第三章變送器ControlInstrumentandComputerControlEquipment3.1.概述3.2.壓力變送器3.3.溫度變送器探討若干共性問題第三章變送器ControlInstrumentan變送器是將各種工藝參數，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量轉換成統一的標準信號，以供監控（顯示、記錄）或控制之用

3.1概述儀表所在區域現場區域

一次儀表、執行機構所在地二次儀表、安全柵所在地控制室區域變送器是將各種工藝參數，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理位移力矩HzμAmVΩ……被測變量被測對象℃Pam3……傳感器變送器顯示、控制儀表(裝置)4～20mA0～10mA1～5VDC數字通信……微弱信號非線性參數檢測的基本過程傳感器、變送器可以是一體的（多數），也可以使分離的傳感器、變送器一體的檢測儀表通常統稱為**變送器參數檢測時，傳感器是必須的，變送器是不一定的什么時候不需要變送器你認為變送器應該具備哪些特征？穩定單值對應線性位移被測變量被測對象℃傳感器變送器顯示、控制儀表(裝置)4～變送器的理想輸入輸出特性

標準信號非線性、微弱信號被測變量傳感器輸出位移、力矩、Hz、μA、mV、Ω……變送器4～20mA、0～10mA1～5VDC、……傳感器被測變量

變換功能補償功能調校功能變送器的理想輸入輸出特性

標準信號非線性、微弱信號被測變量3.1.1變送器的構成原理（模擬+數字）—由4部分組成

模擬變送器3.1.1變送器的構成原理（模擬+數字）—由4部分組成

傳感器+以微處理器CPU為核心的組件（包括硬件、軟件）數字式變送器—由2大部分組成x傳感器A/D轉換CPU通信電路數字信號存儲器一般形式x傳感器A/D轉換CPUD/A轉換FSK信號存儲器通信電路FrequencyShiftKeyingHART儀表10100110···在4～20mA上疊加幅度0.5mA的正弦調制波作為數字信號

相位連續，均值為0，對模擬信號沒有影響數字式變送器軟件部分包括:自檢程序、A/D、量程轉換、工程量變換、濾波、誤差校正/非線性補償、D/A、通訊控制、遠程設定、報警……傳感器+以微處理器CPU為核心的組件（包括硬件、軟件）數字式3.1.2變送器的一些共性問題量程調整零點調整和零點遷移

線性化變送器信號傳輸方式3.1.2變送器的一些共性問題量程調整量程調整：使變送器的輸出上限值ymax與測量上限值xmax相對應

相當于改變變送器的輸入輸出特性的斜率xyxminxmaxyminymax模擬變送器上有一個量程調整電位器軟件實現

數字式變送器

Kf↑Ki↑量程

量程

↑↓量程調整

量程調整：使變送器的輸出上限值ymax與測量上限值xmax相xyyminymax零點調整和零點遷移

使變送器的輸出下限值ymin與測量下限值xmin相對應在xmin=0時，稱為零點調整

在xmin≠0時，稱為零點遷移xyxminxmaxyminymax

·模擬變送器：調Z0(有調零電位器) ·數字變送器：軟件xmin<0，負遷移正遷移，xmin>0(相當于大范圍零點調整)xmaxxmin問題1：什么時候需要進行零點調整？問題2：什么時候需要進行量程調整？問題3：零點調整和量程調整可以分別實施嗎？問題4：什么時候需要進行零點遷移？xyyminymax零點調整和零點遷移使變送器的輸出下限值線性化

原因：傳感器的輸出與被測參數之間往往存在著非線性關系模擬式變送器非線性補償方法:方法1：使反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性

方法2：使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性

思考：數字變送器如何實現補償？線性化原因：傳感器的輸出與被測參數之間往往存在著非線性關系變送器信號傳輸方式

模擬式變送器：4-20mA、1~5V、0~10mA等數字式變送器：雙向全數字量傳輸信號HART儀表：4-20mA疊加數字信號傳輸電纜幾線？兩線？四線？供電電源和輸出信號分別用二根導線傳輸

二根導線同時傳送變送器電源和輸出信號

變送器工作電流：

變送器最小工作電壓：最大負載電阻:最小有效功率:

0~10mA輸出的變送器可能采用兩線制嗎？變送器信號傳輸方式模擬式變送器：4-20mA、1~5V、0第三章變送器ControlInstrumentationandComputerControlEquipments3.1.概述3.2.壓力變送器3.3.溫度變送器兩類應用最廣泛的差壓（壓力）變送器原理和特點數字式差壓（壓力）變送器簡介差壓（壓力）變送器的選修安裝差壓變送器、壓力變送器的區別表壓、絕壓、真空度的概念第三章變送器ControlInstrumentati3.2.1電容式差壓變送器電容式差壓變送器采用差動電容作為檢測元件主要包括測量部件和轉換放大電路兩部分：差壓電容膜盒電容-電流轉換電路調零電路電流放大器反饋電路ΔpΔCIiIf＋＋Iz－Io測量部分轉換放大部分3.2.1電容式差壓變送器電容式差壓變送器采用差動電容作為檢ΔP=0Ci1=Ci2(15pF)ΔP＞0Ci1↓Ci2↑δ定極板動極板S0AεCi1S0定極板Ci2P+P-

ΔP=0Ci1

測量部分轉換放大部分ΔpIo4-20mA線性線性

測量轉換放大ΔpIo4-20mA線性線性

供參考供參考振蕩器解調器線性調整IC1基準電壓穩壓源IC3功放限流負反饋調零零遷RLIoE－If＋IdIz(│)VcVr差動電容框圖供參考振蕩器解調器線性調整IC1基準電壓穩壓源IC3功放限流負反饋電容式傳感器的發展：金屬電容硅微電容(單晶硅材料制成的電容傳感器)具有滯后小、穩定性高和重復性好的特點抗靜壓能力更強、溫度影響更小常規結構浮動(鏤空)硅微電容正壓側填充液負壓側填充液隔離膜片過壓保護膜片先進浮動電容式傳感器的發展：金屬電容硅微電容(單晶硅材料制成的電容小結：電容式壓力（差壓）變送器在工業現場應用非常廣泛輸出信號：標準4～20mADC、HART信號、數字信號等。除了動極板之外，電容式壓力變送器沒有其它可動部件，機械機構緊湊，穩定性抗震性好，測量精度高，可達0.1級以上。直插式壓力變送器單法蘭變送器雙法蘭遠傳變送器小結：直插式壓力變送器單法蘭變送器雙法蘭遠傳變送器3.2.2.擴散硅式（壓阻式）差壓變送器

傳感器基片材料主要為硅片和鍺片p2p1硅杯正壓側隔離膜片引出線負壓側隔離膜片硅油1.負壓室2.正壓室3.硅杯4.引線

5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri4

擴散硅和應變片的區別？3.2.2.擴散硅式（壓阻式）差壓變送器傳感器基片材料主

Ri1Ri2Ri3Ri4

Ri1Ri2Ri3Ri4

構成框圖：擴散硅壓阻傳感器前置放大器調零電路U/I轉換△PUsU01UZIO檢測部分電磁放大部分

電橋輸出電壓的差動放大U/I轉換構成框圖：擴散硅壓阻傳感器前置調零電路U/I轉換△PUsU傳感器供電電路為傳感器提供恒定的橋路工作電流

設：穩壓管VZ1提供的電壓為UZ1

傳感器供電電路為傳感器提供恒定的橋路工作電流

設：穩壓管V前置放大器把傳感器輸出的毫伏信號US放大成Uo1I分析過程：系數K可以通過W1進行調整

前置放大器把傳感器輸出的毫伏信號US放大成Uo1I分析過程結論：體積小，結構簡單，精度一般比應變片式變送器高靈敏系數是金屬應變片的幾十倍，能測量微小的壓力變化動態響應好，遲滯小，可用來測量幾千Hz乃至更高的脈動壓力也存在溫度效應，易受環境溫度的影響，但比應變片式儀表好結論：3.2.3數字式差壓(壓力)變送器

1151/3151系列壓力/差壓變送器

數字式(智能式)變送器種類較多，結構各異，但總體結構基本相似。ST3000系列壓力/差壓變送器

美國Rosemount美國Honeywell各種數字式變送器多采用HART協議或如FF等現場總線標準進行通信的EJA系列壓力/差壓變送器

日本橫河3.2.3數字式差壓(壓力)變送器1151/3151系列傳感器三組件：差壓、溫度和靜壓差壓傳感器：擴散硅壓阻傳感器，主傳感器，測量差壓溫度、靜壓傳感器——輔助傳感器，用于補償，以提高測量精度RAM——存儲變送器的各種參數EPROM——存儲著與RAM同樣的數據。當儀表掉電時，數據被保存，當儀表來電時，EPROM中的數據自動傳遞到RAM中，不須后備電池變送器設置——通過數字設定器設置，如：儀表的量程、編號、零點調整、量程調整、阻尼時間……——ST3000差壓變送器

差壓傳感器溫度傳感器靜壓傳感器多路轉換A/DCPUD/A數字IOROM、RAM、EPROMHart信號傳感器三組件：差壓、溫度和靜壓——ST3000差壓變送器差——1151智能式差壓變送器

傳感器AD7715CPUWDTAD421HT2012△PI0是在模擬電容式差送基礎上，結合HART技術開發的傳感器采用電容式差壓傳感器具有數字微調、數字阻尼、通信報警、工程單位轉換和有關變送器信息的存儲等功能，同時又可傳輸4~20mADC電流信號，特別適用于工業企業對模擬式1151差壓變送器的數字化改造。——1151智能式差壓變送器傳感器AD7715CPUWDT傳感器部分

1.傳感器采用電容式差壓傳感器（金屬電容

硅微電容）2.將輸入差壓轉換成0～2.5V左右的電壓信號。3.變送器的正常工作電流必須等于或小于3.5mA4.傳感器部分工作電流為0.8mA左右。供參考AD7715

1.AD7715是美國ADI公司生產的，帶有模擬前置放大器的、采用∑-Δ轉換技術的16位模數轉換器。它具有0.0015％的非線性、片內可編程增益放大器、差動輸入、三線串行接口等特點。2.特別適用于智能式變送器，不太適用多路信號頻繁切換的場合。3.在低速采樣應用中，AD7715的性能佳。但當更新速度大于60Hz時，采出碼將出現波動，效果變差。4.AD7715在小信號的采樣中得到很好的應用，在熱電偶、熱電阻測溫的應用方面也取得了令人滿意的效果。

傳感器部分1.傳感器采用電容式差壓傳感器（金屬電容硅微電CPU

AT89S8252微處理器，它與MCS-51兼容。2.8Kbytes的FlashROM、2Kbytes的EEPROM、256bytes的RAM、32個I/O口線、兩個DPTR、3個16位定時/計數器、1個全雙工串行口、可編程看門狗、在片振蕩器和時鐘電路等。3.CPU采用3V供電，工作頻率1.8432MHz。4.CPU采取間斷工作方式，1/5時間工作、4/5時間休眠，以降低CPU功耗供參考HART通信部分實現HART協議物理層的硬件電路

CPUAT89S8252微處理器，它與MCS-51兼容。AD421及電壓調整電路

供參考將CPU輸入的數字信號轉換為4～20mA直流電流作為整機的輸出將通信部分輸入的數字信號疊加在4～20mA直流電流上一起輸出與場效應管VT1等組成電壓調整電路三極管VT2起分流作用，以減少流過場效應管VT1的電流作用：

AD421及電壓調整電路供參考將CPU輸入的數字信號轉換為WDT監控電路MAX6304ESA復位電路CPU正常工作時WDO輸出為高電平，對CPU的工作沒有影響CPU受外界干擾不能正常工作時WDO輸出將變為低電平，使CPU產生不可屏蔽的中斷，將正在處理的數據進行保護；同時經過一段等待時間之后，輸出RESET信號對CPU進行復位，使CPU重新進入正常工作

電源故障端PFI經過分壓電阻R1、R2接供電源UCC，當電源發生較大波動時，監控電路將產生復位信號，從而有效地防止了電源干擾對CPU的影響。

供參考WDT監控電路MAX6304ESA復位電路CPU正

1151數字式差壓變送器的軟件

測控程序包括A/D采樣程序、非線性補償程序、量程轉換程序、線性或開方輸出程序、阻尼程序以及D/A輸出程序等通信程序采用串行口中斷接收/發送

分為兩部分：測控程序和通信程序

供參考1151數字式差壓變送器的軟件測控程序包括A/D采常用差壓（壓力）變送器的簡單比較：變送器類型傳感器使用場合產品類別精度、穩定性價格彈簧管壓力表彈性式就地指示--低、穩定低廉應變片式壓變電氣式常規在線低端較低、一般便宜擴散硅式壓變電氣式常規在線中低端較前者好較前者高電容式壓變彈性式常規在線中端優于0.2%，好較前者高壓阻式智能壓變電氣式智能在線高端高0.1%，好較高電容式智能壓變彈性式智能在線高端高0.1%，好較高上述儀表均為系列產品，隨著智能儀表的發展，儀表性能不斷提高（部分量程的精度優于0.1%），價格不斷下降，已逐漸接近常規模擬變送器。常用差壓（壓力）變送器的簡單比較：變送器類型傳感器使用場合產3.2.4差壓（壓力）檢測儀表的選型選用＋安裝其它種類的儀表也基本適應3.2.4差壓（壓力）檢測儀表的選型選用＋安裝其它種類的儀——檢測儀表的選用量程精度類型材料及處理腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫條件真空環境環境條件防爆高溫低溫防塵防潮輸出信號類型——檢測儀表的選用量程精度類型材料及處理腐蝕性介質測量酸堿——檢測儀表的選用量程可按規定精度對被測量進行測量的范圍太大太小都不合適儀表的量程等級：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們10n倍。在選用儀表量程時，盡可能采用相應規程或者標準中的數值。工作狀態最小工作壓力最大工作壓力穩定壓力一般不低于上限值Pmax的1/3＜Pmax的3/4脈動壓力＜Pmax的2/3高壓＜Pmax的3/5是經驗要求，不是絕對的！被測參數一般要求工作在儀表量程1/3~2/3為宜。精度只要能滿足生產要求，不必追求過高的精度——檢測儀表的選用量程可按規定精度對被測量進行測量的范圍儀——檢測儀表的選用類型材料及處理腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫條件真空環境環境條件防爆高溫低溫防塵防潮輸出信號類型——檢測儀表的選用類型材料及處理腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫條件真空環境材料及處理檢測儀表(包括壓力儀表)的敏感元件往往要與被測介質直接接觸，因此在選擇儀表材料的時候要綜合考慮儀表的工作條件。接液件材料隔離膜片排氣/排液閥法蘭和接頭“O”形圈非接液件材料灌充液體螺栓和螺母電氣殼體“O”形圈316L不銹鋼、哈氏合金C等316不銹鋼等316不銹鋼等氟橡膠等硅油、氟油等不銹鋼等低銅鋁合金等丁腈橡膠等腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫介質名稱濃度%溫度℃316哈氏C蒙乃爾鉭介質名稱濃度%溫度℃316哈氏C蒙乃爾鉭硫酸5室溫☆☆☆☆氫氟酸5室溫××☆×沸點×○○☆48沸點××○×10室溫×☆☆☆醋酸100室溫☆☆☆☆沸點××○☆沸點☆☆☆☆60室溫×☆☆☆甲酸50室溫×☆○☆沸點×○○☆沸點×☆○☆80室溫×☆☆☆草酸10室溫○○○☆沸點××☆○沸點×○○○95室溫☆☆×☆檸檬酸50室溫☆☆○☆沸點××××沸點☆☆○☆鹽酸5室溫×○×☆苛性鈉20室溫☆☆☆×沸點×××☆沸點☆☆○×10室溫×○×☆40室溫☆☆☆×沸點×××☆沸點☆☆○×20室溫×○×○氯化鐵30室溫×○×☆沸點×××○沸點×××☆35室溫×○×○氯化鈉10室溫☆☆☆☆沸點×××○沸點○☆☆☆硝酸10室溫☆○×☆20室溫○☆

☆沸點☆○×☆25室溫○☆☆☆30室溫☆○×☆沸點○☆☆☆沸點○××☆飽和沸點○○

☆68室溫☆○

☆氯化銨25室溫○☆○☆沸點○×

☆沸點○☆○☆發煙室溫

☆氯化鎂42室溫○☆○☆沸點

☆沸點○☆○☆304不銹鋼：很常見的不銹鋼，廣泛用于生活中，如不銹鋼餐具、不銹鋼欄桿等。304中最重要的元素是Ni、Cr，行業標準是Ni≥8%，Cr≥18%，因此304也稱為18/8不銹鋼316不銹鋼：添加了Mo元素，其耐蝕性、耐高溫強度更好，可在較苛酷條件下使用；鉬很容易和高價硫離子反應生成硫化物，沒有任何一種不銹鋼是超級無敵耐腐蝕的。**不銹鋼就是一塊雜質較多的鋼，不過這些雜質可都比鋼更耐腐蝕**哈氏合金(Hastelloyalloy)就是美國哈氏合金國際公司所生產的鎳基耐蝕合金的商業牌號的統稱，哈氏合金C系列在氧化和還原狀態中，對大多數腐蝕介質都具有優異的耐腐蝕性能。蒙乃爾合金又稱鎳合金，是一種以金屬鎳為基體添加銅、鐵、錳等其它元素而成的合金。蒙乃爾合金耐腐蝕性好，強度高，同時具有良好的機械性能。鉭（tan）化學符號是Ta，原子序數是73，為高熔點金屬(熔點2996℃)，具有極高的抗腐蝕性，鉭在常溫下，對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用鉭在酸性電解液中可形成穩定的陽極氧化膜，因此，鉭電容器最著名、用量也最大，鉭電容具有容量大、體積小和可靠性好等優點，介質名稱濃度%溫度℃316哈氏C蒙乃爾鉭介質名稱濃度%溫注：☆——耐蝕性好的材料；○——尚耐蝕的材料；×——不耐蝕的材料。

介質名稱濃度%溫度℃316哈氏C蒙乃爾鉭介質名稱濃度%溫度℃316哈氏C蒙乃爾鉭磷酸30室溫☆☆×☆苛性鉀50室溫○○☆☆沸點○☆×☆硫酸銨20室溫☆☆☆☆60室溫☆☆×☆飽和沸點☆○○☆沸點○☆×☆硫酸鈉50室溫☆☆☆☆70室溫☆☆×☆沸點☆☆○☆沸點×○×☆硝酸銨10室溫☆☆×☆80室溫☆☆×☆沸點☆☆×☆沸點×××☆硝酸鉀全部室溫○○○☆硫酸+硝酸室溫

☆氯氣干室溫☆☆○☆鉻水20室溫

☆

☆濕室溫×○

☆沸點

☆

☆氯水飽和室溫×○○☆王水

室溫×☆

☆二氧化硫濕沸點☆

☆沸點××

☆

室溫☆

☆氨水<10050☆☆

硫化氯濕室溫☆

☆☆100○☆

注：☆——耐蝕性好的材料；○——尚耐蝕的材料；×——不耐蝕的膜片材料：除傳統使用的哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭外，還增加了鈦和鋯，豐富了隔離膜片的材質。材質名稱適用示例哈氏合金C各種有機酸，無機酸，堿類蒙乃爾堿類，氫氟酸鉭鹽酸，硫酸，硝酸，王水金和陶瓷鍍層脫硫設備，制氫及供氫裝置鋯鹽酸，氫氧化鈉，漂白劑鈦氯化物，硫化物膜片材料：除傳統使用的哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭外，還增加了鈦腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫條件真空環境材料及處理氨用壓力表則要求儀表的材料不允許采用銅或銅合金，因為氨氣對銅的腐蝕性極強；被測介質中的氫原子透過隔離膜片，進入充灌液并形成氣體，導致不能正確傳遞壓力的現象稱為“變送器的透氫”氫原子從設備表面滲入鋼內部與不穩定的碳化物發生反應生成甲烷，使鋼脫碳，機械強度受到永久性的破壞叫“氫腐蝕”必要的時候需要對隔離膜片作耐透氫處理處理方法：如經金、陶瓷鍍膜處理的雙鍍層隔離膜片，可完全抑制透氫，更適用于煉油脫硫設備和制氫裝置。腐蝕性介質測量酸堿腐蝕特殊介質腐蝕透氫氫腐蝕特殊參數測量高溫材料及處理腐蝕性介質測量特殊參數測量高溫條件真空環境表面處理選擇恰當的遠傳裝置、灌充液測量O2、Cl2等高活性介質時，表面應做禁油、脫脂處理，灌充液宜選惰性填充液，如氟油測量高溫介質，應選用適當的填充液，如高溫硅油；如溫度特別高，應通過延長引壓管等手段降低測量介質的溫度。在高真空場合（如<50kPa絕壓），通常需要對零件高真空脫氣等處理灌充液溫度范圍（℃）普通硅油-40~149高溫硅油15~315惰性填充液氟油-45~205材料及處理腐蝕性介質測量特殊參數測量高溫條件真空環境表面處理環境條件防爆高溫低溫防塵防潮選用恰當的儀表防護等級，如IP67應選擇防爆型壓力儀表，隔爆型、本安型溫度系數小小的敏感元件以及其他變換元件ExdⅡCT6ExiaⅡCT6普通型/隔爆型的使用本安型(必需與安全柵連用)環境條件防爆高溫低溫防塵防潮選用恰當的儀表防護等級，如IP6類型材料及處理環境條件輸出信號類型就地顯示儀表在線測量儀表模擬信號輸出數字信號輸出一般壓力測量快速變化壓力只需現場觀察壓力變化的，可選就地指示型的儀表；如需將信號傳到其他儀表顯示控制的，則可選用有電信號輸出的儀表；如果要檢測快速變化的壓力信號，則可選用電氣式，如壓阻式差壓變送器；如果控制系統要求能進行數字量通信，則可選用智能式壓力檢測儀表。

上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測儀表的選型類型材料及處理環境條件輸出信號類型就地顯示儀表在線測量儀表模第三章變送器ControlInstrumentandComputerControlEquipment3.1.概述3.2.壓力變送器3.3.溫度變送器主要針對熱電阻、熱電偶溫度測量有哪幾種類型的儀表？熱電偶溫度變送器的基本要求是什么？熱電阻溫度變送器的基本要求是什么？冷端溫度補償和線性化克服引線電阻和線性化第三章變送器ControlInstrumentan知識回顧——三個溫標☆攝氏溫標：1740年瑞典天文學家Anders

Celsius提出的，在標準大氣壓下，把純水冰點規定為0度，沸點規定為100度。將汞柱在這兩點間等分100格，每等分格為攝氏1度，標記為℃。☆華氏溫標：1714年德國物理學家華倫海特DanielFahrenheit(主要定居荷蘭）提出的，在標準大氣壓下，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，冰的熔點定為32度，水的沸點定為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為℉。☆開氏溫標：又稱熱力學溫標，是由開爾文(Ketvin)在1848年提出的，單位記為K，其規定分子運動停止時的溫度為絕對零度，因此又稱絕對溫標。規定水的三相點為273.16K；由于水的三相點在攝氏溫標上為0.01℃，故0℃=273.15K。熱力學溫標是七個國際單位制基本單位之一。七個國際基本單位是：米、千克、秒、摩爾、安培、開爾文、坎德拉知識回顧——三個溫標☆攝氏溫標：1740年瑞典天文學家And知識回顧——幾種工業常用的測溫儀表——膨脹式溫度計（雙金屬溫度計）膨脹式溫度計是基于物體受熱時體積膨脹的性質而制成的，它們一般不具有信號遠傳功能，常用作現場溫度指示。雙金屬溫度計是利用兩種膨脹系數不同的金屬元件來測量溫度的。結構簡單、牢固，可部分取代水銀溫度計，多用于就地測量。測溫范圍大致為-80℃—600℃，精度等級通常為1.5級。知識回顧——幾種工業常用的測溫儀表——膨脹式溫度計（雙金屬溫

接觸電勢溫差電勢TT0AB熱端冷端

知識回顧——幾種工業常用的測溫儀表——熱電偶

接觸電勢TT0AB熱端冷端

知識回顧——幾種工業常用的測溫熱電阻熱效應：導體或半導體的阻值隨溫度的升高而增加或減少。半導體熱敏電阻

金屬熱電阻溫度系數大（后者10倍以上）溫度系數較小非線性更大，一致性很差非線性較小，一致性較好有正溫度系數熱敏電阻PTC有負溫度系數熱敏電阻NTC臨界溫度系數熱敏電阻CTR(到某溫度后電阻值隨溫度急劇變化，報警用)測溫范圍不高，一般＜150℃Pt(＜850℃)、Cu(＜150℃)、Ni等前兩種的穩定性、重復性較好，其他材料均有各種問題，不易加工Pt10、Pt20、Pt50、Pt100、Pt500、Pt1000……知識回顧——幾種工業常用的測溫儀表——熱電阻熱電阻熱效應：導體或半導體的阻值隨溫度的升高而增加或減少。半普通型鎧裝型表面型——熱電阻、熱電偶的結構形式無固定裝置（焊接式安裝）固定螺紋式安裝活動法蘭式安裝普通型鎧裝型表面型——熱電阻、熱電偶的結構形式無固定裝置（焊測溫熱電阻傳感器的分類

一、金屬熱電阻的正溫度系數溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫度系數，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。

測溫熱電阻可分為金屬和半導體兩大類。測溫熱電阻傳感器的分類一、金屬熱電阻的正溫度系數金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發現其冷態阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態電阻值應為484Ω。請說明鎢絲的溫度系數的正負。金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示取一只100W/220V超導現象

1911年，荷蘭物理學家昂內斯（KamerlinghOnnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時，發現汞的電阻降為零。昂內斯將這種現象稱為物質的超導性。后來昂內斯和其他科學家陸續發現了其他一些金屬也是超導體。昂內斯因為這項重大發現而獲得1913年的諾貝爾物理學獎。超導磁懸浮超導現象1911年，荷蘭物理學家昂內斯（Kamerling易提純、復現性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、一致性好、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。（）易提純、復現性好的金屬材料才可用于制作熱電阻制作熱電阻的材料金屬熱電阻材料的主要技術性能

金屬熱電阻材料的主要技術性能熱電阻的阻值Rt與溫度t的關系表達式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)式中Rt——熱電阻在t時的電阻值；R0——熱電阻在0℃時的電阻值；A、B、C、D——溫度系數熱電阻的阻值Rt與t之間并不完全呈線性關系。在規定的測溫范圍內，根據國際電工委員會（IEC）頒布的分度表數值，列出每隔1℃的Rt電阻值，這種表格稱為熱電阻分度表在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時也可以利用溫度系數α來近似計算熱電阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）。熱電阻的阻值Rt與溫度t的關系表達式Rt=R0(1+At裝配式鉑熱電阻

0℃時的電阻為100Ω接線盒裝配式鉑熱電阻0℃時的電阻為100Ω接線盒小型鉑熱電阻

小型鉑熱電阻防爆式鉑熱電阻

堅實的外殼起“隔爆”作用，工作電流控制在安全范圍。防爆式鉑熱電阻堅實的外殼起“隔爆”作用，鎧裝式鉑熱電阻

1－接線盒2－引出線密封管3－法蘭盤4－柔性外套管（可達百米）5－測溫端部鎧裝式鉑熱電阻1－接線盒2－引出線密封管3－2023/9/1363端面式熱電阻及其在測溫端面的安裝能更快速地反映被測端面的實際溫度。2023/8/263端面式熱電阻及其在測溫端面的安裝能更快速汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻可設定溫度的溫度控制箱

旋轉式機械設定開關

撥碼式設定開關不易被改動，適合車間使用可設定溫度的溫度控制箱旋轉式機械設定開關撥碼金屬熱電阻的測量轉換電路方案一：二線制電橋測量電路R1為鉑熱電阻，R2、R3、R4為錳銅精密電阻(固定電阻)。電橋的調零在0℃的情況下進行。熱電阻Rt被安裝在測溫點上,然后用連接導線連接到電橋的接線端子上。引線電阻r1a、r1b及其隨長度和溫度的變化將引起測量誤差。金屬熱電阻的測量轉換電路方案一：二線制電橋測量電路R1為鉑熱方案二：四線制恒流測量電路恒流源Ii的恒定激勵電流流過Rt，在Rt上產生降壓Uo=IiRt。輸出電壓Uo的變化量ΔUo與被測溫度變化引起的電阻變化量ΔR成正比。由于輸出電壓是直接從Rt兩端引出的，所以激勵電流Ii在r1a、r1b上的壓降就不被包括到Uo中，因此可以克服引線電阻的影響。本底電壓Uo0所占比例較大，而反映溫度變化的ΔUo相對較小，降低了系統的分辨力。方案二：四線制恒流測量電路恒流源Ii的恒定激勵電流流過Rt方案三：三線制電橋測量電路1－連接電纜2－屏蔽層3－恒流源4－法蘭盤安裝孔RP1－調零電位器RP2－調滿度電位器方案三：三線制電橋測量電路1－連接電纜2－屏蔽層3－三線制電橋特點采用三線制單臂電橋可以消除和減小引線電阻的影響。熱電阻Rt用三根導線①、②、③引至測溫電橋。

其中兩根引線的內阻（r1、r4）分別串入測量電橋相鄰兩臂的R1、R4上，(R1+r1)/R2=(R4+r4)/R3。引線的長度變化不影響電橋的平衡，所以可以避免因連接導線電阻受環境影響而引起的測量誤差。三線制電橋特點采用三線制單臂電橋可以消除和減小引線電阻的影響放大器4個主要電阻阻值的確定若希望t＝100℃時，放大器的輸出電壓Uo2＝1.00V,則K=10.82倍。Rf的取值不能太小，一般應大于10kΩ。若考慮到非理想運放的輸入失調電流和失調電壓以及輸入偏置電流均不為零，所以Rf不應超過1MΩ。為了增大橋路的負載電阻,可以取R11=R12為整數值100kΩ,則R13=Rf的理論值約為1082k

,取標稱值1MΩ。若選用Pt100標準熱電阻，當t＝100℃時，查Pt100分度表，得到R100℃=134.71Ω。設橋路激勵源電壓Uac=1.25V，選取R3、R4為100Ω精密錳銅線繞電阻，流過熱電阻的電流不能超過10mA。若忽略r1、r2、RP1、RP2、R7的影響，由分壓比公式可得橋路的輸出電壓為放大器4個主要電阻阻值的確定若希望t＝100℃時，放大器的輸二、熱敏電阻傳感器（簡稱熱敏電阻）

熱敏電阻分類：負溫度系數（NTC，NegativeTemperatureCoefficient）、正溫度系數（PTC，PositiveTemperatureCoefficient）之分。

NTC又可分為兩大類：

第一類的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數關系，因此可用于測量溫度：

第二類為突變型（CTR）。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降，可用于控制溫度或抑制浪涌電流。二、熱敏電阻傳感器（簡稱熱敏電阻）熱敏電阻分NTC熱敏電阻的

材料與特性以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成。在低溫時,這些氧化物材料的載流子(電子和空穴)數目少,所以其電阻值較高。隨著溫度的升高,載流子數目增加,所以電阻值降低。電阻率和溫度系數隨材料成分比例、燒結溫度和結構狀態不同而變化。

現在還出現了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系列NTC熱敏電阻材料。NTC熱敏電阻的

材料與特性以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主熱敏電阻的外形、結構及符號

a）圓片形b）柱形c）珠形d）鎧裝型e）厚膜型f）貼片式g）圖形符號1－熱敏電阻2－玻璃外殼3－引出線4－純銅外殼5－傳熱安裝孔熱敏電阻的外形、結構及符號a）圓片形b）柱形c）珠形PTC熱敏電阻在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料,壓制成圓片等形狀,燒結而成PTC熱敏電阻，屬于臨界溫度型(CTR)。當溫度上升到某臨界點時,其電阻值突然上升,可用于電路的限流、過載保護。大功率PTC還可用作暖風機中的加熱元件。恒溫加熱用PTC熱敏電阻PTC熱敏電阻在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料,壓制成圓片等熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻熱敏電阻外形MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大電流PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大電流PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續）

貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續）貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續）

MF58型（珠形）高準確度負溫度系數熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續）MF58型（珠形）高準確度各種非標熱敏電阻各種非標熱敏電阻非標熱敏電阻（續）

非標熱敏電阻（續）非標熱敏電阻（續）

非標熱敏電阻（續）熱敏電阻式溫度面板表

熱敏電阻

LCD顯示器熱敏電阻式溫度面板表熱敏電阻LCD顯示器熱敏電阻電子體溫表

熱敏電阻電子體溫表熱敏電阻用于CPU的溫度測量

.熱敏電阻用于CPU的溫度測量.熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制熱敏電阻用于繼電器控制

在電動機的定子繞組中嵌入負溫度突變型熱敏電阻，并與繼電器串聯。當電動機過載時定子電流增大，引起發熱。當溫度大于突變點時，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變為幾十毫安，因此繼電器動作，觸發電動機保護電路，從而實現過熱保護。由以上分析可知，必須使用負溫度系數的突變型熱敏電阻與繼電器串聯。溫度突變點應略高于電動機最高工作殼溫。KA為續流二極管。熱敏電阻用于繼電器控制在電動機的定子繞組中嵌入負溫度突變型熱敏電阻用于自恢復熔斷器高分子聚合物正溫度熱敏電阻是由聚合物與導電晶粒等所構成。導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過（或元件處于正常環境溫度）時，自復熔斷器呈低阻狀態。當電路中有異常過電流,或環境溫度超過額定值時,熱量使聚合物迅速膨脹,切斷導電粒子所構成的導電通路,自恢復熔斷器呈高阻狀態；當電路中過電流(或超溫狀態)消失后,聚合物冷卻,體積恢復正常,PTC中的導電粒子又重新構成導電通路。熱敏電阻用于自恢復熔斷器高分子聚合物正溫度熱敏電阻是由聚合物冷端補償電路線性化補償電路3.3.1.模擬式熱電偶溫度變送器UzR100RCU2R105abcd基準電壓RCU1R103

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冷端補償電路線性化補償電路3.3.1.模擬式熱電偶溫度UzR100RCU2R105abcd基準電壓RCU1R103

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UzR100RCU2R105abcd基準電壓RCU1R103另一種更常用的熱電偶冷端溫度補償電路：電橋補償設計一個電橋，兩個橋臂電流相等（I）

可實現冷端溫度良好補償

另一種更常用的熱電偶冷端溫度補償電路：電橋補償設計一個電橋，

線性化補償電路

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線性化補償電路

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線性化補償電路

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現象分析當Uc>Us1＋UVZ(穩壓管導通電壓)，穩壓管導通，相當于R119與R120并聯(穩壓管的動態電阻很小，可忽略)……否則，穩壓管截止開路，該支路對電路特性無影響各支路導通與否取決于Usi和運放輸出電壓分析3種情況： 全部不導通 與R120并聯的支路逐個導通

R116支路導通線性化補償電路

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現第一種情況：全部支路不導通

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第一種情況：全部支路不導通

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第一種情況：全部支路不通

第二種情況R119支路導通＞

第三種情況R116支路導通

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熱電偶和被測溫度之間存在著一定非線性關系，線性化電路處于反饋回路中，是用折線來近似熱電偶的非線性特性。

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第一種情況：

第二種情況US1R119＋－＋UaR121R122R120ROR115UfU02UCRaUS1

R119＋－＋UaR121R122R120ROR115UfU0