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第六章 热电式传感器 6.1 热电偶 6.2 热电阻 6.3 集成温度传感器 6.4 热电式传感器的应用 热电式传感器是一种将温度变化转换为电参量变化的装置。例如将温度变化转化为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由这些电参数的变化来表达所测温度的变化。 在各种热电式传感器中，以把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势大小的热电式传感器叫做热电偶，将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛的应用。另外利用半导体PN结与温度的关系所制成的结型温度传感器在窄温场中也得到了十分广泛的应用。 两种导体接触时,自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散, 在接触处失去电子的一侧带正电, 得到电子的一侧带负电, 形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电势EAB(T)和EAB（T0）可表示为 中间温度定律的实用价值为： （1）当热电偶自由端（冷端）温度不为0℃时，可利用该定律及分度表求得工作端温度T； （2）热电偶长度不够时，可据此定律选用适当的补偿导线。 3.均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中, 不论导体的截面和长度如何以及各处的温度分布如何, 都不能产生热电势。这条定理说明, 热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。 4．标准电极定律 热电偶由A，B两种导体制成，若将A，B两种导体分别与第三种导体C制成如图6-4所示的热电偶，且三个热电偶的热端和冷端温度相同（T，T0），则A和B热电偶的热电势EAB（T，T0）等于A和C热电偶热电势EAC（T，T0）与B和C热电偶热电势EBC（T，T0）之差，称标准电极定律。公式为:　 EAB（T，T0）= EAC（T，T0）－ EBC（T，T0） . 3.薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料, 用真空蒸镀、 化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶, 如图 6 - 7 所示。 薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.01~0.1μm）, 具有热容量小, 反应速度快等的特点, 热相应时间达到微秒级, 适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。 6.2 热电阻 物质的电阻随温度变化的物理现象称为热电阻效应。根据热电阻效应制成的传感器叫热电阻传感器，简称热电阻。热电阻按电阻——温度特性的不同可分为金属热电阻（称热电阻）和半导体热电阻（称热敏电阻）两大类。一般情况下，金属热电阻的电阻温度系数为正，而热敏电阻的电阻温度系数为负。 6.2.1 金属热电阻 金属热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的，因此作为测量用的金属热电阻材料必须具备以下特点： （1）电阻温度系数要尽可能大； （2）电阻率高； （3）电阻与温度之间最好成线性，并且在较宽的测量范围内具有稳定的物理和化学性质。 目前应用得较多的金属热电阻材料有铂和铜等。 金属热电阻由电阻体，保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形式。金属热电阻可以测量-200℃~500℃的温度。 1．常用的几种金属热电阻 （1）铂电阻 由于铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，铂电阻温度计在-256.34℃～630.74℃温域内，可作基准温度器用。铂电阻与温度的关系，在0～630.74℃以内为 式中 Rt——温度为t℃时的电阻； R0——温度为0℃时的电阻； A，B，C——分度系数：A=3.940×10-2/℃，B= -5.84×10-7/℃2，C= -4.22×10-12/℃4 工业用铂电阻体的结构图见图6-12，一般由直径0.03～0.07mm的纯铂丝绕在平板形支架上，用银导线作引出线。 （2）铜电阻 在测量精度不太高，测温范围不大的情况下，可以采用铜电阻来代替铂电阻，这样可以降低成本，同时也能达到精度要求。在-50℃～150℃的温度范围内，铜电阻与温度呈线性关系，可用下式表示： Rt=R0（1+αt） 式中 Rt——温度为t℃时的电阻值； R0——温度为0℃时的电阻值； α——铜电阻温度系数， α =4.25×10-3～4.2810-3/℃。