热敏电阻的分类

第5章热电式传感器第五章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热敏电阻传感器第三节PN结温度传感器第四节热电式温度传感器应用第5章热电式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。温度传感器的种类及特点第5章热电式传感器1．常用热电阻范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。2．管缆热电阻测温范围为-20～＋500℃，最高上限为1000℃，精度为0.5级。（－）接触式温度传感器3．陶瓷热电阻测量范围为–200～+500℃，精度为0.3、0.15级。4．超低温热电阻两种碳电阻，可分别测量–268.8～253℃-272.9～272.99℃的温度。5．热敏电阻器适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。第5章热电式传感器l．辐射高温计用来测量1000℃以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。2．光谱高温计前苏联研制的YCI—I型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。（二）非接触式温度传感器3．超声波温度传感器特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000℉的产品。4．激光温度传感器适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1％。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚变研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。第5章热电式传感器第一节热电偶传感器一、热电效应二、热电偶基本定律三、热电偶的常用材料与结构四、常用测量电路五、热电偶冷端补偿方式六、热电偶的选择、安装使用和校验第5章热电式传感器定义：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，连接点处于不同的温度场中（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。一、热电效应回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即接触电势和温差电势。热端冷端第5章热电式传感器1、接触电势+eAB(T)TAB-BAABNNekTTeln)(eAB(T)——导体A、B结点在温度T时形成的接触电动势；e———单位电荷，e=1.6×10-19C；k———波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K；NA、NB——导体A、B在温度为T时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。第5章热电式传感器AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0——高低端的绝对温度；σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。2、温差电势dtTTeTTAA0),(0温差电势的大小与材料性质及两端温度有关。第5章热电式传感器由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0、NA＞NB，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：3、回路总电势BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdtTTBA0)(),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；σA、σB——导体A和B的汤姆逊系数。第5章热电式传感器导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。4、有关热电偶的几点结论：第5章热电式传感器二、热电偶基本定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。1.均质导体定律2.中间导体定律ABCT0T0T第5章热电式传感器),(),()()()(),(00000TTeTTeTeTeTeTTEBACABCABABC0,TTEAB将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，A、C接点与C、B的接点均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变.ET0T1T1TET0T0T第5章热电式传感器3.参考电极定律T0BCBACATT0TT0T),()()(),(),(0000TTETeTeTTETTEBCBCBCABAC即：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成的热电偶的热电势已知。第5章热电式传感器4.连接导体定律ABA`B`TTnT0TnBATTnB`A`TnT0+)()()()(),,(00TeTeTeTeTTTEABnBAnBAABnABAB),(),(0TTETTEnBAnAB由此可知，回路总热电势等于热电偶电势EAB(T,Tn)与连接导线热电势EA`B`(Tn,T0)的代数和，连接导定律是工业上应用补偿导线进行温度测量理论的基础。ABTTnTnA’B’T0T0热电偶补偿导线接线图E第5章热电式传感器5.中间温度定律BAT2T1T3BAABEAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）T2=0℃时EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）定律4中导体A与A`，B与B`材料相同时),(),(),,(00TTETTETTTEnABnABnAB),(0TTEAB第5章热电式传感器三、热电偶的常用材料与结构1．工业用热电偶结构下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。1－接线盒；2－保险套管3―绝缘套管4―热电偶丝1234热电偶的常用材料P81表5-1第5章热电式传感器(a)(b)(c)(d)1322．铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型化（直径从12mm到0.25mm）、寿命长、热惯性小，使用方便。测温范围在1100℃以下的有：镍铬—镍硅、镍铬—考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。1—金属套管;2—绝缘材料;3—热电极(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露头型;(d)—帽型第5章热电式传感器3．快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.01～0.lμm)41231—热电极;2—热接点;3—绝缘基板;4—引出线因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁—镍、铁—康铜和铜—康铜三种,尺寸为60×6×0.2mm;绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300℃以下；反应时间仅为几ms。第5章热电式传感器四、常用测量电路1.测量单点温度电路BAABiNNeTTkTTEUln),(002.测量温差的基本电路ABA’UiT2T1BAB’A’TABA’B’T0T0UiBAABABiNNeTTkTETEUln)()(2121第5章热电式传感器3213032021011111),(),(),(RRRURTTERTTERTTEiABABAB3.测量平均温度基本电路ABUiT1B’ABT2ABT3R1R2R3A’3/),(),(),(030201TTETTETTEUABABABi321RRRBANNeTTTTkln330321T0T0T0T0T0第5章热电式传感器1.冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABA’B’TCC’仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0五、热电偶冷端补偿方式第5章热电式传感器2.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21℃,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49℃，也不能把49℃加上21℃，认为T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)第5章热电式传感器3.补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即式中：T——为未知的被测温度；T′——为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH——室温；k——为补正系数，其它参数见下表。例用铂铑10－铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35℃，这时热电动势为11.348mV．查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T′=1150℃。再从下表中查出，对应于1150℃的补正系数k=0.53。于是，被测温度T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14％。T＝T′＋kTH第5章热电式传感器温度T´/℃补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—热电偶补正系数第5章热电式传感器例用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0℃而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。4.零点迁移法应用领域：如果冷端不是0℃，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。第5章热电式传感器5.冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因