第4章热电式传感器 4.1 热电偶 2 4.2 热电阻传感器 3 4.3 热敏电阻 4 4.4 集成温度传感器 5 4.5热电式传感器的应用
第4章 热电式传感器 1 4.1 热电偶 4.2 热电阻传感器 3 4.3 热敏电阻 4 4.4 集成温度传感器 2 5 4.5 热电式传感器的应用
概述 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变 化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化 的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为 敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当 的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化 来表达所测温度的变化。 ◆将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶； ◆将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电 阻
概述 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变 化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化 的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为 敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当 的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化 来表达所测温度的变化。 ◆将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶； ◆将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电 阻
4.1热电阻测温传感器 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 它构造简单，使用方便，具有较高的准确度、稳 定性及复现性，温度测量范围宽，在温度测量中 占有重要的地位
4.1 热电阻测温传感器 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 它构造简单，使用方便，具有较高的准确度、稳 定性及复现性，温度测量范围宽，在温度测量中 占有重要的地位
4.1热电阻测温传感器 4.1.1热电效应 ◆两种不同的金属A和B构成如图4-1所示的闭合 回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加 热，使其温度为T,而另一点置于室温T0中， 则在回路中会产生热电势，用E(T,)来表示， 这一现象称为热电效应。 E(T.T) B 图41热电效应原理图
4.1 热电阻测温传感器 4.1.1 热电效应 ◆两种不同的金属A和B构成如图4-1所示的闭合 回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加 热，使其温度为T，而另一点置于室温T0中， 则在回路中会产生热电势，用 来表示， 这一现象称为热电效应。 0 ( , ) E T T AB 图4-1 热电效应原理图
4.1热电阻测温传感器 ◆通常把两种不同金属的这种组合叫做热电偶，A、B 叫做热电极，温度高的接点叫做热端或工作端，而 温度低的接点叫做冷端或自由端。 ◆由理论分析知道，热电效应产生的热电式是由接触 电势和温差电势两部分组成。 ”Rt=Ro[1+x(t—to)] (4.1-1) ·式中Rt—温度t时的电阻值 (2); Ro- 温度to时电阻值（Ω）； 热电阻的电阻温度系数（1/℃)，表示单位温 度引起的电阻对变化
4.1 热电阻测温传感器 ◆通常把两种不同金属的这种组合叫做热电偶，A、B 叫做热电极，温度高的接点叫做热端或工作端，而 温度低的接点叫做冷端或自由端。 ◆由理论分析知道，热电效应产生的热电式是由接触 电势和温差电势两部分组成。 • Rt=Ro[1+α(t—to)] (4.1-1) • 式中 Rt——温度t时的电阻值（Ω）； • Ro——温度to时电阻值（Ω）； • α——热电阻的电阻温度系数（1/℃），表示单位温 度引起的电阻对变化
4.1热电阻测温传感器 ◆电阻灵敏度为 K- 1 dR, Ro dt 金属的电阻温度系数一般在(0.3%~0.6%)/℃ 之间。绝大多数金属导体的电阻温度系数并不是一 个常数，它随温度的变化而变化，只能在一定的温度 范围内将其看成是一个常数。 根据热电阻的电阻、温度特性不同，可分为金属 热电阻和半导体热敏电阻两大类
4.1 热电阻测温传感器 ◆ 电阻灵敏度为 金属的电阻温度系数α一般在（0.3%~0.6%）/℃ 之间。绝大多数金属导体的电阻温度系数α并不是一 个常数，它随温度的变化而变化，只能在一定的温度 范围内将其看成是一个常数。 根据热电阻的电阻、温度特性不同，可分为金属 热电阻和半导体热敏电阻两大类。 dt dR R K t 0 1
4.1热电阻测温传感器 4.1.1金属热电阻 1、电阻材料特性要求 ·用于金属热电阻的材料应该满足以下条件 电阻温度系数x要大且保持常数； 电阻率®要大，以减少热电阻的体积，减小热惯性； 在使用温度范围内，材料的物理、化学特性要保持稳定， 生产成本要低，工艺实现要容易。 常用的金属材料有：铂、铜、镍等
4.1 热电阻测温传感器 4.1.1 金属热电阻 1、电阻材料特性要求 • 用于金属热电阻的材料应该满足以下条件： • 电阻温度系数α要大且保持常数； • 电阻率ρ要大，以减少热电阻的体积，减小热惯性； • 在使用温度范围内，材料的物理、化学特性要保持稳定； • 生产成本要低，工艺实现要容易。 • 常用的金属材料有：铂、铜、镍等
4.1热电阻测温传感器 ·2铂热电阻 ·铂热电阻是最佳的热电阻。其优点包括：物理、 化学性能非常稳定，特别是耐氧化能力很强， 在很宽的温度范围内（1200℃以下)都能保持 上述特性；电阻率较高，易于加工，可以制成 非常薄的铂箔和极细的铂丝等。其缺点主要是： 电阻温度系数较小，成本较高，在还原性介质 中易变脆等
4.1 热电阻测温传感器 • 2 铂热电阻 • 铂热电阻是最佳的热电阻。其优点包括：物理、 化学性能非常稳定，特别是耐氧化能力很强， 在很宽的温度范围内（1200℃以下）都能保持 上述特性；电阻率较高，易于加工，可以制成 非常薄的铂箔和极细的铂丝等。其缺点主要是： 电阻温度系数较小，成本较高，在还原性介质 中易变脆等
4.1热电阻测温传感器 在实际应用中，可以利用如下模型来描述铂热 电阻与温度之间的关系，即 ·在-200~0℃： R=R[1+At+Bt2+C(t-100)t3] （4.1-5) ·在0~850℃： R,Ro(1+At+Bt2)
4.1 热电阻测温传感器 • 在实际应用中，可以利用如下模型来描述铂热 电阻与温度之间的关系，即 • 在-200~0℃： • （4.1-5） • 在0~850℃： • 2 3 0 [1 ( 100) ] R R At Bt C t t t (1 ) 2 R R0 At Bt t
4.1热电阻测温传感器 R,=Ro(1+At+Bt2) (4.1-6) ·式中 —温度为t时铂热电阻的电阻值 (2) R—温度为0℃时铂热电阻的电阻值（Ω) ● 系数A,B,C分别为A=3.96847×℃， ·B=-5.847×℃，C=—4.22×℃。 ·目前，我国常用的标准化铂热电阻按分度号有， 它们相应地记为Pt50,Pt100和Pt300。有关技术 指标如表4.1.1所列
4.1 热电阻测温传感器 • （4.1-6） • 式中 ——温度为t时铂热电阻的电阻值（Ω） • R——温度为0℃时铂热电阻的电阻值（Ω） • 系数A，B，C分别为A=3.96847×℃， • B=-5.847×℃，C=—4.22×℃。 • 目前，我国常用的标准化铂热电阻按分度号有， 它们相应地记为Pt50,Pt100和Pt300。有关技术 指标如表4.1.1所列。 (1 ) 2 R R0 At Bt t