第08节 热电式传感器.ppt

第八章　热电式传感器 第一节　热电偶传感器 第二节 热电阻传感器 第三节 热敏电阻传感器 第四节　集成温度传感器 ①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的； ②具有较高的准确度 ； ③测量范围宽，常用的热电偶，低温可测到-50 oC，高温可以达到1600 oC左右，配用特殊材料的热电极，最低可测到-180 oC，最高可达到+2800 oC的温度； ④具有良好的敏感度； ⑤使用方便等。 一、热电偶的工作原理 1．热电效应 将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不同（T0≠T），则在两导体间产生热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。 闭合回路中两种导体叫热电极； 两个结点中，一个称工作端或热端（T），另一个叫参比端或冷端（T0）。 由这两种导体的组合并将温度转换成热电动势的传感器叫做热电偶。 热电动势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电动势所组成。 式中 k—波尔兹曼常数，为1.38×10-23J/K； NA、NB —金属A、 B的自由电子密度。 2．热电偶基本定律 （1）中间导体定律 如图,A,B中接入第三导体C，当A、B结点温度为T，其余结点温度为T0，且TT0时，则回路中总热电动势为 由于在T＝T0的情况下回路中总电动势为零 有 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电动势。 参考电极定律 图中导体C接在A、B之间，形成三个热电偶组成的回路。当结点温度为T，T0时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。这一规律称为参考电极定律。 中间温度定律 当热电偶的两个节点温度为T，T1时,热电势为EAB（T,T1）；当热电偶的两个节点温度为T1，T0时, 热电势为EAB(T1,T0)；当热电偶的两个节点温度为T，T0时, 热电势为 二、常用热电偶 对热电偶的电极材料主要要求是： ① 配制成的热电偶应具有较大的热电势，并希望热电势与温 度之间成线性关系或近似线性关系。 ②能在较宽的温度范围内使用。并且在长期工作后物理化学性能与热电性能都比较稳定。 ③电导率要求高，电阻温度系数要小。 ④易于复制，工艺简单，价格便宜。 1．铂铑10—铂热电偶 2．镍铬—镍硅热电偶 3．镍铬—考铜热电偶 4．钨铼5—钨铼20热电偶 三、热电偶温度补偿 热电偶输出的电动势是两结点温度差的函数。Ｔ作为被测温度端，T0作为参比温度端（冷端）通常要求T0保持为0℃，但在实际中做到这一点很困难，于是产生了热电偶冷端补偿问题。 比较常用的是电位补偿法,即在热电偶回路中串入一个自动补偿的电动势。 如图 四、热电偶测温电路(补充） 一、热电偶直接与指示仪表配用 热电偶与动圈式仪表连接。这时流过仪表的电流不仅与热电势大小有关，而且与测温回路的总电阻有关，因此要求回路总电阻必须为恒定值，即 Rr+Rc+RG=常数 下图为测两点温度差的线路。两支型号相同的热电偶配用相同的补偿导线，并反串连接，使两热电势相减，从而测出T1和T2的温度差。 第二节 热电阻传感器 一 概述 金属热电阻传感器（简称热电阻传感器）是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置。 主要优点是：①测量精度高；②有较大的测量范围，尤其在低温方面；③易于使用在自动测量和远距离测量中；④与热电偶相比，它没有参比端误差问题。热电阻传感器之所以有较高的测量精度，主要是一些材料的电阻温度特性稳定，复现性好。 二、热电阻材料和常用热电阻 热电阻材料必须具有以下特点： ①高且稳定的温度系数和大的电阻率，以便提高灵敏度和保证测量精度； ②良好的输出特性，即电阻温度的变化接近于线性关系； ③在使用范围内，其化学、物理性能应保持稳定； ④良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。 材料的电阻率与温度的关系一般都可近似用一个二次方程描述 ρ——电阻率； T——温度； a、b、c ——由实验确定的常量。 1铂热电阻 特点：精度高、稳定性好、性能可靠 在一定的温度范围内可以表示为 R=R0（1+αT+βT2） R0是0℃的电阻，