基本要求：了解溫度傳感器的作用、地位、分類和發(fā)展趨勢；掌握熱電偶工作原理與基本定律；掌握熱敏電阻的特點(diǎn)及應(yīng)用；了解其他溫度傳感器工作原理。當(dāng)前1頁，總共129頁。第一節(jié)概論

當(dāng)前2頁，總共129頁。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。當(dāng)前3頁，總共129頁。一、溫度的基本概念熱平衡：是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度。溫標(biāo)：表示溫度大小的標(biāo)尺。熱力學(xué)溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)當(dāng)前4頁，總共129頁。以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。開爾文總結(jié)出的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號K表示，是國際基本單位之一。1．熱力學(xué)溫標(biāo)Q1——熱源給予熱機(jī)的傳熱量

Q2——熱機(jī)傳給冷源的傳熱量根據(jù)熱力學(xué)中卡諾定理，如果在溫度T1的熱源與溫度為T2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系當(dāng)前5頁，總共129頁。如果在式中再規(guī)定一個條件，就可以通過卡諾循環(huán)中的傳熱量來完全地確定溫標(biāo)。1954年，國際計量會議選定水的三相點(diǎn)為273.16K，并以它的1/273.16定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即T=273.16(Q1/Q2)。當(dāng)前6頁，總共129頁。為解決溫度標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用問題，國際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國際實(shí)用溫標(biāo)-InternationalPracticalTemperatureScaleof1968（簡稱IPTS-68），又稱國際溫標(biāo)。2．國際實(shí)用溫標(biāo)當(dāng)前7頁，總共129頁。注意：攝氏溫度分度值與開氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1℃。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度，T0=273.15K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01K。國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用T表示，其單位是開爾文，符號為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)前8頁，總共129頁。氫氧三相點(diǎn)沸點(diǎn)54.36190.188-218.798-182.962水三相點(diǎn)沸點(diǎn)273.16373.150.01100.0鋅凝固點(diǎn)692.73419.58銀凝固點(diǎn)1235.08961.93金凝固點(diǎn)1337.581064.43物質(zhì)三相點(diǎn)平衡狀態(tài)溫度T68/KT68/℃13.8120.8-259.31-252.87沸點(diǎn)國際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn)當(dāng)前9頁，總共129頁。四個溫度段規(guī)定使用的標(biāo)準(zhǔn)測溫儀器①低溫鉑電阻溫度計（13.81K~273.15K）②鉑電阻溫度計（273.15K~903.89K）③鉑銠-鉑熱電偶溫度計（903.89K~1337.58K）④光測溫度計（1337.58K以上）當(dāng)前10頁，總共129頁。3．?dāng)z氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)間劃分一百等份，每一等份為一攝氏度(℃)，用小寫字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開爾文并用。是工程上最通用的溫度標(biāo)尺，與國際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：國際實(shí)用開爾文溫度與國際實(shí)用攝氏溫度分別用符號T68和t68來區(qū)別（一般簡寫為T與t）。當(dāng)前11頁，總共129頁。規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱為一華氏度，符號用℉。目前已用得較少，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：4．華氏溫標(biāo)m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃當(dāng)前12頁，總共129頁。二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類隨物體的熱膨脹引起的體積變化；蒸氣壓的溫度變化；電極的溫度變化熱電偶產(chǎn)生的電動勢；光電效應(yīng)熱電效應(yīng)介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；物質(zhì)的變色、融解；熱放射；熱噪聲。1溫度傳感器的物理原理當(dāng)前13頁，總共129頁。容易檢測和處理，輸出隨溫度呈線性變化；不易受其它物理量的干擾；隨時間變化??；重復(fù)性好，沒有滯后和老化；靈敏度高；堅(jiān)固耐用，體積小，對被測對象的影響??；機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；能大批量生產(chǎn)，價格便宜；2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件當(dāng)前14頁，總共129頁。3.溫度傳感器的種類及特點(diǎn)接觸式溫度傳感器特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物的溫度，在被測物熱容量較小時，測量精度較低。因此測得物體真實(shí)溫度的前提條件是被測物的熱容量要足夠大。當(dāng)前15頁，總共129頁。常用熱電阻

范圍：-260～850℃；精度：0.001℃。改進(jìn)后可連續(xù)工作2000h，失效率小于1％，使用期為10年。管纜熱電阻

測溫范圍為-20～500℃，最高上限為1000℃，精度為0.5級。陶瓷熱電阻測量范圍為-200～500℃，精度為0.3、0.15級。超低溫?zé)犭娮鑳煞N碳電阻，可分別測量-268.8～253℃，-272.9～272.99℃的溫度。熱敏電阻適于在高靈敏度的微小溫度測量場合使用。經(jīng)濟(jì)性好、價格便宜。當(dāng)前16頁，總共129頁。非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是不從被測物體上吸收熱量，不會干擾被測對象的溫度場，連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗，反應(yīng)快等。當(dāng)前17頁，總共129頁。輻射高溫計用來測量1000℃以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計、比色高溫計、輻射高溫計和光電高溫計。光譜高溫計超聲波溫度傳感器特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強(qiáng)。目前國外有可測到5000℉的產(chǎn)品。激光溫度傳感器適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計可測很高的溫度，精度為1％。美國麻省理工學(xué)院研制的一種激光溫度計，最高溫度可達(dá)8000℃，專門用于核聚變研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光溫度傳感器可測幾千K的高溫。

當(dāng)前18頁，總共129頁。物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料、液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器、光學(xué)高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機(jī)液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．熱鐵氧體2．Fe-Ni-Cu合金當(dāng)前19頁，總共129頁。熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計見表下內(nèi)容

測溫范圍溫度傳感器分類(1)當(dāng)前20頁，總共129頁。分類特征傳感器名稱測溫范圍寬、輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動器、壓力式溫度計、玻璃制溫度計線性型測溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計

測溫特性溫度傳感器分類(2)當(dāng)前21頁，總共129頁。分類特征傳感器名稱測定精度±0.1～±0.5℃鉑測溫電阻、石英晶體振動器、玻璃制溫度計、氣體溫度計、光學(xué)高溫計溫度標(biāo)準(zhǔn)用測定精度±0.5～±5℃熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅絕對值測定用管理溫度測定用相對值±1～±5℃

測定精度溫度傳感器分類(3)當(dāng)前22頁，總共129頁。

此外，還有微波測溫溫度傳感器、噪聲測溫溫度傳感器、溫度圖測溫溫度傳感器、熱流計、射流測溫計、核磁共振測溫計、穆斯保爾效應(yīng)測溫計、約瑟夫遜效應(yīng)測溫計、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。當(dāng)前23頁，總共129頁。

1．超高溫與超低溫傳感器，如+3000℃以上和-250℃以下的溫度傳感器。2．提高溫度傳感器的精度和可靠性。3．研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價廉的溫度傳感器。4．發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測溫元件、快速高靈敏熱電偶以及各類非接觸式溫度傳感器。5．發(fā)展適應(yīng)特殊測溫要求的溫度傳感器。

6．發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器。

四、溫度傳感器的主要發(fā)展方向當(dāng)前24頁，總共129頁。第二節(jié)熱電偶溫度傳感器當(dāng)前25頁，總共129頁。熱電偶的工作原理熱電偶基本定律常用熱電偶類型與結(jié)構(gòu)冷端處理及補(bǔ)償熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)測溫線路主要內(nèi)容：當(dāng)前26頁，總共129頁。

是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號，便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，能用來測量流體、固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。特點(diǎn)：當(dāng)前27頁，總共129頁。兩種不同的導(dǎo)體A和B組成如圖所示閉合回路，若兩連接處溫度不同(設(shè)T＞T0)，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。1821年首先由西拜克(See·back)發(fā)現(xiàn)，所以又稱西拜克效應(yīng)。一、熱電偶的工作原理回路中產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢，由溫差電勢和接觸電勢組成。T熱端冷端熱電偶原理圖ABT0當(dāng)前28頁，總共129頁。結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A自由端（冷端）

熱電偶的工作原理

測量端（熱端）

熱電極B熱電勢AB當(dāng)前29頁，總共129頁。1.接觸電勢e——單位電荷，=1.6×10-19C；K——波爾茲曼常數(shù)，=1.38×10-23J/K

；nA、nB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時的電子密度。接觸電勢與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。+ABTeAB(T)-接觸電勢原理圖當(dāng)前30頁，總共129頁。AeA(T,To)ToTσA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0℃時，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢溫差電勢原理圖當(dāng)前31頁，總共129頁。3.回路總電勢T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB熱電偶回路總電勢圖當(dāng)前32頁，總共129頁。在導(dǎo)體中自由電子數(shù)很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度，所以，在同一種導(dǎo)體內(nèi)，溫差電勢極小，可以忽略。因此，在一個熱電偶回路中起決定作用的，是兩個接點(diǎn)處的接觸電勢。故熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。當(dāng)前33頁，總共129頁。熱電偶分度表在冷端（參考端）溫度為0℃時,通過計量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系表。

測得熱電勢，查分度表得溫度值。EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=f(T)-C=g(T)導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使eAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。當(dāng)前34頁，總共129頁。②只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同時，由不同材料組成的熱電偶才能有熱電勢產(chǎn)生。①只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；因?yàn)楫?dāng)兩種電極是同一材料時，ln(nA/nB)=0，即EAB(T，T0)=0。結(jié)論：當(dāng)前35頁，總共129頁。

由同種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，無論其周圍是否存在溫度梯度，回路中也不會產(chǎn)生電流(即不產(chǎn)生電動勢)；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的。二、熱電偶基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律當(dāng)前36頁，總共129頁。三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律

一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則當(dāng)前37頁，總共129頁。C例T2T1AaBCEABaAT0ABEABT1T2T0(a)(b)T0T0第三種材料接入熱電偶回路將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，圖a中的A、C接點(diǎn)與C、A的接點(diǎn)溫度都為T0，回路總電勢不變。同理，圖b中C、A接點(diǎn)與C、B的接點(diǎn)同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：當(dāng)前38頁，總共129頁。T1ET0T0TET0T1T電位計接入熱電偶回路可見，在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與熱電偶連接處的接點(diǎn)溫度相等，就不會影響回路中的熱電勢，接入的方式見下圖所示當(dāng)前39頁，總共129頁。

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB

如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：3.標(biāo)準(zhǔn)電極定律

當(dāng)前40頁，總共129頁。4.連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律

在熱電偶回路中，若導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)線A′、B′相接，接點(diǎn)溫度分別為T、Tn、T0時，則回路總電勢為：BB′A′

Tn

TT0

AAB當(dāng)前41頁，總共129頁。

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖ABTTnTnA’B’T0T0E①為冷端溫度不是零度時，如何查分度表的問題提供了依據(jù)只要T、T0不變，接入Aˊ、Bˊ后不管接點(diǎn)溫度Tn如何變化，都不影響總熱電勢。②為引入“補(bǔ)償導(dǎo)線”提供了依據(jù)當(dāng)前42頁，總共129頁。物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕；熱電勢高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、常用熱電偶與結(jié)構(gòu)熱電偶材料應(yīng)滿足：當(dāng)前43頁，總共129頁。材料性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確度較高，可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含CO、H2等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較小。（一）常用熱電偶

1．鉑銠-鉑熱電偶分度號S工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲，90％鉑和10％銠冶煉成。負(fù)極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點(diǎn)：當(dāng)前44頁，總共129頁。

2．鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶分度號K工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳，9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳，2～3％硅，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點(diǎn)：價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，H2S等氣體中易被侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，線性好，但精度不高。當(dāng)前45頁，總共129頁。3．鎳鉻-考銅熱電偶分度號為E工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點(diǎn)：價格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對熱電偶有腐蝕作用，考銅易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。當(dāng)前46頁，總共129頁。4．鉑銠30-鉑銠6熱電偶分度號為B正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在40℃以下可不補(bǔ)償。價格高。當(dāng)前47頁，總共129頁。6．銅-康銅熱電偶，分度號T

5．鐵-康銅熱電偶分度號TK

靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價格便宜，可在800℃以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。

熱電偶的熱電勢略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測量中。

當(dāng)前48頁，總共129頁。（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠-銥10釕熱電偶，能在氧化氣體中測量2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是一種較好的高溫?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧化能力差。鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃，分度精度為1％。（3）金鐵-鎳鉻熱電偶

主要用在低溫測量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀-鉑銥15熱電偶是一種高靈敏度的熱電偶，在1398℃時的熱電勢為47.255mV，比鉑-鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。幾種持殊用途的熱電偶當(dāng)前49頁，總共129頁。（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型

1．工業(yè)用熱電偶典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲4、絕緣套管3、保護(hù)套管2以及接線盒1等四部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。

工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒，2－保險套管，3―絕緣套管，4―熱電偶絲1234當(dāng)前50頁，總共129頁。(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）

優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命長、熱慣性小，使用方便。測溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型當(dāng)前51頁，總共129頁。鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn)，它和工業(yè)用裝配式熱電偶一樣，作為測量溫度的發(fā)送器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0℃～800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。

當(dāng)前52頁，總共129頁。3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜狀熱電偶。其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時，將它粘結(jié)在被測物體壁面上。目前我國試制的有鐵-鎳、鐵-康銅和銅-康銅三種，尺寸為60×6×0.2mm；絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等，測溫范圍在300℃以下，反應(yīng)時間僅為幾ms。當(dāng)前53頁，總共129頁。4．快速消耗微型熱電偶圖為一種測鋼水溫度的熱電偶，是用直徑為Φ0.05～0.1mm的鉑銠10-鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，測量精度可達(dá)±5～7℃。1423567891110快速消耗微型1—鋼帽；2—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱水泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線當(dāng)前54頁，總共129頁。方法

冰點(diǎn)槽法計算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因?yàn)楸ＷC熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表是以冷端溫度0℃為依據(jù)的。當(dāng)前55頁，總共129頁。1.冰浴法mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0把熱電偶冷端置于冰水混合物里，使t0=0℃。僅限于實(shí)驗(yàn)室使用。為避免冰水導(dǎo)電引起短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。當(dāng)前56頁，總共129頁。2.計算修正法

注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為t=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為t=70℃。例、用銅-康銅熱電偶測某一溫度t，測得熱電動勢EAB(t，t0)=1.999mV，又t0=21℃，查此熱電偶分度表可知，EAB(21，0)=0.832mV，則再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度t=68℃。當(dāng)前57頁，總共129頁。把冷端溫度t0乘上系數(shù)k，加到由EAB(t，t0)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度t，即

k——為補(bǔ)正系數(shù)。3.補(bǔ)正系數(shù)法例、用鉑銠10-鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度t0=35℃，熱電動勢為11.348mV。查S型熱電偶的分度表，得出與此對應(yīng)的t′=1150℃。再從表中查出，對應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測溫度

t=1150+0.53×35=1168.3（℃）這種辦法比計算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。當(dāng)前58頁，總共129頁。溫度t′/℃補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—熱電偶補(bǔ)正系數(shù)

當(dāng)前59頁，總共129頁。例如用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫t0的刻度上，在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是0℃而是t0。這種辦法簡便，只要冷端溫度總保持在t0不變，指示值就基本準(zhǔn)確。4.零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)）的場所。實(shí)質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動勢EAB(t0，0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。當(dāng)前60頁，總共129頁。注意：不同熱電偶所配的電橋補(bǔ)償器不一樣，且不能接反。EAB(t,t0)5.電橋補(bǔ)償法

橋臂RCu必須和熱電偶的冷端處于同一溫度之下。

mVt0t0tAB++-abUUabRCuR1R2R3R利用直流電橋的不平衡電壓補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)和供橋電源組成。設(shè)計時，在20℃使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，對儀表讀數(shù)無影響。當(dāng)前61頁，總共129頁。6.軟件處理法

對于計算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。對于t0經(jīng)常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把t0信號輸入計算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計程序，便能自動修正。注意，采樣通道中除了熱電動勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣。若占用的通道數(shù)太多，應(yīng)利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端輸入通道就可以。冷端集中，對于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。當(dāng)前62頁，總共129頁。1.熱電偶的選擇、安裝使用

熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確。圖示是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計連用（XCZ型動圈式儀表）或與電子電位差計聯(lián)用。后者精度較高，且能自動記錄。另外也可熱電偶安裝圖通過與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號。五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)當(dāng)前63頁，總共129頁。當(dāng)前64頁，總共129頁。熱電偶分度號校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測熱電勢的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測熱電勢的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測熱電勢的±1%2.熱電偶的定期校驗(yàn)方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見下表。工業(yè)熱電偶允許偏差當(dāng)前65頁，總共129頁。78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測試儀表；8-試管當(dāng)前66頁，總共129頁。熱電偶典型測溫線路普通測溫線路；(b)帶有補(bǔ)償器的測溫線路；(c)具有溫度變送器的測溫線路；(d)具有一體化溫度變送器的測溫線路六、熱電偶測溫線路1.測量某一點(diǎn)的溫度當(dāng)前67頁，總共129頁。

特殊情況下，熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)使用，但只能是同一分度號的熱電偶，且冷端應(yīng)在同一溫度下。如熱電偶正向串聯(lián)，可獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度；在測量兩點(diǎn)溫差時，可采用熱電偶反向串聯(lián)；利用熱電偶并聯(lián)可以測量平均溫度。當(dāng)前68頁，總共129頁。2.測量兩點(diǎn)間溫度差（反向串聯(lián)）當(dāng)前69頁，總共129頁。特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時，難以覺察出來。當(dāng)然，它也不會中斷整個測溫系統(tǒng)的工作。優(yōu)點(diǎn)：熱電動勢大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個測溫系統(tǒng)將停止工作。3.測量平均溫度（并聯(lián)或正向串聯(lián)）當(dāng)前70頁，總共129頁。熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。熱電阻廣泛用來測量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。第三節(jié)熱電阻傳感器當(dāng)前71頁，總共129頁。一、熱電阻的結(jié)構(gòu)

電阻絲采用雙線并繞法繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷支架上，支架起支撐和絕緣作用。當(dāng)前72頁，總共129頁。熱電阻傳感器

由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成二、熱電阻傳感器的組成當(dāng)前73頁，總共129頁。對用于制造熱電阻材料的要求：電阻溫度系數(shù)和電阻率大，熱容量小；

R-t關(guān)系最好成線性；物理化學(xué)性能穩(wěn)定；復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。三、常用熱電阻當(dāng)前74頁，總共129頁。特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200～850℃。鉑熱電阻的特性方程為：在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)（一）鉑熱電阻當(dāng)前75頁，總共129頁。在0～850℃的溫度范圍內(nèi)在ITS—90中，這些常數(shù)規(guī)定為

A=3.96847×10-3/℃

B=-5.847×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃3

當(dāng)前76頁，總共129頁。

可見：熱電阻在溫度t時的電阻值與0℃時的電阻值R0有關(guān)。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號分別為Pt10和Pt100，其中以Pt100為常用。鉑熱電阻不同分度號亦有相應(yīng)分度表，即Rt-t關(guān)系表。在測量中，只要測得Rt，便可從分度表上查出對應(yīng)的溫度值。當(dāng)前77頁，總共129頁。鉑電阻分度表當(dāng)前78頁，總共129頁。

在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測溫，它的測量范圍為-50～150℃。銅熱電阻在測量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為（二）銅熱電阻α=4.28899×10-3/℃兩種分度號：

Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。當(dāng)前79頁，總共129頁。銅熱電阻的分度表分度號：Cu50

溫度/℃0102030405060708090電阻/Ω-050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13當(dāng)前80頁，總共129頁。銅熱電阻的特點(diǎn)電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價格便宜。缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100℃以上時容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中。當(dāng)前81頁，總共129頁。

用熱電阻傳感器進(jìn)行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋電路。熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。二、熱電阻的測量電路

熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。當(dāng)前82頁，總共129頁。內(nèi)部引線方式

當(dāng)前83頁，總共129頁。這種引線方式簡單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會帶來附加誤差。適用于引線不長、測溫精度要求較低的場合。二線制當(dāng)前84頁，總共129頁。用于工業(yè)測量，一般精度。三線制當(dāng)前85頁，總共129頁。實(shí)驗(yàn)室用，高精度測量

四線制由恒流源提供電流I流過熱電阻Rt，使其產(chǎn)生壓降，再用電位差計測出U，便可利用歐姆定律得當(dāng)前86頁，總共129頁。第四節(jié)熱敏電阻溫度傳感器當(dāng)前87頁，總共129頁。

在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40～350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。當(dāng)前88頁，總共129頁。主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類、基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。當(dāng)前89頁，總共129頁。

一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類（一）熱敏電阻的特點(diǎn)1．電阻溫度系數(shù)的范圍寬有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變（即臨界溫度系數(shù)）的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好

可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。

當(dāng)前90頁，總共129頁。4．穩(wěn)定性好

商品化已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)，在0.01℃的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002℃的精度。優(yōu)于其它各種溫度傳感器。5．原料資源豐富，價格低廉

燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝，故可用于較惡劣環(huán)境條件。另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。3．阻值在1～10M之間可供自由選擇

使用時，不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，適合于遠(yuǎn)距離測溫和控溫使用。當(dāng)前91頁，總共129頁。

熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為：

1．正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）電阻值隨溫度升高而增大，簡稱PTC熱敏電阻，主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。

2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）電阻值隨溫度升高而下降，簡稱NTC熱敏電阻，材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。

3．突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個數(shù)量級，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。（二）熱敏電阻的分類

當(dāng)前92頁，總共129頁。熱敏電阻材料的分類（1）大分類小分類代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體

、無缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體

、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧化物燒結(jié)體、還原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物濺射SiC薄膜玻璃Ge、Fe、V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、（As2Se3）0.8、（Sb2SeI）0.2有機(jī)物芳香族化合物聚酰亞釉表面活性添加劑液體電解質(zhì)溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系當(dāng)前93頁，總共129頁。熱敏電阻材料的分類（2）PTC無機(jī)物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3燒結(jié)體有機(jī)物石墨系有機(jī)物石墨、塑料石臘、聚乙烯、石墨液體三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR

V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3單晶V、P、（Ba·Sr）氧化物Ag2S–CuS大分類小分類代表例子當(dāng)前94頁，總共129頁。1.標(biāo)稱電阻R25（冷阻）是熱敏電阻在25±0.2℃時的阻值。二、熱敏電阻的基本參數(shù)2.材料常數(shù)BN

是表征NTC材料的物理特性常數(shù)。BN值決定于材料的激活能量?E，具有BN=?E／2k的函數(shù)關(guān)系，k為波爾茲曼常數(shù)。BN值越大，則電阻值越大，絕對靈敏度越高。在工作溫度范圍內(nèi)，BN值并不是一個常數(shù)，而是隨溫度升高略有增加。3.電阻溫度系數(shù)（%/℃）熱敏電阻的溫度變化1℃時電阻值的變化率。4.耗散系數(shù)H溫度變化1℃所耗散的功率變化量。工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，H值隨之變化，其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。

當(dāng)前95頁，總共129頁。6.最高工作溫度Tmax熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度：T0—環(huán)境溫度；PE—環(huán)境溫度為T0時的額定功率；H—耗散系數(shù)7.最低工作溫度Tmin熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。8.轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正溫度系數(shù)和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。5.時間常數(shù)τ在零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的63.2％所需的時間。它與熱容量C和耗散系數(shù)H之間的關(guān)系當(dāng)前96頁，總共129頁。9.額定功率PE在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下，它自身溫度不應(yīng)超過Tmax。10.測量功率P0熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測量電流加熱而引起的電阻值變化不超過0.1％時所消耗的功率。11.工作點(diǎn)電阻RG在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。12.工作點(diǎn)耗散功率PG電阻值達(dá)到RG時所消耗的功率。UG——電阻器達(dá)到熱平衡時的端電壓。當(dāng)前97頁，總共129頁。13.功率靈敏度KG熱敏電阻在工作點(diǎn)附近消耗功率1mW時所引起電阻的變化，即：在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。14.穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱敏電阻的主要參數(shù)變化率來表示，最常用的是以電阻值的年變化率或?qū)?yīng)的溫度變化率來表示。KG＝R/P15.熱電阻值RH指旁熱式熱敏電阻在加熱器上通過給定的工作電流時，電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時的電阻值。16.加熱器電阻值Rr指旁熱式熱敏電阻的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。當(dāng)前98頁，總共129頁。18.標(biāo)稱工作電流I指在環(huán)境溫度25℃時，旁熱式熱敏電阻的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時加熱器內(nèi)的電流。19.標(biāo)稱電壓

它是穩(wěn)壓熱敏電阻在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對應(yīng)的電壓值。20.元件尺寸指熱敏電阻的截面積A、電極間距離L和直徑d。

17.最大加熱電流Imax指旁熱式熱敏電阻器上允許通過的最大電流。當(dāng)前99頁，總共129頁。（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

1234鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；3-4PTC三、熱敏電阻器主要特性ρT-T與RT-T特性曲線一致。當(dāng)前100頁，總共129頁。

BN——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測試表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻，在不太寬的溫度范圍（小于450℃）都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗(yàn)公式。1.負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻的溫度特性NTC的電阻-溫度一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：當(dāng)前101頁，總共129頁。105104103102

0-101030507085100120T/oC電阻/ΩNTC的電阻--溫度曲線材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT–1/T表示NTC的電阻-溫度特性，在實(shí)際應(yīng)用中比較方便。如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則是一族斜率為BN，通過點(diǎn)(1/T，lnRT)的直線，如圖。當(dāng)前102頁，總共129頁。為使用方便，常取環(huán)境溫度為25℃為參考溫度（即t0=25℃），則NTC熱敏電阻的電阻—溫度關(guān)系式：RT/RT0--T特性曲線2.502550751001250.511.5233.5(25oC,1)RT/R25T當(dāng)前103頁，總共129頁。RT／R25～BN系數(shù)表RT／R25BNR50／R2522002600280030003200340036003800400050000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.1940.1760.1600.1460.0920.2270.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.007R0／R25R75／R25R-20／R25R150／R25R100／R25RT/R25-BN關(guān)系如下表：當(dāng)前104頁，總共129頁。2.正電阻溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的電阻—溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的。10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩT/oC電阻/ΩTp1Tp2Tc=175oCPTC熱敏電阻的電阻-溫度曲線當(dāng)前105頁，總共129頁。

PTC的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻-溫度曲線上有兩個拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時，PTC在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的溫度系數(shù)αT

。在工作溫度范圍內(nèi)，PTC的電阻-溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中

BP——材料常數(shù)。若對上式取對數(shù)，則得：當(dāng)前106頁，總共129頁。

）PTC的電阻溫度系數(shù)αtp

正好等于材料常數(shù)BP的值。lnRT~T表示的PTC電阻-溫度曲線lnRr1lnRr2BPβmRBP=tgβ=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRrTPTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)αtp以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。當(dāng)前107頁，總共129頁。UmabcdU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性1.NTC熱敏電阻的伏安特性是在環(huán)境溫度為T0時的靜態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)U-I曲線。T0——環(huán)境溫度；△T——熱敏電阻的溫升。（二）熱敏電阻的伏安特性（U—I）伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時的互相關(guān)系。當(dāng)前108頁，總共129頁。與NTC熱敏電阻一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^電阻電流很小時，耗散功率引起的溫升可以忽略不計的緣故。當(dāng)熱敏電阻溫度超過環(huán)境溫度時，引起電阻值增大，曲線開始彎曲。

104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2．PTC熱敏電阻的伏安特性

當(dāng)電壓增至Um時，存在一個電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。

當(dāng)前109頁，總共129頁。（三）功率-溫度特性（PT—T）描述熱敏電阻的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與電阻所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。周圍溫度變化所引起的加熱特性；周圍溫度變化所引起的冷卻特性；熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。（四）熱敏電阻的動態(tài)特性熱敏電阻的阻值變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時間變化的特性，叫做熱敏電阻的動態(tài)特性。動態(tài)特性種類：當(dāng)前110頁，總共129頁。

當(dāng)熱敏電阻器由溫度T0增加到TU時，其電阻值RTr隨時間t

的變化規(guī)律為：RTt——時間為t時，熱敏電阻的阻值；T0——環(huán)境溫度；Tu

——介質(zhì)溫度(Tu>T0);RTa——溫度Ta時，熱敏電阻器的電阻值；t——時間。當(dāng)熱敏電阻由溫度Tu冷卻T0時，其電阻值RTt與時間的關(guān)系為：當(dāng)前111頁，總共129頁。伏安特性的位置在儀器儀表中的應(yīng)用

U

m

的左邊溫度計、溫度差計、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測、溫度報警、溫度繼電器、濕度計、分子量測定、水分計、熱計、紅外探測器、熱傳導(dǎo)測定、比熱測定U

m的附近液位測定、液位檢測U

m的右邊流速計、流量計、氣體分析儀、真空計、熱導(dǎo)分析旁熱型熱敏電阻器風(fēng)速計、液面計、真空計（一）檢測和電路用的熱敏電阻

（U

m—峰值電壓）

檢測用熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用

四、熱敏電阻器的應(yīng)用當(dāng)前112頁，總共129頁。電路元件熱敏電阻在儀表中應(yīng)用分類

在儀器儀表中的應(yīng)用U

m的左邊偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償U(kuò)

m的附近恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路U

m的右邊自動增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路

測溫用的熱敏電阻，其工作點(diǎn)的選取，由熱敏電阻的伏安特性決定。

伏安特性的位置當(dāng)前113頁，總共129頁。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)65432112D0.2~0.5A型B型(j)溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭

1—熱敏電阻；2—鉑絲；3—銀焊；4—釷鎂絲；5—絕緣柱；6—玻璃（二）

測溫用的熱敏電阻器1、各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)當(dāng)前114頁，總共129頁。2、

測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法

圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)油測量物體表面溫度時熱敏電阻器的安裝方式當(dāng)前115頁，總共129頁。IT1431123425Ir/mAU/VUR=IT0RUR=IT1RUR=IT2RUT=IT0R0UT=IT1R1UT=IT2R2IT0IT2自熱電橋測量溫線路3、

熱敏電阻測溫電橋

mAIrRURERrUT當(dāng)前116頁，總共129頁。自熱電橋及其等效電路En(a)(b)(c)R1EnRTR5R6R3(R1)+－+－U2UTRITEURRrAR1R2R4R3U’+

－當(dāng)前117頁，總共129頁。（三）熱敏電阻作溫度補(bǔ)償用

由熱敏電阻器RT和與溫度無關(guān)的線性電阻器R1和R2串并聯(lián)組成，補(bǔ)償溫度范圍為T1～T2。對于晶體管低頻放大器和功率放大器電路的溫度補(bǔ)償，可用下列公式確定熱敏電阻器的型號：R(T)R1R2Rr溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)T0—25℃時的溫度αtn=-BN/T2當(dāng)前118頁，總共129頁。第四節(jié)其他溫度傳感器當(dāng)前119頁，總共129頁。一、石英溫度傳感器

石英振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性，利用這種特性制成的高精度晶振，已廣泛應(yīng)用于通信、檢測、控制儀器及微機(jī)等領(lǐng)域。石英振子主要切割形式有：AT、AC、RS、LC、Y等，其中，AT切割都使用在相對溫度頻率誤差小的切割中。石英振子的固有振動頻率，可用下式表示：

式中：n——諧波次數(shù)；t——振子厚度；ρ——石英的密度；Cii——彈性常數(shù)。式中的t、ρ、Cii均是溫度的函數(shù)。石英溫度傳感器就是利用振子的振動頻率隨溫度變化的特性制成的。當(dāng)前120頁，總共129頁。（一）石英溫度傳感器的特性在各種切割中，相對溫度頻率誤差大的切割有Y、LC、RS、AC等。溫度和石英振子頻率的關(guān)系一般用：

fT——T℃時的頻率；fT0——