精度。可采用可采用可采用可采用开路热电偶开路热电偶开路热电偶开路热电偶对对对对液态金属液态金属液态金属液态金属和和和和金属壁面金属壁面金属壁面金属壁面进行温度测量，只进行温度测量，只进行温度测量，只进行温度测量，只要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的要保证两热电极插入地方的温度相同温度相同温度相同温度相同即可。即可。即可。即可。连接仪表的热电偶测量回路连接仪表的热电偶测量回路开路热电偶测温开路热电偶测温57572 2、中间温度定律、中间温度定律在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为在热电偶测量电路中，测量端温度为t t t t，自由端为，自由端为，自由端为，自由端为t t t to o o o，中间温度为，中间温度为，中间温度为，中间温度为t,t,t,t,则（则（则（则（t,tt,tt,tt,to o o o）的热电势）的热电势）的热电势）的热电势等于等于等于等于（t,tt,tt,tt,t）与）与）与）与（t,tt,tt,tt,to o o o）热电势代数和）热电势代数和）热电势代数和）热电势代数和。5858中间温度定律的意义中间温度定律的意义当自由端温度为当自由端温度为当自由端温度为当自由端温度为0000时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关时，将热电偶工作端温度与热电动势对应关系制成热电偶的系制成热电偶的系制成热电偶的系制成热电偶的分度表分度表分度表分度表（附录），利用该定律，（附录），利用该定律，（附录），利用该定律，（附录），利用该定律，可对参考端温可对参考端温可对参考端温可对参考端温度不为度不为度不为度不为0000的热电势进行修正。的热电势进行修正。的热电势进行修正。的热电势进行修正。运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响：即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶即选用廉价的热电偶AAAA、BBBB代替代替代替代替tttt到到到到totototo段的热电偶段的热电偶段的热电偶段的热电偶A A A A、B B B B，只，只，只，只要在要在要在要在 ( ( ( (t,tot,tot,tot,to) ) ) )温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将温度范围内两者具有相近的热电势特性，便可将热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度长，成本降低，而且不受原热电偶自由端温度tttt的影响。的影响。的影响。的影响。5959课本第课本第51页页:第第6题题6060已已已已知知知知热热热热电电电电极极极极A A A A、B B B B与与与与参参参参考考考考电电电电极极极极C C C C 组组组组成成成成的的的的热热热热电电电电偶偶偶偶在在在在接接接接点点点点温温温温度度度度为为为为（t t t t，totototo）时时时时的的的的热热热热电电电电动动动动势势势势分分分分别别别别为为为为E E E EACACACAC（t t t t，totototo）、E E E EBCBCBCBC（t t t t，totototo），则则则则在在在在相相相相同同同同温温温温度度度度下下下下，由由由由A A A A，B B B B两两两两种种种种热热热热电电电电极极极极配配配配对对对对后后后后的的的的热热热热电电电电动动动动势势势势E E E EAB AB AB AB （t t t t，totototo）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为）可按下面公式计算为： 3、参考电极定律、参考电极定律6161参考电极定律的意义由于由于由于由于纯铂丝纯铂丝纯铂丝纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为目前常用纯铂丝作为参考电极参考电极参考电极参考电极。参考电极定律大大参考电极定律大大参考电极定律大大参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程简化了热电偶选配电极的过程，只要获得，只要获得，只要获得，只要获得有关电极与有关电极与有关电极与有关电极与参考电极参考电极参考电极参考电极配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对配对的热电势，那么任何两种电极配对后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。已知：已知：已知：已知：铂铑铂铑铂铑铂铑30303030铂铂铂铂热电偶的热电偶的热电偶的热电偶的E E E E（1084.51084.51084.51084.5，0000）= 13.937mV= 13.937mV= 13.937mV= 13.937mV， 铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6 6铂铂铂铂热电偶的热电偶的热电偶的热电偶的 E E E E（1084.51084.51084.51084.5，0000）= 8.354mV= 8.354mV= 8.354mV= 8.354mV， 求：求：求：求： 铂铑铂铑铂铑铂铑30303030铂铑铂铑铂铑铂铑6 6 6 6热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。热电偶在同样温度条件下的热电动势。解解: : 设设A A 为铂铑为铂铑3030电极，电极，B B 为铂铑为铂铑6 6电极，电极，C C 为纯铂电极为纯铂电极E EABAB（1084.51084.5，00）= = E EACAC（1084.51084.5，0 0 ）- - E EBCBC（1084.51084.5，00）= 5.622mV= 5.622mV6262补充补充: 当当当当T为为100,T0 0为为0 时时,铬合金铬合金铂铂热电偶的热电偶的E(100, 0 )=3.13mV,铝合金铝合金铂热电偶的铂热电偶的E(100, 0 )=-1.02mV,求铬合金求铬合金-铝合金组铝合金组成热电偶的热电势成热电偶的热电势E(100, 0 )。6363作业P82 96464休休 息息 一一 下下6565学习要点学习要点u热电偶的种类和结构热电偶的种类和结构u热电偶的冷端补偿和测温电路热电偶的冷端补偿和测温电路u热电偶的应用及配套仪表热电偶的应用及配套仪表 模块模块2 2 常用温度传感器常用温度传感器66661、 热电偶的结构绝缘套管：绝缘套管：防止两根热电极之间短路，采用陶瓷、石英等材料，一般做成防止两根热电极之间短路，采用陶瓷、石英等材料，一般做成圆形或椭圆形，中间有孔，装入电极。圆形或椭圆形，中间有孔，装入电极。保护管：保护管：电极套在绝缘套管后装入保护管，隔离电极与被测介质，避免电极套在绝缘套管后装入保护管，隔离电极与被测介质，避免电极受到介质侵蚀与损伤；保护管材料：黄铜、钢等传热材料。电极受到介质侵蚀与损伤；保护管材料：黄铜、钢等传热材料。接线盒：接线盒：连接电极和测量仪表，多用铝合金制成；连接电极和测量仪表，多用铝合金制成；工程上实际使用的热电偶大多是由工程上实际使用的热电偶大多是由热电极、绝缘套管、保护套管热电极、绝缘套管、保护套管和和接线盒接线盒等部分组成等部分组成 。热电极：热电极：热电偶常以热电极的材料种类来命名（铂铑热电偶常以热电极的材料种类来命名（铂铑铂热电偶）；铂热电偶）；热电极的直径：热电极的直径：0.350.65mm（贵重金属）（贵重金属）0.53.2mm（普通金属）；（普通金属）；热电偶的长度热电偶的长度3502000mm ，部分达，部分达3500mm；6767主要用于测量气主要用于测量气体、蒸汽和液体体、蒸汽和液体等介质温度。等介质温度。铠装热电偶铠装热电偶薄膜热电偶薄膜热电偶它是将金属保护套管、它是将金属保护套管、绝缘材料、热电极组绝缘材料、热电极组合成一体，可以做得合成一体，可以做得很细长、也称缆式热很细长、也称缆式热电偶。电偶。这种结构耐高压、反这种结构耐高压、反应时间短、坚固耐用、应时间短、坚固耐用、可以弯曲，适用狭小可以弯曲，适用狭小弯道内使用。弯道内使用。 用真空镀膜技术，将用真空镀膜技术，将热电偶材料沉积在绝热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成，适缘片表面而构成，适用于测量微小面积上用于测量微小面积上的瞬变温度。的瞬变温度。2、热电偶的种类普通型热电偶普通型热电偶6868普通装配型热电偶的外形6969铠装热电偶外形铠装热电铠装热电偶横截面偶横截面电极电极铠体铠体7070目前工业上常用的目前工业上常用的4 4种标准化的热电偶材料为：种标准化的热电偶材料为：l铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6：测温范围测温范围0 016001600，性能稳定，精度高，性能稳定，精度高，价格高。价格高。l铂铑铂铑1010铂：铂：测温范围测温范围0 013001300，由直径，由直径0.5mm0.5mm的纯铂丝和的纯铂丝和同直径的铂铑丝制成，用于精密温度测量、属贵重金属、成同直径的铂铑丝制成，用于精密温度测量、属贵重金属、成本较高。本较高。l镍铬镍铬镍硅：镍硅：测温范围测温范围-200-200900900，热偶丝直径为，热偶丝直径为1.21.22.5mm,2.5mm,精度偏低精度偏低, ,价格便宜价格便宜, ,一般用于工业测量一般用于工业测量. .l镍铬镍铬考铜考铜: :测温范围测温范围-200-200600600。热电偶丝直径。热电偶丝直径1.2 1.2 2mm,2mm,灵敏度高、价格便宜，测温范围小，考铜易氧化变质。灵敏度高、价格便宜，测温范围小，考铜易氧化变质。 组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面为负极。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面为负极。铂铑铂铑30 指铂指铂70%、铑、铑30%；铂铑；铂铑6 指铂指铂94%、铑、铑6%；3、常用热电偶简介7171 在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格（热电偶分度表），以供备查。分度的关系并做成表格（热电偶分度表），以供备查。分度表是自由端温度在表是自由端温度在 0 0 时的条件下得到的，不同的热电时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。偶具有不同的分度表。 常用的热电偶有常用的热电偶有: : 铂铑铂铑- -铂铂（S S型）、镍铬型）、镍铬考铜考铜（E E型）、型）、镍铬镍铬- -镍硅镍硅（镍铝）（镍铝） (K (K型型) )、铂铑、铂铑3030铂铑铂铑6 6 （S S型）型） 等。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面的等。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面的负极。负极。7272为什么要进行冷端补偿？为什么要进行冷端补偿？根据热电偶的测温原理，热电偶回路的热电势根据热电偶的测温原理，热电偶回路的热电势只与冷端和只与冷端和热端的温度热端的温度有关，当冷端温度保持不变时，热电势才与测量有关，当冷端温度保持不变时，热电势才与测量端温度成单值对应关系。但在实际测量时，冷端温度常随环端温度成单值对应关系。但在实际测量时，冷端温度常随环境温度变化而变化，境温度变化而变化， 不能保持恒定，因而会产生测量误差。不能保持恒定，因而会产生测量误差。1、热电偶的冷端补偿73730冷端恒温法（冰浴法）将热电偶的将热电偶的将热电偶的将热电偶的冷端冷端冷端冷端置于置于置于置于0000的恒温器内，保持为的恒温器内，保持为的恒温器内，保持为的恒温器内，保持为0000。此时测。此时测。此时测。此时测得的热电势可以准确的反映热端温度变化的大小，直接查得的热电势可以准确的反映热端温度变化的大小，直接查得的热电势可以准确的反映热端温度变化的大小，直接查得的热电势可以准确的反映热端温度变化的大小，直接查对应的热电偶分度表即可得知热端温度的大小。对应的热电偶分度表即可得知热端温度的大小。对应的热电偶分度表即可得知热端温度的大小。对应的热电偶分度表即可得知热端温度的大小。在冰瓶中，冰水混合在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间物的温度能较长时间的保持在的保持在0 0 不变不变7474 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使使使使T0=0T0=0T0=0T0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。这种办法仅限于科学实验中使用。这种办法仅限于科学实验中使用。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，必须为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须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，浸入同一把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一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。冰点槽，使相互绝缘。冰点槽，使相互绝缘。冰点槽，使相互绝缘。7575冷端温度校正法当热电偶的冷端温度当热电偶的冷端温度当热电偶的冷端温度当热电偶的冷端温度t t t t0 0 0 00000时，测得的热电动势时，测得的热电动势时，测得的热电动势时，测得的热电动势: : : : E E E EABABABAB（t t t t， t t t t0 0 0 0 ） E E E EABABABAB（t t t t，0000） 利用利用中间温度定律中间温度定律进行冷端温度校正：进行冷端温度校正：为什么要进行冷端温度校正？为什么要进行冷端温度校正？为什么要进行冷端温度校正？为什么要进行冷端温度校正？如如如如果果果果热热热热电电电电偶偶偶偶测测测测量量量量时时时时冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度不不不不为为为为00 ，测测测测得得得得的的的的热热热热电电电电势势势势就就就就不不不不能能能能直直直直接接接接去去去去查查查查相相相相应应应应的分度表。因为热电偶的分度表是按的分度表。因为热电偶的分度表是按的分度表。因为热电偶的分度表是按的分度表。因为热电偶的分度表是按冷端温度为冷端温度为冷端温度为冷端温度为00制作的。制作的。制作的。制作的。测量值测量值校正值（查分度表）校正值（查分度表）7676例：例：用镍铬用镍铬镍硅热电偶测温度，已知冷端温度为镍硅热电偶测温度，已知冷端温度为4040，测测得这时的热电动势为得这时的热电动势为29.188mV29.188mV，求被测点温度。，求被测点温度。解：解：利用中间温度定律修正后的电势为：利用中间温度定律修正后的电势为： EAB（t ,0）= EAB（t ,40 ）+ EAB（40 ,0） 根据冷端温度查分度表：根据冷端温度查分度表： E E ABAB（4040 ,0,0）=1.611mV=1.611mV 则：则：EAB（t ,0） = 29.188mV+1.611mV=30.799mV29.188mV+1.611mV=30.799mV 根据修正后的电势根据修正后的电势30.799mV查分度表得：查分度表得： t t7407407777补偿导线法实际测温时，由于热电偶的长度有限，实际测温时，由于热电偶的长度有限，实际测温时，由于热电偶的长度有限，实际测温时，由于热电偶的长度有限，冷端温度将受到被测冷端温度将受到被测冷端温度将受到被测冷端温度将受到被测介质温度和周围环境的影响介质温度和周围环境的影响介质温度和周围环境的影响介质温度和周围环境的影响. . . .如热电偶安装在电炉壁上，电炉如热电偶安装在电炉壁上，电炉如热电偶安装在电炉壁上，电炉如热电偶安装在电炉壁上，电炉周围的空气温度的不稳定会影响到接线盒中的冷端的温度，周围的空气温度的不稳定会影响到接线盒中的冷端的温度，周围的空气温度的不稳定会影响到接线盒中的冷端的温度，周围的空气温度的不稳定会影响到接线盒中的冷端的温度，造成测量误差。造成测量误差。造成测量误差。造成测量误差。为了使冷端不受测量端温度的影响，同时为了节省费用，可为了使冷端不受测量端温度的影响，同时为了节省费用，可为了使冷端不受测量端温度的影响，同时为了节省费用，可为了使冷端不受测量端温度的影响，同时为了节省费用，可采用与热电偶热电特性相近且廉价配套的采用与热电偶热电特性相近且廉价配套的采用与热电偶热电特性相近且廉价配套的采用与热电偶热电特性相近且廉价配套的补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线将冷端延将冷端延将冷端延将冷端延伸到伸到伸到伸到温度稳定处温度稳定处温度稳定处温度稳定处再进行温度测量。再进行温度测量。再进行温度测量。再进行温度测量。如图所示。如图所示。AA、BB为补偿导线，为补偿导线，根据补偿导线的定义有根据补偿导线的定义有: :7878电桥补偿法当热电偶冷端温度当热电偶冷端温度t0上升时，热电上升时，热电势值将减小，但电阻势值将减小，但电阻 阻值增加，电阻值增加，电桥失去平衡，桥失去平衡，a ab b间显现的电位差间显现的电位差 ，如果适当选取桥臂电阻，便可使，如果适当选取桥臂电阻，便可使 正好正好等于等于减小的热电势值，仪表读出减小的热电势值，仪表读出的热电势值便不受自由端温度变化的的热电势值便不受自由端温度变化的影响，即起到了自动补偿的作用影响，即起到了自动补偿的作用。当冷端温度当冷端温度t t0 0= 0= 0时，将电桥调至平衡状态，时，将电桥调至平衡状态，a a、b b两点电位两点电位相等，电桥对仪表读数无影响；相等，电桥对仪表读数无影响；电桥补偿法电桥补偿法电阻温度电阻温度系数较小系数较小电阻温度电阻温度系数较大系数较大7979（1 1 1 1）测量某一点温度）测量某一点温度）测量某一点温度）测量某一点温度（一个热电偶和一个仪表配用的基本电路一个热电偶和一个仪表配用的基本电路一个热电偶和一个仪表配用的基本电路一个热电偶和一个仪表配用的基本电路 ）仪表的读数为：仪表的读数为：补偿补偿导线导线热电偶热电偶测量某一点温度测量某一点温度2、热电偶的测温电路8080（2 2）测量两点间温度和的电路）测量两点间温度和的电路两支同型号的热电偶两支同型号的热电偶正向正向串联串联仪表的读数为：仪表的读数为：该电路的特点是该电路的特点是：输：输出的热电势较大，提出的热电势较大，提高了测试灵敏度，可高了测试灵敏度，可以测量微小温度的变以测量微小温度的变化。化。因为热电偶串联，只因为热电偶串联，只要有一支热电偶烧断，要有一支热电偶烧断，仪表即没有指示，可仪表即没有指示，可以立即发现故障。以立即发现故障。测量两点间温度和测量两点间温度和8181（3 3）测量两点温度之差的电路）测量两点温度之差的电路两支同型号的热电偶两支同型号的热电偶反向反向串联串联仪表的读数为：仪表的读数为：测量两点温度之差测量两点温度之差8282（4 4）测量两点间平均温度的电路）测量两点间平均温度的电路两支同型号的热电偶两支同型号的热电偶并联并联仪表的读数为：仪表的读数为：该电路的缺点：该电路的缺点：当某一热电偶烧当某一热电偶烧断时，不能立即断时，不能立即察觉出来，会造察觉出来，会造成测量误差。成测量误差。 测量两点间平均温度测量两点间平均温度8383（5 5） 多点温度测量线路多点温度测量线路该种连接方法要求该种连接方法要求该种连接方法要求该种连接方法要求每只热每只热每只热每只热电偶型号相同电偶型号相同电偶型号相同电偶型号相同，测量范围，测量范围，测量范围，测量范围不能超过仪表指示量程，不能超过仪表指示量程，不能超过仪表指示量程，不能超过仪表指示量程，热电偶的冷端处于同一温热电偶的冷端处于同一温热电偶的冷端处于同一温热电偶的冷端处于同一温度下。度下。度下。度下。多点测量电路多用于自动多点测量电路多用于自动多点测量电路多用于自动多点测量电路多用于自动巡回检测中，可以节约测巡回检测中，可以节约测巡回检测中，可以节约测巡回检测中，可以节约测量经费。量经费。量经费。量经费。 通过波段开关，可以用一台显示仪表分别测量多点温度。通过波段开关，可以用一台显示仪表分别测量多点温度。一台仪表分别测量多点温度一台仪表分别测量多点温度84841 1）、伺服式温度表）、伺服式温度表开关合向：开关合向：检查电路，此时检流检查电路，此时检流计指零，计指零，E EB B=IR=IRB B成立，否则，应调整成立，否则，应调整工作电流工作电流I I。开关合向：开关合向：测量电路，移动触点测量电路，移动触点b b使检流计指零时，系统达到平衡，使检流计指零时，系统达到平衡，即有即有Ex=Ex=IRIRabab。当电流。当电流I I 和电阻和电阻R Rabab已已知时，则可以用触点知时，则可以用触点b b 的位置标明被的位置标明被测电势的数值。即用测电势的数值。即用b b的位置的位置跟踪跟踪E EX X的变化。的变化。功能：功能：自动地移动触点自动地移动触点b b以以跟踪被测电势跟踪被测电势E EX X（即温度）（即温度）的变化。的变化。85852）、）、 动圈仪表动圈仪表XCXC系列动圈仪表测量机构的核心器件是一个系列动圈仪表测量机构的核心器件是一个磁电式毫伏计磁电式毫伏计。 设表内电阻为设表内电阻为R RISIS，表外电阻为，表外电阻为R ROS则流经回路则流经回路的电流为的电流为 当被测当被测温度变化温度变化时，时，变变化化，回路电流，回路电流随之变化随之变化，动圈转动力矩变化，带动动圈转动力矩变化，带动指针指针转动转动。8686 一般当被测金属表面温度在一般当被测金属表面温度在200200300300左右或以下时，左右或以下时， 可采用可采用粘接粘接剂将热电偶的结点粘附于金属表面。剂将热电偶的结点粘附于金属表面。 当被测表面当被测表面温度较高温度较高，而且要求测量精度高和响应时间，而且要求测量精度高和响应时间 常数小的情况下，常采用常数小的情况下，常采用焊接焊接，将热电偶的头部焊于金，将热电偶的头部焊于金 属表面属表面。 3）、）、 热电偶用于金属表面温度的测量热电偶用于金属表面温度的测量8787如图所示为管道内温度测量热电偶的安装方法（如图所示为管道内温度测量热电偶的安装方法（如图所示为管道内温度测量热电偶的安装方法（如图所示为管道内温度测量热电偶的安装方法（垂直管道轴垂直管道轴垂直管道轴垂直管道轴线的安装线的安装线的安装线的安装、倾斜管道轴线的安装倾斜管道轴线的安装倾斜管道轴线的安装倾斜管道轴线的安装、弯曲管道上的安装弯曲管道上的安装弯曲管道上的安装弯曲管道上的安装）。）。）。）。不管采用何种安装方式，均应使热电偶插入管道内有不管采用何种安装方式，均应使热电偶插入管道内有不管采用何种安装方式，均应使热电偶插入管道内有不管采用何种安装方式，均应使热电偶插入管道内有足够的足够的足够的足够的深度深度深度深度。安装热电偶时，应将测量端。安装热电偶时，应将测量端。安装热电偶时，应将测量端。安装热电偶时，应将测量端迎着流体方向迎着流体方向迎着流体方向迎着流体方向。4 4）、热电偶用于管道内温度的测量）、热电偶用于管道内温度的测量 8888图中由图中由毫伏定值器毫伏定值器给出设定温度对应的毫伏数，当热电偶测量给出设定温度对应的毫伏数，当热电偶测量的热电势与定值器输出的数值的热电势与定值器输出的数值有偏差有偏差时，说明炉温偏离设定值，时，说明炉温偏离设定值，此偏差经此偏差经放大器放大器放大后送到放大后送到调节器调节器，再经晶闸管，再经晶闸管触发器触发器推动晶闸推动晶闸管管执行器执行器，从而，从而调整调整炉丝加热功率，消除偏差，达到温控的目的。炉丝加热功率，消除偏差，达到温控的目的。5 5）、炉温测控应用）、炉温测控应用8989 热电偶传感器在燃气热水器中的应用热电偶传感器在燃气热水器中的应用 利用热电偶温度传感器设计一个设置有防止利用热电偶温度传感器设计一个设置有防止不完全燃烧的安全装备、熄火安全装置、空烧安不完全燃烧的安全装备、熄火安全装置、空烧安全装置及过热安全装置的燃气直流式热水器原理全装置及过热安全装置的燃气直流式热水器原理图。图。90901.水气联动装置原理 水气联动装置实际是一个压力敏感元件，它根据不同的水压控制燃气阀的开关。当打开冷水阀时，膜片右部的水压大于左部的气压，膜片向左鼓起，当水压力大于弹簧的预压力时，通过阀杆压缩弹簧打开燃气阀门。9191 2.燃气直流式加热器工作原理 当打开燃气进气阀，按动开关S时，电源通过VD1向C1充电，使VT1、VT2导通，电磁阀Y得电工作，打开燃气输入通道，高压发生器输出高压脉冲点燃长明灯。打开冷水阀门，在水压作用下燃气进入主燃烧室，经长明火引燃。 1-进燃气电磁阀 2-热电偶1 3-长明灯 4-水气联动装置 5-主燃烧器 6-热电偶2 7-热交换器 8-燃烧室 9292 热电偶热电偶2 2设置在长明火的旁边，其热电动势加在设置在长明火的旁边，其热电动势加在电磁阀电磁阀Y Y线圈的两端，在松开开关线圈的两端，在松开开关S S时维持电磁阀的时维持电磁阀的工作。如果发生意外时长明灯熄灭，热电偶工作。如果发生意外时长明灯熄灭，热电偶2 2的热电的热电动势降低，则电磁阀关闭，切断燃气通路。动势降低，则电磁阀关闭，切断燃气通路。1-进燃气电磁阀 2-热电偶1 3-长明灯 4-水气联动装置 5-主燃烧器 6-热电偶2 7-热交换器 8-燃烧室 9393 热电偶热电偶6 6为缺氧保护，设置在燃烧室的上方，与热电为缺氧保护，设置在燃烧室的上方，与热电偶偶2 2反极性串联。热水器正常工作时，热电偶反极性串联。热水器正常工作时，热电偶6 6的热电动的热电动势较小不影响电磁阀的工作状态。当氧气不足时，火焰势较小不影响电磁阀的工作状态。当氧气不足时，火焰变红且拉长，热电偶变红且拉长，热电偶6 6被拉长的火焰加热，产生较大的电被拉长的火焰加热，产生较大的电动势，抵消了热电偶动势，抵消了热电偶2 2的热电动势，使电磁阀的热电动势，使电磁阀Y Y关闭，起关闭，起到了缺氧保护的作用。到了缺氧保护的作用。1-进燃气电磁阀 2-热电偶1 3-长明灯 4-水气联动装置 5-主燃烧器 6-热电偶2 7-热交换器 8-燃烧室 9494作作 业业n n课本第课本第51页页:n n第第7题题9595实验二实验二 K（E）热电偶测温性能实验）热电偶测温性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解热电偶测温原理及方法和应用。 二、基本原理：二、基本原理： 9696 国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，如常用的(镍铬-镍硅或镍铝)、(镍铬-康铜)、(铜-康铜)等等，并且有相应的分度表即参考端温度为0时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。 9797三、需用器件与单元三、需用器件与单元三、需用器件与单元三、需用器件与单元 四、实验步骤四、实验步骤四、实验步骤四、实验步骤 例：例：例：例：用一支分度号为用一支分度号为用一支分度号为用一支分度号为( (镍铬镍铬镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍硅镍硅) )热电偶测量温度源的温热电偶测量温度源的温热电偶测量温度源的温热电偶测量温度源的温度，工作时的参考端温度度，工作时的参考端温度度，工作时的参考端温度度，工作时的参考端温度( (室温室温室温室温) t0) t0=20=20，而测得热，而测得热，而测得热，而测得热电偶输出的热电势电偶输出的热电势电偶输出的热电势电偶输出的热电势( (经过放大器放大的信号，假设放大器经过放大器放大的信号，假设放大器经过放大器放大的信号，假设放大器经过放大器放大的信号，假设放大器的增益的增益的增益的增益A=10)32.7mvA=10)32.7mv，则，则，则，则E(t,t0E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV)=32.7mV/10=3.27mV，那么热电偶测得温度源的，那么热电偶测得温度源的，那么热电偶测得温度源的，那么热电偶测得温度源的温度是多少呢温度是多少呢温度是多少呢温度是多少呢? ? 解：由附表解：由附表解：由附表解：由附表3 3 查得：查得：查得：查得： E(t0 E(t0, t0)=E(20,0)=0.798mV, t0)=E(20,0)=0.798mV已测得已测得已测得已测得 E(t, t0 E(t, t0)=32.7mV/10=3.27mV )=32.7mV/10=3.27mV 故故故故 E(t, t0)=E(t, t0 E(t, t0)=E(t, t0)+E(t0)+E(t0, t0)= , t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV3.27mV+0.798mV=4.068mV热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与4.068mV4.068mV所对应的温度是所对应的温度是所对应的温度是所对应的温度是100100。 98989999（E）热电偶热电势(经过放大器放大A=100倍后的热电势)与温度数据 t() 室温 40 50 80 Vo(mV) 由E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0, t0)= Vo/A计算得到E(t,t0)，再根据E(t,t0)的值从附表可以查到相应的温度值并与实验给定温度值对照计算误差。 100100