第六章 　温度传感器　课件　广东2022年中职《传感器应用技术》

第六章 温度传感器 第一节 温度测量与温度传感器 一、温度的基本概念 1.温度 从宏观性质讲，温度表示了物体冷热程度，物体温度的高低确定了热量传递的方向：热量总是从温度高的物体传向温度低的物体。 2.温标 温度的标尺，即温标。它规定了温度读数的起点（零点）以及温度的单位。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际实用温标。 二、温度测量及传感器分类 温度传感器一般分为两大类，接触式和非接触式。接触式温度传感器有热电偶、热敏电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随温度变化的特性来测量物体的温度，一般还采用与开关组合的双金属片或磁继电器开关进行控制。非接触式温度传感器测温时不需要直接与被测对象接触，两者通过热辐射或对流的方式传导热量，最终达到测温目的。非接触式温度传感器可以测量高温、有腐蚀性、有毒和运动物体的温度，常见的有辐射高温计、红外温度传感器等。 一些常见的传感器见表6-1。 第六章 温度传感器 第二节 热电偶式温度传感器 热电偶利用铜—康铜、镍铬—镍铝、铂铑—铂等不同金属或合金的接合界面上出现温度差而产生热电动势，测量其热电动势从而测量物体温度的传感器，是目前应用最广泛的温度传感器。热电偶的特点是结构简单，测温的精确度和灵敏度足够高，稳定性和复现性较好，动态响应快，测温范围广，电动势信号便于传送。 一、热电偶的基本性质 1.热电偶工作原理 有不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图所示），只要两结点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。 一、热电偶的基本性质 热电偶回路 一、热电偶的基本性质 热电偶工作原理 一、热电偶的基本性质 2.热电偶的基本性质 热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势只与两接点的温度有关。当冷端温度恒定，热电偶产生的热电动势只随热端（测量端）温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。因此，我们只要用测量热电动势的方法就可以达到测温的目的。 一、热电偶的基本性质 同时热电偶还应遵循以下的基本性质： （1）均质导体定则 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，热电动势为零，称为热电偶的均质导体定则。根据这个定则，可以检验两个热电极材料成分是否相同（称为同名极检验法），也可以检查热电极材料的均匀性。 一、热电偶的基本性质 （2）中间导体定则 在热电偶回路中接入第三种导体，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，这就是热电偶的中间导体定则。如图6-4所示在热电偶回路中接入第三种导体C。导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度相同都为t0，则回路中的总电动势是不变的。 一、热电偶的基本性质 （3）标准热电极定则 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已知，这就是热电偶的标准电极定则。如图所示，导体A、B分别与标准热电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势已知，那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得： 一、热电偶的基本性质 （4）中间温度定则 热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和，如图所示，这就是热电偶的中间温度定则。 中间温度定则可以用下式表示： 二、热电偶的结构、分类及特点 1.按结构分类 （1）普通型热电偶的结构 如图所示。 1-热电偶工作端；2-绝缘套；3-下保护套；4-绝缘管；5-固定法兰；6-上保护套； 7-接线盒底座；8-接线绝缘座；9-引出线套管；10-固定螺丝；11-接线盒外罩；12-接线柱 普通型热电偶的组成 二、热电偶的结构、分类及特点 （2）铠装热电偶的结构 铠装热电偶由热偶丝、绝缘材料、不锈钢套管经多次一体拉制而成。 铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间短和坚固耐用等优点，尤其适宜安装在狭窄、弯曲的管道内或要求传感器快速反应的特殊测温场合。 （3）薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料，用真空蒸镀、化学涂层等办法镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶，它具有热容量小，反应速度快等特点，它的热响应时间可达到微秒极，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。 二、热电偶的结构、分类及特点 2.按连接方式分类 （1）并联热电偶 这种热电偶可用于测量平均温度。 二、热电偶