傳感器原理與應(yīng)用傳感器技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊第七章熱電式傳感器CONTENTS7.1熱電偶7.2熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.3熱電偶測溫線路7.4熱電阻傳感器7.1熱電偶-熱電偶工作的基本原理熱電偶（Thermocouple）是一種常用于測量溫度的熱電式傳感器，它基于熱電效應(yīng)原理工作。熱電偶由兩種不同的金屬導(dǎo)線組成，它們被連接在一起形成一個閉合電路。當(dāng)熱電偶的兩個連接點之間存在溫度差異時，就會產(chǎn)生熱電勢差（熱電勢），從而生成一個電壓信號。這個電壓信號的大小與溫度差異成正比。熱電偶回路熱電偶測溫系統(tǒng)簡圖7.1熱電偶-熱電偶工作的基本原理接觸電勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。兩種導(dǎo)體接觸時，自由電子由密度大的導(dǎo)體向密度小的導(dǎo)體擴(kuò)散，在接觸處失去電子一側(cè)帶正電，得到電子一側(cè)帶負(fù)電，擴(kuò)散達(dá)到動平衡時，在接觸面的兩側(cè)就形成穩(wěn)定的接觸電勢。接觸電勢的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度。兩接點的接觸電勢eAB(T)和eAB(T0)可表示為：式中：K——波爾茲曼常數(shù)；

e——單位電荷電量；

NAT、NBT和NAT0、NBT0——溫度分別為T和T0時，A、B兩種材料的電子密度。7.1熱電偶-熱電偶工作的基本原理溫差電勢是同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢。兩導(dǎo)體的溫差電勢eA(T，T0)和eB(T，T0)由下面公式給出：式中，NAt和NBt分別為A導(dǎo)體和B導(dǎo)體的電子密度，是溫度的函數(shù)。所示的熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢為

EAB(T，T0)=eAB(T)+eB(T，T0)－eAB(T0)－eA(T，T0)

7.1熱電偶-熱電偶工作的基本原理在總熱電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，則熱電偶的熱電勢可表示為EAB(T，T0)=eAB(T)+eB(T，T0)－eAB(T0)

對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即

EAB(T，T0)=eAB(T)－c=f(T)

這一關(guān)系式在實際測量中是很有用的，即只要測出EAB(T，T0)的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理。7.1熱電偶-熱電偶基本定律①均質(zhì)導(dǎo)體定律②連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律③中間導(dǎo)體定律④中間溫度定律，也稱為查爾斯中間溫度定律⑤參考電極定律7.1熱電偶-熱電偶類型①鎳鉻-鎳硅K型熱電偶②鎳鉻硅-鎳硅鎂N型熱電偶③鐵-銅鎳J型熱電偶④鐵-銅鎳J型熱電偶⑤銅-銅鎳T型熱電偶⑥鉑銠13-鉑R型熱電偶⑦鉑銠10-鉑S型熱電偶⑧鉑銠30-鉑銠6B型熱電偶7.1熱電偶-熱電偶的結(jié)構(gòu)形式普通型熱電偶結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶薄膜熱電偶多點熱電偶7.2熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償1.熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線7.2熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償2.冷端溫度修正法冷端溫度修正法是對熱電偶實際測得的熱電動勢EAB(t，t0)根據(jù)冷端溫度進(jìn)行修正，修正值為EAB(t0，0)，這里的t為熱電偶的熱端溫度，t0為冷端溫度。分度表所對應(yīng)的熱電勢EAB(t，0)與熱電偶的熱電勢EAB(t，t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到

EAB(t，0)=EAB(t，t0)+EAB(t0，0)

由熱電偶分度表可得到熱電偶熱端對應(yīng)的溫度值7.2熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償3.冷端0℃恒溫法4.冷端溫度自動補(bǔ)償法(補(bǔ)償電橋法)7.3熱電偶測溫線路1.熱電偶典型測溫線路7.3熱電偶測溫線路2.多點測溫線路7.3熱電偶測溫線路3.熱電偶串、并聯(lián)線路7.4熱電阻傳感器7.4.1金屬熱電阻1.鉑電阻

鉑電阻的電阻體是用直徑為0.02~0.07mm的鉑絲，按一定規(guī)律繞在云母、石英或陶瓷支架上而制成的。鉑絲繞阻的端頭與銀線相焊，并套以瓷管加以絕緣保護(hù)。2.銅電阻

銅電阻的電阻體是一個銅絲繞組，繞組由0.1mm直徑的漆包絕緣銅絲分層雙向繞在圓形骨架上。3.其他熱電阻

鎳和鐵的電阻溫度系數(shù)大，電阻率高，可用于制成體積大、靈敏度高的熱電阻。但由于容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，重復(fù)性和線性度差，目前應(yīng)用還不多。7.4熱電偶測溫線路7.4.2熱敏電阻

熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件。按溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)（NegativeTemperatureCoefficient，NTC）熱敏電阻和正溫度系數(shù)（PositiveTemperatureCoefficient，PTC）熱敏電阻兩大類。NTC熱敏電阻以MF為其型號，PTC熱敏電阻以MZ為其型號NTC熱敏電阻研制得較早，也較成熟。最常見的是由金屬氧化物組成的，如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物混