【正文】 第 10章 熱電勢傳感器 溫度測量 熱電偶傳感器 熱電阻傳感器 集成溫度傳感器 第 10章 熱電勢傳感器 返回主目錄 第 10章 熱電勢傳感器 一 、 溫度概述 1． 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學實驗中一個非常重要的參數(shù) 。 物體的許多物理現(xiàn)象和化學性質(zhì)都與溫度有關 。 許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的 , 需要測量溫度和控制溫度 。 隨著科學技術的發(fā)展 , 對溫度的測量越來越普遍 , 而且對溫度測量的準確度也有更高的要求 。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量 。 為了定量地描述溫度的高低 , 必須建立溫度標尺 , 即溫標 。 溫標就是溫度的數(shù)值表示 。 第 10章 熱電勢傳感器 歷史上提出過多種溫標 , 如早期的經(jīng)驗溫標 （ 攝氏溫標和華氏溫標 ） , 理論上的熱力學溫標等 。 當前世界通用的是1990年制定的 國際溫標 （ ITS90） , 它同時定義了國際開爾文溫度 （ 符號 T90） 和國際攝氏溫度 （ 符號 t90） 。 T90 和 t90 之間的關系為 ??? KTCt在實際應用中 , 一般直接用 T 和 t 代替 T90 和 t90 第 10章 熱電勢傳感器 2． (1) 溫度傳感器的組成 通常由現(xiàn)場的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成 , 如下圖所示 。 簡單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的 , 一般在現(xiàn)場使用 。 第 10章 熱電勢傳感器 接觸式測溫方法 是使溫度敏感元件和被測溫度對象相接觸 , 當被測溫度與感溫元件達到熱平衡時 , 溫度敏感元件與被測溫度對象的溫度相等 。 這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單 ， 工作可靠 ， 精度高 ， 穩(wěn)定性好 ， 價格低廉等優(yōu)點 。 這類測溫方法的溫度傳感器主要有 : 基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的 膨脹式溫度傳感器 ， 基于導體或半導體電阻值隨溫度變化的 電阻式溫度傳感器 ， 基于熱電效應的 熱電偶溫度傳感器 。 接觸式測量 ——熱傳遞原理。 非接觸式測量 ——熱輻射原理 。 (2) 溫度測量方法及分類 第 10章 熱電勢傳感器 非接觸式測溫方法 是應用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理 。 物體輻射能量的大小與溫度有關 , 并且以電磁波形式向四周輻射 , 當選擇合適的接收檢測裝置時 , 便可測得被測對象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測量和顯示的各種信號 , 實現(xiàn)溫度的測量 。 這類測溫方法的溫度傳感器主要有 光電高溫傳感器 、 紅外輻射溫度傳感器 、 光纖高溫傳感器 等 。 非接觸式溫度傳感器理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測量滯后和在溫度范圍上的限制 , 可測高溫 、 腐蝕 、 有毒 、 運動物體及固體 、 液體表面的溫度 , 不干擾被測溫度場 , 但精度較低 , 使用不太方便 。 第 10章 熱電勢傳感器 二 、 膨脹式溫度傳感器 根據(jù)液體 、 固體 、 氣體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理 , 這類溫度傳感器有液體膨脹式 、 固體膨脹式和氣體膨脹式 。 1． 它是利用液體受熱后體積膨脹原理來測量溫度的 。 常用的 電接點式傳感器 。 它有固定式和可調(diào)式兩種 。 圖 104 所示為可調(diào)電接點式溫度計 , 其中一根鉑絲接在毛細管下部固定處 ,另一根鉑絲根據(jù)設定溫度可以上下移動 , 當升至設定溫度時 , 鉑絲與水銀柱接通 , 反之斷開 , 這種既可指示 , 又能發(fā)出通斷信號 , 常用于溫度測量和雙位控制 。 第 10章 熱電勢傳感器 2． 固體膨脹式 固體膨脹式是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測溫的 。 它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片 , 為提高靈敏度常作成螺旋形 。 圖 105所示 為雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)示意圖 。 螺旋形雙金屬片一端固定 , 另一端連接指針軸 , 當溫度變化時 , 雙金屬片彎曲變形 , 通過指針軸帶動指針偏轉(zhuǎn)顯示溫度 。 它常用于測量 80℃ ～600℃ 范圍的溫度 , 抗震性能好 ， 讀數(shù)方便 , 但精度不太高 , 用于工業(yè)過程測溫 、 上下限報警和控制 。 第 10章 熱電勢傳感器 3． 氣體膨脹式 氣體膨脹式是利用封閉容器中的氣體壓力隨溫度升高而升高的原理來測溫的 , 利用這種原理測溫的溫度計又稱壓力計式溫度計 , 如下圖 10 6 所示 。 溫包 、 毛細管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個封閉容器 , 其中充滿工作物質(zhì) （ 如氣體常為氮氣 ） , 工作物質(zhì)的壓力經(jīng)毛細管傳給彈簧管 , 使彈簧管產(chǎn)生變形 , 并由傳動機構(gòu)帶動指針 , 指示出被測溫度的數(shù)值 。 壓力溫度計結(jié)構(gòu)簡單 、 抗振及耐腐蝕性能好 , 與微動開關組合可作溫度控制器用 , 但它的測量距離受毛細管長度限制 , 一般充液體可達 20m, 充氣體或蒸汽可達 60m。 第 10章 熱電勢傳感器 圖 10－ 6 第 10章 熱電勢傳感器 熱電偶傳感器 熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器 。 它構(gòu)造簡單 , 使用方便 , 具有較高的準確度 、 穩(wěn)定性及復現(xiàn)性 , 溫度測量范圍寬 , 在溫度測量中占有重要的地位 。 1. 兩種不同的導體 （ 或半導體 ） 組成一個閉合回路 , 如圖所示 。 當兩接點溫度 T和 T0不同時 ， 則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢 。 這種現(xiàn)象成為熱電效應 。 該電動勢稱為熱電動勢 。這兩種不同的導體或半導體的組合稱為熱電偶 。 兩個接點 , 一個稱為工作端 (熱端 )， 另一個稱為自由端 (冷端 )。 它所產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成 ， 即 溫差電勢和接觸電勢 。 第 10章 熱電勢傳感器 接觸電勢 ——是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢 。 接觸電勢的大小取決于兩種不同導體的性質(zhì)和接觸點的溫度 。 其數(shù)值可用下式計算 )()(ln)(0000 TNTNeKTTEBAAB ?)()(ln)(TNTNeKTTEBAAB ?式中 : K 為波爾茲曼常數(shù) 。