第十章：温度的测试.ppt

第六章 温度测量 温度测量的分类 测温传感器分类 §6-1 热电阻温度计 工作原理： 利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，通过显示仪表示值进行测定温度的。 一、金属丝热电阻 金属导体的电阻随温度上升而增加，具有正的电阻温度系数。 常用热电阻材料特性 二、热敏电阻 半导体热敏电阻比金属热电阻具有更高的电阻温度系数，所以有较高的灵敏度和动态特性。 包括：正温度系数、负温度系数和临界温度系数三类。 热敏电阻结构及电阻温度关系 半导体点温计测量电路 三、热电阻温度计的测量电路 §6-2 热电偶温度计 主要优点： 测温范围广，可用于-180?28000C的温度测量。 结构简单，可应用的材料广泛，制造容易。 可制成各种形状，适应不同对象，体积小，热惯性小，可测点温。 便于远距离测量，自动记录及多点测量。直接输出电动势，可在无外加电源的条件下测量。 一、热电偶工作原理 两种不同材料的导体A、B串接成一闭合回路，如果两接合点温度不同，在回路中就有电流产生，这种因温度不同产生电动势的现象就是热电效应，这两种不同导体的组合就称为热电偶。 热电势： EAB(T，T0)=?AB(T - T0) T、T0 — 分别为接合端的温度 ?AB — 热电势系数（塞贝克系数）?V/0C，与材料有关 热电势=两导体的接触电势+同一导体的温差电势 接触电势（Peltier电势） 由于不同导体中的自由电子密度（单位体积内自由电子数）不同，故当二种不同的金属导体A和B相互接触时，接触面上发生电子扩散，其扩散率与两导体的自由电子密度差值和接合面温度成正比。 温差电势（Thomson电势） 热端的自由电子能量、扩散的速率冷端的自由电子能量、扩散的速率。 热电偶闭合回路的总电势 对于金属A、B组成的热电偶回路，当温度TT0，NANB时，回路的总电势EAB(TT0)如下： 讨论： 若热电偶两种材料相同，即NA=NB，?A=?B，则EAB(TT0)=0； 若热电偶两接合点温度相同，即T=T0，则EAB(TT0)=0； 二、热电偶基本定律 中间导体定律 若在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两端温度相同，则此第三种导体的引入不会影响热电偶回路的热电势。 中间温度定律 三、冷端补偿 冰点法 查表法 电桥法 补偿导线法 * * 接触式测温 — 利用热平衡原理，测温敏感元件接触被测物体，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度。 特点：测温方法简单、可靠，测温精度高，但因与被测体表面接触并吸收其一部分温度，故会破坏被测物体表面温度场，且响应速度较慢。 利用热辐射原理，敏感元件不必与被测物体接触。 特点：不会破坏被测体表面温度场，且响应速度较快，但测温误差较大。 非接触式测温 — 膨胀式温度计 非接触式测温传感器 全辐射高温计 光学高温计 比色高温计 液体温度计 固体温度计 压力温度计 热电阻温度计 热电偶温度计 接触式测温传感器 优点： (1)测温精度高； (2)有较大的测量范围，尤其在低温方面； (3)便于自动测量和信号远传。 缺点： 不能测太高的温度，金属热电阻(比如铂电阻温度传感器)体积大，热惯性大，不能测点温，半导体热敏电阻复现性和高温稳定性较差。 Rt、R0 — 分别为t、t0时的电阻 ? — 电阻温度系数，与材料有关 电阻与温度关系： BT，BT0 — 温度为T和T0时的电阻值； B — 与材料和制造工艺有关的常数。 电阻温度系数： NA、NB — 分别为导体A、B的电子密度，是温度的函数； K — 波尔兹曼常数，1.38?10-23(J/0C) e — 电子电荷，1.6?10-19(C) 接触电势： 温差电势： ? ? 汤姆逊系数，代表温升10C产生的电势，它与材料、温差有关。 T、T0 — 导体两端的温度 在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时热电势的代数和。即， *