第2章 温度检测(新)

第二章 温度检测 工业生产自动化流程中，温度测量点一般要占 全部测量点的一半左右,温度的精确检测及控制 必不可少。 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。

温度的基本概念宏观概念---是物体冷热程度的表示. 热平衡的两物体，其温度相等。 微观概念---是大量分子运动平均强度的表示。 分子运动愈激烈其温度表现越高。

温度量的特殊性1. 二温度不能相加或相减；2. 无标准量直接进行比较测量； 3. 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。

本章重点内容电阻式温度传感器； 热电偶传感器； 集成数字温度传感器。

本章要求

了解温度传感器的作用、地位和分类； 熟悉热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用 场合； 理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计 算，热电偶冷端补偿原因及补偿方法； 掌握电流型、电压型、数字型三种集成温度传感 器特点、工作原理和使用方法； 了解其他温度传感器工作原理。

2.1 温标及测量方法 2.1.1 温标

温标：为了保证温度量值的统一而建立的用来量度 物体温度高低的标准尺度。 国际上用得较多的温标有：1.经验温标(华氏温标、摄氏温标、列氏温标);

2.热力学温标；3.国际实用温标。

2.1.1 温标1.经验温标：借助于某一种物质的物理量与温度变 化的关系，用实验的方法或经验公式确定的温标。特点：(1)以物体热胀冷缩现象为基础。 (2)把在两温度点之间体积的总变化分为若等份， 每个等份定义为1度。 摄氏温标 华氏温标 列氏温标

2.1.1 温标1)摄氏温标：1742年，瑞典天文学家摄尔修斯提出。将一大气压下冰水混合物 的温度规定为100℃,水的沸点为0℃,两者间均分成100个刻度， 和现行的摄氏温标刚好相反。第二年他的学生克利斯把刻度颠倒 过来，即冰点为0度，沸点为100度，即现行的摄氏温标并一直被 沿用至今。

分度方法：标准大气压下纯水的冰点定为0度，沸点定为 100度，中间等分100份，每一份为1度，记为℃。 标准仪器：水银玻璃温度计。摄氏温标为世界上绝大多数尤其是亚洲国家采用的温度单位。

2.1.1 温标2)华氏温标：德国物理学家和仪器制造师华伦海于1714年提出。他在研究水 银时发现液体水银对温度十分敏感，凝固点低，且沸点特高。 他便发明了水银温度计，创立了第一个温度标准——华氏温标 ，人们用“℉“表示。

分度方法：标准大气压下纯水的冰点定为32度，沸点为 212度，中间等分180份，每一份

为1度，记为℉。

标准仪器：水银玻璃温度计。目前，华氏温标在欧美(英、美)使用非常普遍。

2.1.1 温标3)列氏温标：法国科学家列奥米尔于1731年提出的。水的冰点被订为列氏0度， 而沸点则为列氏80度。

分度方法：标准大气压下纯水的冰点为0度，沸点为80度， 中间等分80份，每一份为1度，记为 R 。标准仪器：水和酒精玻璃温度计。 5 5 三者换算关系： C ( F 32) R 9 4列氏温标仅在法国和德国的部分场合使用， 而在科学研究中多使用绝对温标。

2.1.1 温标2.热力学温标(开尔文温标，开氏温标，绝对温标)开氏温标是英国物理学家开尔文建立的。19世纪初，热力学研究的 发展，人们需要得到极低的温度，开尔文宣称：要得到低于摄氏零 下273度的温度是不可能的，并把这点称为绝对零度，从而建立了绝 对温标，又称热力学温标，人们用“K”表示。

它和摄氏温标的关系是： TK=TC+273 人的正常体温为37℃,换算成绝对温度就是310度。

2.1.1 温标3.国际实用温标(国际温标) 1968年国际实用温标规定：热力学温度是基本温度，用符号 T 表示。单位为开尔文(符号为K)。 1K定义为水三相点温 度的1/273.16。

t, K, T 之间的换算关系： t C K T 273.16

温度传感器的主要发展方向 超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和–250℃以下。 提高温度传感器的精度和可靠性。 研制家用电器、汽车及农畜业所需的价廉的温度传感器。 发展新型产品。 发展适应特殊测温要求的温度传感器。 发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。

2.2 电阻式温度传感器

定义：利用导体和半导体的电阻率随温度变化的性质 做成的温度计称为电阻式温度传感器。

实现：温度的变化→元件电阻的变化

检测对象：温度、与温度有关的参数。

2.2 电阻式温度传感器思考： 若温度升高，元件电阻会发生怎样的变化？

大多数金属在温度升高1 C 时电阻将增加0.4%~0.6%。 →正温度系数 大部分半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度 比金属导体高，温度每升高1 C ,电阻约减小2%~6%。 →负温度系数 分类：金属(铂、铜和镍)热电阻、半导体热电阻(热敏 电阻)。

2.2.1 金属热电阻传感器

1.热电阻的类型 目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂、铜和镍。 1)铂热电阻：一种贵金属。 测温范围：-200 ℃ ~850℃

电阻和温度的关系： 200 t 0℃:0 t 850℃:

Rt R0 1 At Bt 2 Ct 3 t 100 Rt R0 1 At Bt 2

2.2.1 金属热电阻传感器优点：

精度高，

稳定性好，性能可靠，耐氧化性好。 容易提纯，复现性好，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄 的铂箔。 有较高的电阻率。 在高温下易受还原性介质污染而变脆； 价格贵。

缺点：

型号：目前工业用铂热电阻有100 (Pt100)和10 (Pt10)两种。 应用场合：一般用于制造基准热电阻、标准热电阻.