熱電式傳感器第一節(jié)熱敏電阻式傳感器第二節(jié)金屬熱電偶傳感器8.熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器是利用某些材料或元件的物理特性與溫度有關這一性質，將溫度的變化轉化為電量的變化幾乎所有物質的電阻率都隨其本身的溫度的變化而變化，這一物理現象稱為熱電阻效應利用熱電阻效應制成的溫度敏感元件稱為熱敏電阻

8.熱電式傳感器第一節(jié)熱敏電阻式傳感器8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻純金屬是熱電阻的主要材料，雖然大多數金屬都有一定的溫度系數，但是作為測溫元件的材料必須具有良好的線性、穩(wěn)定性和較高的電阻率常用的金屬熱電阻材料為鉑和銅

8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻在一定的溫度范圍內，大多數金屬的電阻率幾乎與溫度成正比

8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻鉑電阻的電阻－溫度關系8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻銅電阻的電阻－溫度關系8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻金屬熱電阻的測溫電路是橋式測量電路誤差來源

引線電阻各觸點上的熱電動勢電流流過電阻元件產生的自熱效應8.熱電式傳感器1.1金屬熱電阻兩線制接法R1R2R3ERtGR4r2r1r3三線制接法8.熱電式傳感器1.2半導體熱敏電阻采用半導體材料制作的熱電阻負溫度系數型（NTC）：是由某些金屬氧化物的混合物高溫燒結而成，-3％～-5％/?C；正溫度系數型（PTC）：由鈦酸鋇和鈦酸鍶的混合物高溫燒結而成，10％～60％/?C臨界溫度系數型（CTR）8.熱電式傳感器1.2半導體熱敏電阻對于NTC型熱敏電阻，在不太寬的溫度范圍內(低于450?C)8.熱電式傳感器1.2.1電阻-溫度特性電阻－溫度特性曲線1081021041060電阻（Ω）NTCCTRPTC40801201601808.熱電式傳感器1.2.2伏安特性伏安特性

線性段

非線性正阻區(qū)

負阻區(qū)8.熱電式傳感器1.2.3半導體熱敏電阻的結構半導體熱敏電阻的結構8.熱電式傳感器1.2.4熱敏電阻的線性化線性化 在線性讀數的溫度計設計中，當所需要的溫度量程較大時，電阻－溫度特性的固有非線性嚴重影響了測溫精度線性化方法恒流源供電，并聯電阻恒壓源供電，串聯電阻8.熱電式傳感器1.2半導體熱敏電阻恒流源供電，并聯電阻將測溫范圍中點設置在拐點對上式求二階導數并令其等于零8.熱電式傳感器1.2半導體熱敏電阻恒壓源供電，串聯電阻同理可得串聯電阻8.熱電式傳感器1.5熱敏電阻測溫電路8.熱電式傳感器1.5熱敏電阻測溫電路8.熱電式傳感器1.6熱敏電阻在生物醫(yī)學測量中的應用交流溫差電橋8.熱電式傳感器第二節(jié)金屬熱電偶傳感器1821年，德國物理學家塞貝克發(fā)現，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩金屬接觸處的溫度不同時，在回路中會產生電流，這就是熱電效應，也稱作“塞貝克效應（Seebeckeffect）”8.熱電式傳感器2.1工作原理熱電偶熱電極熱端（工作端）冷端（自由端）熱電勢EAB(T,T0)接觸電勢溫差電勢8.熱電式傳感器接觸電動勢若金屬A的自由電子濃度大于金屬B的，則在同一瞬間由A擴散到B的電子將比由B擴散到A的電子多，因而A對于B因失去電子而帶正電，B獲得電子而帶負電，在接觸處便產生電場。A、B之間便產生了一定的接觸電動勢。接觸電動勢的大小與兩種金屬的材料、接點的溫度有關，與導體的直徑、長度及幾何形狀無關。8.熱電式傳感器溫差電動勢對于任何一種金屬，當其兩端溫度不同時，兩端的自由電子濃度也不同。溫度高的一端濃度大，具有較大的動能；溫度低的一端濃度小，動能也小。因此高溫端的自由電子要向低溫端擴散，高溫端因失去電子而帶正電，低溫端得到電子而帶負電，形成溫差電動勢，又稱湯姆森電動勢。溫差電動勢的大小取決于導體的材料及兩端的溫度。8.熱電式傳感器熱電偶的總電動勢回路中所產生的熱電動勢由兩部分組成，一部分是兩種導體的接觸電動勢，另一部分是單一導體的溫差電動勢eB(T,T0)ABTT0-eA(T,T0)eAB(T)eAB(T0)8.熱電式傳感器熱電偶的總電動勢eB(T,T0)ABTT0-eA(T,T0)eAB(T)eAB(T0)8.熱電式傳感器熱電偶的總電動勢由于在金屬中自由電子數目很多，溫度對自由電子密度的影響很小，故溫差電動勢可以忽略不計，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動勢。NAT和NAT0可記做NA，NBT和NBT0可記做NB

，則有在標定熱電偶時，一般使T0為常數，則8.熱電式傳感器逆向賽貝克效應電荷載體在導體中運動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，便釋放出多余的能量；相反，從低能級向高能級運動時，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出

8.熱電式傳感器熱電偶的基本性質熱電偶回路的熱電動勢只與組成熱電偶的材料及兩端接點的溫度有關；與熱電偶的長度、粗細、形狀無關只有用不同性質的材料才能組合成熱電偶，相同材料不會產生熱電動勢。因為當A、B兩種導體是同一種材料時， ln（NA/NB）=0，所以EAB（T，T0）=08.熱電式傳感器熱電偶的基本性質只有當熱電偶兩端溫度不同時，不同材料組成的熱電偶才能有熱電動勢產生；當熱電偶兩端溫度相同時，不同材料組成的熱電偶也不產生熱電動勢，即EAB（T，T0）=0。導體材料確定后，熱電動勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關。如果使eAB（T0）=常數，則回路熱電動勢EAB（T，T0

）就只與溫度T有關，而且是T的單值函數，這就是利用熱電偶測溫的基本原理8.熱電式傳感器熱電偶的基本性質對于有幾種不同材料串聯組成的閉合回路，若各接點溫度分別為T1、T2……TN

，閉合回路總的熱電動勢為：8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則均質回路定則 如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢均為零；反之，如果有熱電動勢產生，兩個熱電極的材料則一定是不同的8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則中間金屬定則： 在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變T0T0BTACT1CT0T1TAB8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則標準電極定則 如果兩導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢也可知T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則例1.熱端為100℃、冷端為0℃時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為-4.0mV，求鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產生的熱電動勢？8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則中間溫度定則 熱電偶在兩接點溫度分別為T1和T3時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度分別為T1和T2和接點溫度分別為T2和T3時相應熱電動勢的代數和BBAT2T1

T3

AAB8.熱電式傳感器2.1.2熱電偶的基本定則中間溫度定則說明只要A、B組成的熱電偶在冷端溫度為零時的“熱電動勢—溫度”關系已知，則它在冷端溫度不為零時的熱電動勢即可知

8.熱電式傳感器例2.用鎳鉻-鎳硅熱電偶測某一水池內水的溫度，測出的熱電動勢為2.436mV。再用溫度計測出環(huán)境溫度為30℃(且恒定)，求池水的真實溫度。溫度℃0102030405060708090熱電動勢mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.27432.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.91538.91539.31039.70340.09640.48840.879100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.09548.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.39852.74753.09353.43953.78254.12554.46654.807——8.熱電式傳感器2.2熱電偶溫度計8.熱電式傳感器2.3熱電偶參比端的冷端補償當在原來熱電偶回路中分別引入與導體材料A、B相同熱電特性的材料C、D即引入所謂補償導線時，只要它們之間連接的兩點溫度相同，則總回路的熱電動勢與兩連接點溫度無關，只與熱電偶兩端的溫度有關。利用補償導線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)。8.熱電式傳感器2.3熱電偶參比端的冷端補償熱電偶補償導線接線圖ABTTnTnCDT0T0M由于A與C、B與D的熱電特性相同，由熱電偶的基本性質可知：eAC（Tn）=eBD（Tn）=0，則回路總電動勢為:8.熱電式傳感器2.3熱電偶參比端的冷端補償冰浴法mVABT銅導線銅導線試管補償導線熱電偶冰