第十一章 温度的测试

第十一章 温度的测量11.1 温度与温标 11.2 热电偶及应用 11.3 电阻式温度传感器及应用 11.4 PN结和集成温度传感器及应用 11.4 结和集成温度传感器及应用

第11章 温度的测试 11章温度是国际单位制给出的基本物理量之一， 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农 业生产和科学试验中需要经常测量和控制的主要参数， 业生产和科学试验中需要经常测量和控制的主要参数，也 是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。 是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。 常用的温度传感器有：膨胀式、双金属片式、磁性式、 常用的温度传感器有：膨胀式、双金属片式、磁性式、 热电偶、热电阻、热敏电阻、PN结及集成温度传感器等 结及集成温度传感器等。 热电偶、热电阻、热敏电阻、PN结及集成温度传感器等。 要点 1. 温度与温标的概念，各温标间的换算 温度与温标的概念， 2. 热电偶结构、类型、分度表、冷端温度处理 热电偶结构、类型、分度表、 3. 热电阻常用材料、特性、接线制式 热电阻常用材料、特性、 4. 热敏电阻类型、特性及 热敏电阻类型、特性及NTC伏安特性应用 伏安特性应用 5. 集成温度传感器类型及特性

11.1 温度与温标温度是表示物体的冷热程度的物理量。温标是衡量温度 温度是表示物体的冷热程度的物理量。温标是衡量温度 冷热程度的物理量 的标准尺度，它分为摄氏温标、热力学温标和国际温标。 的标准尺度，它分为摄氏温标、热力学温标和国际温标。 摄氏温标 各温标间换算关系见表11各温标间换算关系见表11-1。 11温标 单位 K ℃ ℉ °R 开尔文T/K 摄氏度t/℃ 华氏度θ/℉ 兰氏度t/°R

1 t+273.15 (θ-32)/1.8+273.15 t/1.8

T-273.15 1 (θ-32)/1.8 t/1.8-273.15

(T-273.15) ) 1.8T ×1.8+32 (t+273.15)×1.8 × 1.8× t+32 × θ+459.67 1 1 t-459.67

11.2 热电偶及应用11.2.1 热电偶 热电偶测温范围高，是工业上常用的测温元件。 热电偶测温范围高，是工业上常用的测温元件。 1.热电偶的原理 1.热电偶的原理 塞贝克效应的简单实验 将二极管1S1588 1S1588的引线如图示那样与铜线焊接起来并与 将二极管1S1588的引线如图示那样与铜线焊接起来并与 数字万用表相连接， 用手捏着引线的中部没有电压输出；若 数字万用表相连接， 用手捏着引线的中部没有电压输出； 用手捏着一端接点就会测量出22µ 电压； 测量出22 用手捏着一端接点就会测量出22µV电压；若再用手捏着另一 端接点，就会测量出 22µ 电压。如果同时捏着两端， 测量出端接点，就会测量出-22µV电压。如果同时捏着两端，输出电 压则变为零。用一根铜导线和一根铁导线

及万用表50µA挡进 50µA 压则变为零。用一根铜导线和一根铁导线及万用表50µA挡进 行同样实验，也可得出相同的结论。 行同样实验，也可得出相同的结论。 实验证明， 两种不同导体A 实验证明，将两种不同导体A、B两端连接在一起组成闭合 回路，并使两端处于不同温度环境，在回路中会产生热电 回路，并使两端处于不同温度环境，在回路中会产生热电 动势而形成电流,这一现象称为热电效应。 动势而形成电流,这一现象称为热电效应。

两种不同导体的组合 称为热电偶， 称为热电偶，相应的电动 势和电流称为热电动势 热电动势和 势和电流称为热电动势和 热电流。如图11-1a所示， 热电流。如图 所示， 所示 导体A、 称为热电极， 称为热电极 导体 、B称为热电极，置 被测温度( ) 于被测温度(T)的一端称 工作端(热端 热端), 为工作端 热端 ，另一端 称为参考端 冷端)。 参考端(冷端 (T0)称为参考端 冷端 。 热电动势与热电偶两端的 温度差成比例,即 温度差成比例 即 EAB(T,T0)=K(T-T0) , (

图11-1 热电偶的原理 a)热电效应 b)热电偶的电路符号 热电偶的电路符号 )

2.热电偶的结构和种 2.热电偶的结构和种 类

图11-2 热电偶的结构 111—热电极 2—绝缘套管 3—保护套管 4—接线盒

热电偶的结构如图11 所示， 111)热电偶的结构 热电偶的结构如图11-2所示，通常 由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成。 由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分组成。 2)热电偶的种类 热电偶可按热电极的材料和结构形 式进行分类。 式进行分类。 按热电偶的热电极材料分类：l977年国际电工委员会 ①按热电偶的热电极材料分类：l977年国际电工委员会 (IEC)对 种热电偶制订了国际标准。它们的分度号是T (IEC)对8种热电偶制订了国际标准。它们的分度号是T(铜康铜)、 )、E 镍铬-康铜)、 )、J 康铜)、 )、K 镍铬-镍硅)、 康铜)、E(镍铬-康铜)、J(铁-康铜)、K(镍铬-镍硅)、 镍铬硅-镍硅)、 )、R 铂铑13 13- )、B 铂铑30 铂铑6 30N(镍铬硅-镍硅)、R(铂铑13-铂)、B(铂铑30-铂铑6)、 铂铑10 10热电偶的特性不是用公式计算， S(铂铑10-铂)。热电偶的特性不是用公式计算，也不是用 特性曲线表示，而是用分度表给出。附录B 用分度表给出 特性曲线表示，而是用分度表给出。附录B为K型热电偶的分 度表。 度表。 按热电偶的结构形式分类：热电偶的结构形式又分 又分普 ②按热电偶的结构形式分类：热电偶的结构形式又分普 通型、铠装型、表面型和快速型四种 四种。 通型、铠装型、表面型和快速型四种。

各种形式的热电

偶(浏览) 各种形式的热电偶 浏览) 浏览普通热电偶

铠装热电偶

电站专用热电偶(热电阻 电站专用热电偶(热电阻)

耐磨热电偶、防腐热电阻： 耐磨热电偶、防腐热电阻：

装配式热电偶(热电阻) 装配式热电偶(热电阻)

软导线式热电偶(热电阻) 软导线式热电偶(热电阻)

铠装式热电偶(热电阻) 铠装式热电偶(热电阻)

隔爆型热电偶(热电阻) 隔爆型热电偶(热电阻)

11.2.2 热电偶的使用在使用热电偶测温时，必须能够熟练地运用热电偶的 在使用热电偶测温时，必须能够熟练地运用热电偶的 参考端(冷端)处理方法、安装方法、测温电路、 参考端(冷端)处理方法、安装方法、测温电路、测温仪 表及在表面测温时的焊接方法等实用技术 等实用技术。 表及在表面测温时的焊接方法等实用技术。 1.热电偶的参考端 冷端) 热电偶的参考端( 1.热电偶的参考端(冷端)温度处理 11说明，热电偶在工作时， 式(11-6)说明，热电偶在工作时，必须保持冷端温度恒 定，并且热电偶的分度表是以冷端温度为0℃做出的。然而 并且热电偶的分度表是以冷端温度为0℃做出的。 热电偶的分度表是以冷端温度为0℃做出的 在工程测量中冷端距离热源近 且暴露于空气中， 冷端距离热源近， 在工程测量中冷端距离热源近，且暴露于空气中，易受被 测对象温度和环境温度波动的影响， 测对象温度和环境温度波动的影响，使冷端温度难以恒定 而产生测量误差。为了消除这种误差，可采取下列温度补 而产生测量误差。为了消除这种误差，可采取下列温度补 偿或修正措施。 偿或修正措施。

1)参考端恒温法 将热电偶的参考端放在有冰水混合 的保温瓶中，可使热电偶输出的热电动势与分度值一致， 的保温瓶中，可使热电偶输出的热电动势与分度值一致，测 量精度高，常用于实验室中。工业现场可将参考端置于盛油 量精度高，常用于实验室中。工业现场可将参考端置于盛油 的容器中，利用油的热惰性使参考端保持接近室温 接近室温。 的容器中，利用油的热惰性使参考端保持接近室温。 采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒 2)补偿导线法 采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒 定或温度波动较小处。为了节约贵重金属， 定或温度波动较小处。为了节约贵重金属，热电偶电极不能 做得很长，但在0 100℃范围内 可以用与热电偶电极有相 范围内， 做得很长，但在0~100℃范围内，可以用与热电偶电极有相 同热电特性的廉价金属制作成补偿导线来延伸热电偶。 同热电特性的廉价金属制作成补偿导线来延伸热电偶。在使 用补偿导线时，

必须根据热电偶型号选配补偿导线 根据热电偶型号选配补偿导线； 用补偿导线时，必须根据热电偶型号选配补偿导线；补偿导 线与热电偶两接点处温度必须相同，极性不能接反，不能超 线与热电偶两接点处温度必须相同，极性不能接反， 出规定使用温度范围。 出规定使用温度范围。

3)热电动势修正法 热电偶的分度表是以参考端温度 ) 热电偶的输出 T0=0℃时获得的，当参考端温度 n≠0℃时，热电偶的输出 ℃时获得的，当参考端温度T ℃ 热电动势将不等于E 热电动势将不等于 AB(T,T0)。 , 为求得真实温度，可根据热电偶中间温度定律 热电偶中间温度定律： 为求得真实温度，可根据热电偶中间温度定律： EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0) , , 将测得的电动势的E 加上一个修正电动势E 将测得的电动势的 AB(T,Tn)加上一个修正电动势 AB , 算出E 再查分度表， (Tn,T0)算出 AB(T,T0)再查分度表，方得实测温度 ， 可从分度表查出。 值。EAB(Tn,T0)可从分度表查出。

如图11 所示， 11(4)电桥补偿法 如图11-4所示，利用热电阻测温电桥产 生的电动势来补偿热电偶参考端因温度变化而产生的热电 称为电桥补偿法。 势，称为电桥补偿法。 国产冷端补偿器的 电桥一般是在20℃ 电桥一般是在20℃ 时调平衡的， 时调平衡的，因此 20℃时无补偿 时无补偿， 20℃时无补偿，必 须进行修正或将仪 表的机械零点调到 20℃处 20℃处。常用国产 冷端补偿器见产品 样本或有关手册。 样本或有关手册。

图11-4 11-

冷端补偿器