本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1、了解溫度測量的基本概念和方法；2、了解熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的工作原理，以及它們的分類及特點；3、了解一些新型非接觸測溫傳感器的原理第四章溫度檢測當(dāng)前第1頁\共有41頁\編于星期二\9點第一節(jié)測溫方法及溫標(biāo)一、溫度測量的基本概念

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動越劇烈。模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！低溫高溫當(dāng)前第2頁\共有41頁\編于星期二\9點二、溫標(biāo)

溫標(biāo)——衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標(biāo)確定。

當(dāng)前第3頁\共有41頁\編于星期二\9點幾種溫標(biāo)的對比正常體溫為37C，相當(dāng)于華氏溫度多少度？當(dāng)前第4頁\共有41頁\編于星期二\9點熱力學(xué)溫標(biāo)（K）

熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像當(dāng)前第5頁\共有41頁\編于星期二\9點三、溫度測量及傳感器分類溫度傳感器按照測量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。

當(dāng)前第6頁\共有41頁\編于星期二\9點幾種溫度測量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨當(dāng)前第7頁\共有41頁\編于星期二\9點變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色當(dāng)前第8頁\共有41頁\編于星期二\9點紅外溫度計當(dāng)前第9頁\共有41頁\編于星期二\9點第二節(jié)接觸式測溫接觸式傳感器熱電阻:溫度變化—電阻變化金屬材料:熱電阻半導(dǎo)體材料:熱敏電阻中溫低溫?zé)犭娕?溫度變化—熱電動勢變化常用于高溫領(lǐng)域當(dāng)前第10頁\共有41頁\編于星期二\9點1主要優(yōu)點

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；2、測溫范圍廣：下限可達(dá)-270C，上限可達(dá)1800C以上；是目前接觸式測溫中應(yīng)用最廣泛的熱電式傳感器。3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員會的標(biāo)準(zhǔn)。一、熱電偶測溫（接觸式、熱電式）當(dāng)前第11頁\共有41頁\編于星期二\9點熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢!!熱電極A2工作原理

熱電極B熱電勢AB當(dāng)前第12頁\共有41頁\編于星期二\9點從實驗到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強(qiáng)弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。

當(dāng)前第13頁\共有41頁\編于星期二\9點結(jié)論----若熱電偶兩電極材料相同,那么即使兩端溫度不同，閉合回路的總熱電勢仍為零。若熱電偶兩電極材料不同,而兩端溫度相同,閉合回路中也不會產(chǎn)生總熱電勢。所以,熱電偶的工作條件是:電極由不同材料組成,且兩接觸端溫度不一樣。4熱電勢的大小僅與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。當(dāng)前第14頁\共有41頁\編于星期二\9點普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭工業(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)前第15頁\共有41頁\編于星期二\9點熱電偶的分度表

熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法。直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。

當(dāng)前第16頁\共有41頁\編于星期二\9點K熱電偶的分度表比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？當(dāng)前第17頁\共有41頁\編于星期二\9點3熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)

八種國際通用熱電偶：B:鉑銠30—鉑銠6R:鉑銠13—鉑S:鉑銠10—鉑K:鎳鉻—鎳硅N:鎳鉻硅—鎳硅E:鎳鉻—銅鎳J:鐵—銅鎳T:銅—銅鎳

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲當(dāng)前第18頁\共有41頁\編于星期二\9點幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800C——?當(dāng)前第19頁\共有41頁\編于星期二\9點幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測溫上限較高？結(jié)論：哪幾種熱電偶的線性較差？哪一種熱電偶的靈敏度較高？哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？當(dāng)前第20頁\共有41頁\編于星期二\9點4熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定則均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路,不可能產(chǎn)生熱電效應(yīng)，構(gòu)不成熱電偶。

熱電偶的電極均勻性越好，則其質(zhì)量越好。當(dāng)前第21頁\共有41頁\編于星期二\9點2、中間導(dǎo)體定律導(dǎo)體A、B組成的熱電偶中插入第三種導(dǎo)體C，只要導(dǎo)體C兩端溫度相同，則對熱點偶總熱電勢無影響。

意義：可用測量儀表直接測量熱電勢當(dāng)前第22頁\共有41頁\編于星期二\9點意義：為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)3、中間溫度定律ABABTToTnTn熱電偶AB在接點溫度為T和To的熱電勢EAB(T,To)應(yīng)當(dāng)?shù)扔谒诮狱c溫度T、Tn和Tn、To的熱電勢的代數(shù)和,即

EAB(T,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To)當(dāng)前第23頁\共有41頁\編于星期二\9點5熱電偶的冷端處理

必要性：1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時，必須滿足t0=0C的條件。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。2、一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。當(dāng)前第24頁\共有41頁\編于星期二\9點采用相對廉價的補(bǔ)償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。

型號配用熱電偶正-負(fù)導(dǎo)線外皮顏色正-負(fù)SC鉑銠10-鉑紅-綠KC鎳鉻-鎳硅紅-藍(lán)WC5/26鎢錸5-鎢錸26

紅-橙

補(bǔ)償導(dǎo)線在0～100C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。A補(bǔ)償導(dǎo)線法當(dāng)前第25頁\共有41頁\編于星期二\9點補(bǔ)償導(dǎo)線外形A’B’屏蔽層保護(hù)層當(dāng)前第26頁\共有41頁\編于星期二\9點B冷端溫度測量計算法計算修正

當(dāng)熱電偶的冷端溫度t00C時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢EAB（t，t0）與冷端為0C時所測得的熱電勢EAB（t，0C）不等。可以利用下式計算并修正測量誤差：

EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）當(dāng)前第27頁\共有41頁\編于星期二\9點C冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。工業(yè)應(yīng)用中，一般把冷端放在電加熱的恒溫器中，使其維持在某一恒定的溫度。當(dāng)前第28頁\共有41頁\編于星期二\9點冰浴法

在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在0C不變。當(dāng)前第29頁\共有41頁\編于星期二\9點

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被補(bǔ)償熱電偶對應(yīng)型號的補(bǔ)償電橋。

D電橋補(bǔ)償法當(dāng)前第30頁\共有41頁\編于星期二\9點二、熱電阻測溫（接觸式、電阻式）溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。當(dāng)前第31頁\共有41頁\編于星期二\9點

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484。

當(dāng)前第32頁\共有41頁\編于星期二\9點★熱電阻材料特點（1）高溫度系數(shù)、高電阻率（2）較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)（3）良好的輸出特性（4）良好工藝性易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻當(dāng)前第33頁\共有41頁\編于星期二\9點小型鉑熱電阻

當(dāng)前第34頁\共有41頁\編于星期二\9點汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻當(dāng)前第35頁\共有41頁\編于星期二\9點三線制測量電橋四線制接法當(dāng)前第36頁\共有41頁\編于星期二\9點三、熱敏電阻熱敏電阻的溫度特性04080120160200106104102100溫度℃電阻CTRNTCPTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC

臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CRT

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)：金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳N