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热电式传感器

热电式传感器是一种能够将温度变化转换成电信号的装置。它

是利用某些材料或元器件的性能随温度变化的特性进行测温的。温度

是表征物体冷热程度的物理量。它反映物体内部各分子运动平均动能

的大小。温度可以利用物体的某些物理性质（电阻、电势、等）随着

温度变化的特征进行测量。测量方法按作用原理分接触式和非接触

式。接触式传感器接触温度场，二者进行热交换。（热电偶、热电阻

温度传感器）。测温范围在-250——1800度，适用于远距离多点测量。

一、热电偶传感器

热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。这是

因为热电偶具有性能稳点、测温范围大、信号可以远距离传输等特点，

并且结构简单、使用方便。热电偶能够将热能直接转换成电信号，并

且输出直流电压信号，使得显示、记录和传输都很容易。

热点偶传感器的原理：当有两种不同的导体和半导体A和B组成

一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度

为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考

端)或冷端，则回路中就有电流产生。这种由于温度不同而产生电动

势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有

电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量(取决于电

流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的

导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，

称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶

的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是

指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体

或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或

半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性

质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的

温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端

点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。

对△T的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符

号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。

热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测量装置。为了适

应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有普通型热电

偶、铠装型的热电偶和薄膜热电偶等等。在实际应用中，冷端温度往

往不为0度，所以必须对冷端温度进行处理，以消除冷端温度的影响。

二、温度传感器

温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切

相关。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器

的市场份额大大超过了其他的传感器。非接触式测温方法是应用物体

的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温

度有关,当选择合适的接收检测装置时,便可测得被测对象发出的

热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号,实现温度的测量。

在半导体技术的支持下,相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度

传感器和集成温度传感器。温度传感器有四种主要类型:热电偶、热

敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又

包括模拟输出和数字输出两种类型。

1、接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称

温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能

直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内,

温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容

量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度

计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差

电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人

们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶

金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研

究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度

计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温

热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度

高、复现性和稳定性好。

2、非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触,又称

非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量

小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温

度分布。非接触测温优点:测量上限不受感温元件耐温程度的限制,