熱電偶熱電阻第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日接觸法測量：熱膨式溫度計（優缺點）熱電偶溫度計熱電阻溫度計特點：測量精度高、適合多點、集中測量和自動控制、滯后大、不適合動態測量非接觸法測量：輻射式光學式聲學式特點：適合高溫測量、動態測量、測量容易受煙塵、空氣的影響。第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日本章學習要求：熱電偶傳感器（將溫度變化轉化為熱電勢變化）熱電阻傳感器（將溫度變化轉化為電阻變化）輻射測溫溫度檢測電路第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

熱電偶是工業中常用的測溫元件，屬于能量轉換型的傳感器，測量信號易于傳輸和變換，主要測溫范圍500~1500℃。一、工作原理（熱電效應）

將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應。1.1熱電偶測溫技術第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日物理基礎1、塞貝克效應熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。熱能轉變成電能的現象。1821年德國物理學家塞貝克發現，銅-鉍，鉍-銻（熱電第一效應）第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日塞貝克電動勢的大小和方向決定于回路中兩接觸點的溫度差和導體材料2、珀爾帖效應（熱電第二效應）1834電流通過兩種金屬時接觸點將吸熱或放熱。如果電流與塞貝克電流一致，熱點—吸熱如果電流與塞貝克電流相反，熱點—放熱電能轉化為熱能3、湯姆遜效應1851，熱力學理論，珀爾帖效應是塞貝克效應的逆效應第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶產生的熱電勢由兩種導體的接觸電動勢和單一導體的溫差電動勢組成。1、接觸電動勢

k——玻耳茲曼常數，e——電子電荷量，T——接觸處的溫度NA，NB——分別為導體A和B的自由電子密度。

熱端

冷端

第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日2、溫差電動勢湯姆遜系數，含義是單一導體兩端溫差1度時的溫差電勢。第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日熱端電勢

冷端電勢

熱電偶測溫條件：熱電偶兩個電極材料不同

兩個接點的溫度不同固定第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日二、熱電偶基本定律1、中間溫度定律只有冷端溫度不變時，熱電勢才與熱端溫度t成單值對應關系，但實際上冷端溫度固定不變是不可能的。如把冷端放在冰水混合物中，可以使冷端保持0℃。第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

2、中間導體定律在熱電偶回路中接入第三、第四種均質材料的導體后，只要中間接入的導體兩端具有相同的溫度，就不會影響熱電偶的熱電勢。

在熱電偶回路中引入各種顯示儀表和連接導線，可以采用各種焊接方法來焊制熱電偶，只要保證引入的中間導體兩端的溫度相同，就不致影響熱電偶回路的熱電勢。TT0V第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日對熱電偶要求如下：①熱電特性穩定②熱電勢要大，與溫度最好呈線性關系③耐熱性、抗氧化還原和耐蝕性強④復制性好⑤工藝性能好。特別焊接性能好。表1-1常用熱電偶的基本特性三、工業用熱電偶第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

在鉑銠10-鉑熱電偶中，以鉑銠10絲為正極，純鉑絲為負極，分度號為S。它的測量范圍為-20～1300℃，在良好的使用環境下可短期測量1600℃；適于在氧化性或中性介質中使用，耐高溫，不宜氧化；有較好的化學穩定性；有較高的測量精度，可用于精密溫度測量和作基準熱電偶。鉑銠10-鉑熱電偶(S)熱電偶分度號資料1、熱電偶種類第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

這是一種貴重金屬高溫熱電偶，以鉑銠30為正極，鉑銠6為負極，其分度號為B。由于兩個熱電極都是鉑銠合金，因而提高了抗污染能力和機械強度，在高溫下其熱電特性較為穩定，宜在氧化性和中性氣氛中使用，在真空中可短期使用。長期使用的最高溫度可達1600℃，短期使用溫度可達1800℃。鉑銠30-鉑銠6熱電偶(B)第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日鎳鉻-鎳鋁或鎳鉻-鎳硅熱電偶(K)

這是一種能測量較高溫度的廉價金屬熱電偶，以鎳鉻合金為正極，鎳鋁(或鎳硅)合金為負極，其分度號為K，它具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性；其復現性較好；熱電勢大；熱電勢與溫度關系近似于線性關系；其成本較低，雖然測量精度不高，但能滿足工業測溫的要求，是工業上最常用的熱電偶；其長期使用的最高溫度為1000℃，短期使用溫度可達1200℃。第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

這是一種廉價金屬熱電偶，以銅為正極，康銅為負極，其分度號為T。因銅熱電極極易氧化，一般在氧化性氣氛中使用不宜超過300℃。這種熱電偶的熱電勢率較大，熱電特性良好，材料質地均勻，成本低，但復現性較差。在0～-100℃溫度范圍內可作二等標準熱電偶，準確度達±0.1℃。通常銅-康銅熱電偶用于－200～＋200℃范圍內的測溫。銅-康銅熱電偶（T）第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日2、

熱電偶的結構（1）普通熱電偶

組成：熱電極，絕緣套管，保護套管，接線盒，接線盒蓋

用途：用于測量氣體，蒸汽和液體等介質的溫度（2）鎧裝熱電偶

分類：根據測量端的型式，可分為碰底型，露頭型，帽型等

特點：動作響應快，測量端容量小，撓性好第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日（3）薄膜熱電偶分類：片狀，針狀等特點：熱容量小，動作響應快，適宜測量小面積和瞬時變化溫度（4）浸入式熱電偶作用：測量鋼水，銅水，以及熔融合金的溫度特點：可直接插入液態金屬中進行測量防噴式愷裝熱電偶防水式愷裝熱電偶第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日薄膜熱電偶第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日插入式熱電偶第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日四、熱電偶的冷端補償(1)冰浴法：在實驗室條件下常將熱電偶冷端置于冰點恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0℃時進行測溫，這種方法稱為冰浴法。熱電偶分度表第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日(2)冷端溫度修正：

熱電偶分度表是以冷端溫度為0℃為基礎而制成的，所以如欲直接利用分度表根據顯示儀表的讀數求得溫度必須使冷端溫度保持為0℃。如果冷端溫度不為0℃，則必須對儀表指示值進行修正，例如冷端溫度恒定在0℃時，則測得的熱電勢將小于該熱電偶的分度值，因此為了求得所測的真實溫度，可利用第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日例如：鉑銠-鉑熱電偶測量爐溫，工作時的冷端溫度為25度，用直流電壓表測得熱電偶產生的熱電勢為10.280mv，求熱電偶的熱端溫度t查表得熱端溫度為第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日(3)冷端補償導線：用補償導線代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長部分，使冷端移到離開被測介質較遠的地方，這樣可節省較多的貴金屬熱電偶材補償導線在測溫回路中的連接料。必須注意補償導線的熱電特性與所取代的熱電偶絲一樣。列出了各種熱電偶補償導線的材料，選用時務必不能搞錯。同時注意，對于具有補償導線的熱電偶，其冷端溫度應該是補償導線的末端溫度。第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶名稱補償導線正極負極材料顏色材料顏色鉑銠-鉑銅紅鎳銅白鎳鉻-鎳硅銅紅康銅白鎳鉻-康銅鎳鉻褐綠康銅白銅-康銅銅紅康銅白可以讓熱電偶的冷端保持恒定，遠離工作端，熱電勢才是被測溫度的單值函數第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日（4）冷端補償器：

第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日1.2熱電阻傳感器工作原理：將溫度變化轉化為電阻值變化。熱電阻鉑熱電阻

銅熱電阻熱敏電阻正溫度系數熱敏電阻（PTC）負溫度系數熱敏電阻（NTC）臨界溫度系數熱敏電阻（CTR）第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日不同的電阻對上式得簡化形式不同1、鉑熱電阻貴重金屬，物理化學性質穩定，用于標準的電阻溫度計一、熱電阻第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日標準化，純度以R100/R0表示表1-4常用Pt1002、銅熱電阻銅價格便宜，易于提純，復制性能好，靈敏度高，但電阻率低，適于-50~150度范圍內的測量。常用有Cu50和Cu100第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日

其它熱電阻

鉑、銅電阻不適宜作低溫和超低溫的測量。

銦電阻適宜在-269℃～-258℃溫度范圍內使用，測量精度高，復現性差。

錳電阻適宜在-271℃～-210℃溫度范圍內使用，靈敏度高，但是質脆易損壞。

碳電阻適宜在-273℃～-268.5℃溫度范圍內使用，熱容量小，靈敏度高，價格低廉，操作簡便，但是熱穩定性差。第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期日熱敏電阻的特點（1）負溫度系數熱敏電阻（NTC）

a：電阻溫度系數大，靈敏度高，約為熱電阻的十倍。

b：結構簡單，體積小，可測量點溫度。

c：電阻率高，熱慣性小，適宜動態測量。

d：易于維護和進行遠距離控制。