第8章 温度传感器

详细介绍了各类传感器的原理及其应用

第8章 热电式传感器

8.1热电偶温度传感器 8.2热电阻温度传感器

8.3热敏电阻温度传感器8.4集成温度传感器及其应用

详细介绍了各类传感器的原理及其应用

教学基本要求和重点

掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本 概念 掌握三类热电式传感器的基本工作原理 掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补 偿方法、使用热电偶的测温方法 掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合 掌握热敏电阻的电阻-温度特性 会使用分度表

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8.1 热电偶传感器8.1.1. 热电偶测温原理 热电效应：两种不同材料的导体(或半导体)组成一个闭合 回路，当两接点温度T和T0 不同时，则在该回路中就会产生

电动势的现象。

热电偶常用名词：热电势、热电偶、热电极、热端(测量端或工作端)、冷端 (参考端或自由端)

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热电偶回路eA (T , T0 )

A

T

T0eAB (T0 )B

eAB (T )eB (T , T0 )

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接触电动势含义：由于两种不同导体的自 由电子密度不同而在接触处形 成的电动势。E AB (t )+++ ---

A

nA nB

接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接 触点的温度。

两接点的接触电动势eAB(T)和eAB(T0)可表示为E AB t kt e ln nA t nB t

E AB t0

B

kt 0 e

ln

n A t0 n B t0

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温差电动势 同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。 机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从

高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多 余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。 大小表示：

e A (T , T 0 ) e B (T , T 0 )

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热电偶回路中产生的总热电势eAB(T, T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0) 忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：E AB t , t0 E AB t E A t , t0 E B t , t0 E AB t0 E AB t E AB t0 kt e ln nA t nB t kt 0 e ln n A t0 n B t0

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讨论 影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关 两热电极相同时，总电动势为0

两接点温度相同时，总电动势为0 对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c

为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即E AB (t , t 0 ) f (t ) f (t 0 ) f (t ) C (t )

可见：只要测出 eAB ( T,T0)的大小，就能得到 被测温度T,这就是利用热电偶测温的原理。

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8.1.2 热电偶基本定律 1. 中间导体定律 在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三

种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。A

t0TC

A

t

t0B B

B (a)

t0

t1

C (b

)

t1

E ABC (t , t 0 ) E AB (t ) E AB (t 0 ) E AB (t , t 0 )

应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导 线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。

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测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路t0 A t0 t B t0 C

C B

t1 t1

A

C

A

C

t (a) (b)

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2. 中间温度定律 在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度， 热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热

电偶AB在接点温度t 、 tc 和tc 、t0 时的热电势eAB(t, tc)和eAB(tc, t0)的代数和，即 eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)

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A

t

t0

B A A

tB

tc tcB

t0

中间温度定律

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中间温度定律的应用 根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体 A′和B , 将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热

电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。

该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电 偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为 0℃的热电势进行修正。

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3. 标准导体(电极)定律t0 t0 t0

A

C

B

C

A

B

t

t

t

E A B ( t , t 0 ) E A C ( t , t 0 )- E B C ( t , t 0 )

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标准导体定律的意义

通常选用高纯铂丝作标准电极 只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势， 则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根 据标准电极定律计算出来。

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例子

热端为100℃,冷端为0℃时，镍铬合金 与纯铂组成的热电偶的热电动势为 2.95mV,而考铜与纯铂组成的热电偶的 热电动势为-4.0mV,则镍铬和考铜组 成的热电偶所产生的热电动势应为： 2.95-(-4.0)=6.95(mV)