页数：93页文件大小：1.23 MB来源： 检测技术与自动化仪表ppt课件
本课件可查阅金属热电阻的基础说明、热电偶与分度表的实现方式与热敏电阻测温的典型应用，收录原理示意、结构框图与对比数据，配合逐页图示与完整文字版，便于按知识点检索复习。
检测技术与自动化仪表第十一章热电式传感器
几乎所有物体的电阻率都随本身温度的变化而变化——热电阻效应。
根据电阻和温度之间的函数关系，可以将温度变化量转换为相应的电参量，从而实现温度的电测量。
利用这一原理之称的温度敏感元件称为热电阻。
热电阻材料可分为金属热电阻和半导体热电阻。
前者简称热电阻，后者简称热敏电阻
一、金属热电阻温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同
取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484
易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻
铂、铜为应用最广的热电阻材料。
虽然铁、镍的温度系数和电阻率均比铂、铜要高，但由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点，因而用得不多。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高
热电阻的主要技术性能
由上两式可见，要确定电阻与温度t的关系，首先要确定的数值。
值不同时，与温度t的关系不同。
目前我国常用的铂电阻有两种，值分别为50Ω和l00Ω，确定了后将电阻值与温度t的关系统一列成表格，称其为铂电阻的分度表，分度号分别为Pt100和Pt50。
分度表制表方法为：当在—200℃≤t≤0℃时，用式1；
而当0℃≤t≤650℃时，用式2，每隔1℃求取一个相应的值，即可制成铂热电阻分度表。
使用标准分度表时，只要知道热电阻阻值，即可从分度表中取与对应的温度值t，最常用的是Pt100
我国工业用铜热电阻有两种初始电阻值，和，分度号分别为Ｃu50和Ｃu100。
根据式2可制成铜热电阻的标准化分度表
（3）其它热电阻——低温、超低温
(2)铠装热电阻铠装热电阻的结构较为特殊。
热电阻体与保护套封装成一个整体，它具有良好的机械性能，耐振动与冲击，有良好的挠性，便于安装，不受有害介质侵蚀，外径尺寸可以做得很小，反应速度快，适用于安装在结构复杂的设备上进行测温，并且使用寿命较长
(3)薄膜热电阻薄膜热电阻是用真空镀膜法将铂直接蒸镀在陶瓷基体上制成的热电阻，薄膜热电阻减少了热惯性，提高了灵敏度和响应速度，适用于平面物体的表面温度和动态温度的测量
利用热电阻测量温度实际是测量热电阻在工作状态下的阻值，然后再由电阻和温度之间的关系，求出被测温度，所以整个测温系统主要由热电阻传感器、测量电桥、显示仪表及连接导线组成。
由于热电阻的阻值较小(几欧姆到几十欧姆范围)，这样热电阻本体的引线电阻和连接导线的电阻会给温度测量结果带来很大的影响，例如，50Ω的铂电阻，若导线电阻为1Ω，会产生5℃的测量误差。
为了解决这一问题，热电阻的连接线路从二线制发展到三线制和四线制
两线制控制室生产现场指示仪表rrRt采用三线制或四线制测量电路，可以克服长连接导线的电阻在环境温度变化时造成测量误差。
注意：为了避免热电阻中流过电流时产生加热效应，在设计电桥时要使流过热电阻的电流尽量小些,一般要求小于10mA。
4、热电阻的测量电路
（1）三线式电桥连接法uAr：电桥电源；
2r：相邻臂平衡：导线电阻r对测量无影响
r1r2r3r4RtIVIMEM电压表恒流源（2）四线式电阻测量电路因IVIM,IV0,又EM=E+IV（r2+r3）由上式知引线电阻r1-r4将不引起测量误差。
电压表的值EM可认为是热电阻Rt上的压降，据此可计算出微小温度变化。
不受其它条件约束；
恒流源I稳定
5、热电阻的应用铂电阻温度显示、变送器
旋转式机械设定开关拨码式设定开关
恒温测量真空度I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝
二、热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。
半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。
而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在-100℃～300℃之间测温。
热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的
热敏电阻的主要参数
2、热敏电阻的温度特性负温度系数热敏电阻：NTC正温度系数热敏电阻：PTC临界温度系数热敏电阻：CTR04080120160200106104102100温度℃电阻CTRNTCPTC可见CTR临界热敏电阻有一突变温度，此特性可用于自动控温和报警电路中
NTC的伏安特性IU电流较小：线性，欧姆定律电流增加：阻值减小、非线性电流较大：阻值减小超过电流增加NTC的温度系数低温段比高温段灵敏灵敏度比金属热电阻高（10倍）
NTC热敏电阻生产最早、最成熟、使用范围也广，它特别适用于—100℃～300℃之间的温度测量，目前己广泛应用于点温、表面温度、温差、温度场等测量中，同时也应用在自动控制及电子线路的热补偿电路中
PTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电阻—温度曲线上有两个拐点：Tp1和Tp2。
当温度低于Tp1时，温度灵敏度低；
当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；
当温度升到Tp2时，正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度Tc，对应有较大的温度系数αtp。
改变PTC的材料成分，可以得到不同的居里温度点。
PTC热敏电阻主要用于彩电消磁、各种电器设备的过载保护、发热源的定温控制，也可作为限流元件使用
热敏电阻外形MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻3、热敏电阻的应用
热敏电阻温度面板表热敏电阻LCD
热敏电阻体温表
热敏电阻体温表的调试、标定方法调试时，应该先调哪一只电位器，再调哪一只电位器？
热敏电阻用于CPU的温度测量
热敏电阻用于电热水器的温度控制
A——热敏电阻——平衡电阻电桥平衡电桥失衡测流速
JT正常：Rt较大、BG不导通、J不吸合T升高：Rt减小、BG导通、J吸合应用：电机过热保护热电式继电器
温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。
它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。
微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。
11.2热电偶温度传感器★热电偶的工作原理★热电偶回路的性质★热电偶的常用材料与结构★冷端处理及补偿
各种热电阻
从实验到理论：热电效应1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？
），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？
）。
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关
两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。
利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。
热电效应
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。
自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。
自由电子＋ABeAB（T）T1.接触电势
对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；
温度低的一端浓度小，动能也小。
因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。
2.温差电势
AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；
T，T0——高低端的绝对温度；
σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。
温差电势原理图
由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势
由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。
则有在标定热电偶时，一般使T0为常数，则
三、热电偶基本定律1、均质导体定律如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零；
反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。
根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性
2、中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。
T0T0BTAC右图回路中的总电动势为
如果回路中三个接点的温度都相同，即T＝T0，则回路总电动势必为零，即：即则
T1CT0T1TBA如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：而所以意义：可用电器测量仪表直接测量热电势
3、标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。
T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC
两式相减得：——（1）若一个热电偶由A、B、C三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即
或即导体A与B组成的热电偶的热电动势也可知。
代入（1）式可得
BBAT2T1T3AAB4、中间温度定律热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn和接点温度分别为Tn、T0时的相应热电动势的代数和
证明：即：对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据
当Tn=0℃时，则：上式说明：只要A、B组成的热电偶在冷端温度为零时的“热电动势—温度”关系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。
意义：为制定分度表奠定了理论基础
意义：运用补偿导线法进行温度测量的理论基础5、连接导体定律热电偶导体A、B分别与连接导线C、D相接，总热电势为两部分的代数和
热电偶的分度表——热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。
按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。
直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0C
普通装配型热电偶外形安装螺纹安装法兰
普通装配型热电偶结构图接线盒引出线套管固定螺纹（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）不锈钢保护管
铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）BA绝缘材料铠装型热电偶横截面
铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。
铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。
铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点
隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒电缆线
结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；
采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。
使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）
2、热电偶的种类从1988年1月1日起，我国热电偶和热电阻的生产全部按国际电工委员会（IEC）的标准，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
但其中的R型（铂铑13-铂）热电偶，因其温度范围与S型（铂铑10-铂）重合,我国没有生产和使用
五、热电偶实用测量电路1、测量单点温度——热电偶、补偿导线和仪表内阻
2、测量两点之间的温差仪表回路内的总电动势为:因为
3、测量平均温度（并联）仪表缺点：当有一只热电偶烧断时，不易察觉
4、测量几点温度之和（串联）仪表
六、冷端处理及补偿原因热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。
热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定
把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。
这种办法仅限于科学实验中使用。
为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。
mVABA’B’TCC’仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T01.冰点槽法
2.补偿导线法利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)。
根据中间温度定律，只要热电偶的两个热电极分别与两补偿导线的接点温度一致，就不会影响热电动势的输出。
例采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。
热端温度为800℃，冷端温度为50℃。
为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为20℃
11.2热电偶温度传感器
例用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0℃而是TH。
而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。
这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。
5.零点迁移法应用领域：如果冷端不是0℃，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。
实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿
冷端温度恒定T0：但T0不为0℃时，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。
冷端温度T0波动：可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。
后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。
冷端集中，对于提高多点巡检的速度也很有利。
7.软件处理法
自动调节
炉温的自动记录
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}