第七章热电式传感器 掌握热电式（温度）传感器的工作原理， 了解温度传感路的作用、地阮、分类和 发展趋势、热电偶三定律、热敏电阻不 同类型的特点及应用场合。 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。 将温度转换为电势大小的热电式传感器叫做热电偶。 将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻
第七章 热电式传感器 掌握热电式（温度）传感器的工作原理， 了解温度传感器的作用、地位、分类和 发展趋势、热电偶三定律、热敏电阻不 同类型的特点及应用场合。 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。 将温度转换为电势大小的热电式传感器叫做热电偶。 将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻
棍述 温度是反映物体冷热状态的物理参数。 ●温度是与人类生活息息相关的物理量。 ●在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使 用温度传感器检测温度。 。人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等 部门都与温度有着密切的关系。 ●工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。 图此，人奏高不开温皮，当然也离不开温度传感景。 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传 感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一
概 述 温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传 感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。 ⚫温度是与人类生活息息相关的物理量。 ⚫在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使 用温度传感器检测温度。 ⚫人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等 部门都与温度有着密切的关系。 ⚫工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。 温度是反映物体冷热状态的物理参数。 因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器
一、温度的基本概念 热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理 量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运 动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状 况的物理量。 表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。 ◆热力学温标 ◆国际实用温标 ◆摄氏温标 ◆华氏温标
一、温度的基本概念 热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理 量。 分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运 动的剧烈程度。 能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状 况的物理量。 表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。 ◆热力学温标 ◆国际实用温标 ◆摄氏温标 ◆华氏温标
1、热力学温标 1848年威廉·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立 温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开 尔文总结出来的，故又称开尔文温标，用符号K表示。它是 国际基本单位制之一。 根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T的热源与温度为T, 的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式 Q—热源给予热机的传热量 Q2—热机传给冷源的传热量 如果在式中再规定一个条件，就可以通过卡诺循环中的传热量 来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点 为273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完 全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)
如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量 来完全地确定温标。1954年，国际计量会议选定水的三相点 为273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完 全确定了，即T=273.16(Q1 /Q2 )。 1848年威廉·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立 温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开 尔文总结出来的，故又称开尔文温标，用符号K表示。它是 国际基本单位制之一。 根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2 的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式 1．热力学温标 Q1——热源给予热机的传热量 Q2——热机传给冷源的传热量 2 1 2 1 Q Q T T =
2、国际实用温标 为解决国际上温度标准的统一及实用问题，国际上协商决 定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确 度)，又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标 International Practical Temperature Scale of 1968( PTS-68),又称国际温标。 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用T表示， 其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度 的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项 平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16K,这 是建立温标的惟一基准点。 注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度 间隔1K=1℃。T是在标准大气压下冰的融化温度，T,= 273.15K。水的三相点温度比冰点高出0.01K
为解决国际上温度标准的统一及实用问题，国际上协商决 定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确 度），又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标 International Practical Temperature Scale of 1968( 简 称 IPTS-68)，又称国际温标。 2．国际实用温标 注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度 间隔1K=1℃。T0是在标准大气压下冰的融化温度， T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出0.01 K。 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用T表示， 其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度 的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项 平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16 K，这 是建立温标的惟一基准点
国际实用温标(PTS-68) 的固定点 温 度 物质 平衡状态 T68/K T68/℃ 三相点 13.81 -259.31 氢 沸点25/76atm 7.042 -256.108 沸点 20.8 -252.87 沸点 27.102 -246.048 氧 三相点 54.361 -218.798 沸点 90.188 -182.962 水 三相点 273.16 0.01 沸点 373.15 100.0 锌 凝固点 692.73 419.58 银 凝固点 1235.08 961.93 金 凝固点 1337.58 1064.43
氢 氧 三相点 沸点 54.361 90.188 -218.798 -182.962 水 三相点 沸点 273.16 373.15 0.01 100.0 锌 凝固点 692.73 419.58 银 凝固点 1235.08 961.93 金 凝固点 1337.58 1064.43 物质 三相点 平衡状态 温 度 T68/K T68/℃ 13.81 7.042 20.8 27.102 -259.31 -256.108 -252.87 -246.048 沸点25/76atm 沸点 沸点 国际实用温标（IPTS-68）的固定点
3、摄氏温标 是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压（即 101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一 等份称为摄氏一度（摄氏度，℃），一般用小写字母表示。 与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下： T-273.15℃ T=什273.15K 4、华氏温标 目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华 氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等 份称为华氏一度，符号用℉，它和摄氏温度的关系如下： nt=1.8n+32℉ n=5/9(m-32)℃
3．摄氏温标 是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压(即 101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一 等份称为摄氏一度(摄氏度，℃)，一般用小写字母t表示。 与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下： 4．华氏温标 目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华 氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等 份称为华氏一度，符号用℉，它和摄氏温度的关系如下： t=T-273.15 ℃ T=t+273.15 K m=1.8n+32 ℉ n= 5/9 (m-32)℃
二、温意传感器的特点与分美 1。温度传感器的物理原理 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； ◆蒸气压的温度变化： 电极的温度变化 ◆热电偶产生的电动势； ◆光电效应 ◆ 热电效应 ◆介电常数、导磁率的温度变化； ◆物质的变色、 融解； ◆强性振动温度变化； 热放射； ◆热噪声
二、温度传感器的特点与分类 ◆ 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化； ◆ 蒸气压的温度变化； ◆ 电极的温度变化 ◆ 热电偶产生的电动势； ◆ 光电效应 ◆ 热电效应 ◆ 介电常数、导磁率的温度变化； ◆ 物质的变色、融解； ◆ 强性振动温度变化； ◆ 热放射； ◆ 热噪声。 1. 温度传感器的物理原理
2.温度传感器应满足的条件 ●特性与温度之间的关系要琵中，并容易检测和处理， 且随温度虽线性变化； ●除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低； ●特性随时间变化要小； ●重复性好，没有滞后和老北； ●灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的形响要 小； ●机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好； ●能大批量生产，价格便宜； ●无危险性，无公客等
⚫特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理， 且随温度呈线性变化； ⚫除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低； ⚫特性随时间变化要小； ⚫重复性好，没有滞后和老化； ⚫灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要 小； ⚫机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好； ⚫能大批量生产，价格便宜； ⚫无危险性，无公害等。 2.温度传感器应满足的条件
3.温度传感器的种类及特点 ●接触式温度传惑 ●非接触式温度传感沿 接触式温度传感器的特点：传感器直接与被则物体接 触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器， 降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时， 测量精度校低。因此采用这种方式要则得物体的真实 温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热福射而发出 红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成 本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸 收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等
3. 温度传感器的种类及特点 ⚫ 接触式温度传感器 ⚫ 非接触式温度传感器 接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接 触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器， 降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时， 测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实 温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出 红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成 本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸 收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等