温度测量技术 PPT课件

本章主要内容： 11.1 概述 11.2 电阻温度计 11.3 热电偶
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11.1 概述
温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量， 温度是建立在热平衡基础上的。
◆ 人类一直在探索如何测量温度。
人体是一种测温仪: ● 精度底 ● 量程小
11.1 概述
最早使用仪器来测量温度的是伽里略 1592年底，伽里略发明了第一个用来测量温度 的仪器。
★半导体热敏电阻缺点：
1) 电阻温度特性分散性大； 2) 稳定性差； 3) 非线性较严重。
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11.2 电阻温度计
三、电阻测定
1.测量方法
可采用电桥测定热电阻的电阻值
2.常用电桥测热阻存在的问题(二线接桥法)
▲注意：将热电阻接 到电桥的导线会产生 附加电阻r1、r2，这 是产生测量误差的一 个重要原因。
其中： R、R0分别表示温度为t和t0时的电阻值; α为材料的电阻温度系数，α=(4~6)×10-3/0C。 在不同温度范围内，电阻温度系数α是不同的，希
望在测量温度的范围内α是一个常数。
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11.2 电阻温度计
★热电阻材料应具备以下性质： 1）电阻温度系数α要大； 2）在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定； 3）电阻率ρ要大，可提高温度计的动态响应； 4）电阻温度关系线性好； 5）材料要容易制作，价格便宜。
缺点: 受气压影响
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11.1 概述
◆ 1624年温度计第一次正式在文献里出现。 ◆ 1654年意大利的一个公爵费迪南德二世做成了
一个真正不受气压影响的温度计
◆开尔文、牛顿等建立了各种温标: 绝对温标、摄氏温标、华氏温标
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11.1 概述
温度测量方法可分为： 接触式、非接触式
B
R ， B单位是0K。
★电阻温度系数：单位温度变化所引起的电阻的相
对变化
dR
R 1 dR
dT R dT
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11.2 电阻温度计
R
B
Ae T

dR

B
Ae T (
B
) R(
B
)
dT
T2
T2
1 dR B
★常用材料有：铂、铜、铁、镍等。
★热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石 英或陶瓷等绝缘支架上。
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11.2 电阻温度计
二、半导体热敏电阻 ★热敏电阻是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2)
粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。 ★电阻值随温度上升而下降，具有负温度系数:
EAB=f(T,T0) 若知道EAB, T0, 即可利用热电效应来测温或温度差。
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11.3 热电偶
★ 定义：这两种不同导体的组合体称为热电偶。
▲ 两个连接端点,一个称为工作端T,另一个称为自 由端或参考端T0或冷端,两根金属丝称之为热电极。
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11.3 热电偶
★温差电势是如何产生的？ 温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电
★热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置
◆较普通的热电式传感器将温度量转换为电势和电阻。
◆ 常用热电式传感器的敏感元件有： 热电偶、热电阻
●热电偶：将温度转换为电势之变化 ●热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化
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11.2 电阻温度计
★电阻温度计原理
基于导体或半导体的电阻值随温度变化的性质 而工作的。
(即只要测定温度分别为T1和T0时半导体的热敏电阻的阻值R1和R0)
B ln R1 ln R0 11 T1 T0
(B的范围一般为1500~50000K)
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11.2 电阻温度计
★半导体热敏电阻与金属热电阻相比, 有以下优点： 1）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度高， 可测0.001~0.00050C的微小温度变化； 2）电阻率大，时间常数小(毫秒级)。可制成体积 小、热惯性小、响应速度快的感温元件。
结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可 测局部温度和便于远距离传送与集中检测。
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11.3 热电偶
一、工作原理(席贝克效应) ▲ 两种不同材料的导体A和B串联起来形成一个闭
合回路，如果两个接合点的温度不同，电路中将产生 热电势，并形成热电流。
▲ 热电势的大小与材料的性质及接点的温度有关， 称为温差热电效应或热电效应，该现象是1821年德国 物理学家Secback发现的。 ★热电势可用函数关系式表示：
★接触式测温 基于热平衡原理，即测温敏感元件必须与被测
介质接触，使两者处于同一热平衡状态。 如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。
★非接触式测温 利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测
介质接触。 如:辐射温度计、红外热象仪等。
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11.1 概述
(本课程主要介绍接触式测温原理及方法)
★测温敏感元件有:
金属导体、半导体热敏电阻。
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11.2 电阻温度计
一、金属测温电阻(金属热电阻) 一般金属导体具有正的电阻温度系数（电阻率
随温度的上升而增加），在一定的温度变化范围内， 电阻和温度之间的函数关系：
R R0[1 (t t0 )] R0 (1 t)
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11.2 电阻温度计
3.采取的技术措施
(可采用三线接桥法及四线接桥法)
用具有相同温度特性的导 线r1、r2分别接到两个邻 臂上，因而可互相抵消， 而第三根线与负载电阻RL 相串联，由于负载的输入 阻抗都很大，r3则可忽略 不计。
11.3 热电偶
热电偶：将温度量转换为电势大小的热电式传感器 ★热电偶具有以下特点：
R dT T 2
◆半导体热敏电阻的电阻温度系数α不是常数，而
和绝对温度的平方成反比。
◆当T=T0时有电阻R0；当T=T时有电阻R
（1）
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（2）
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11.2 电阻温度计
◆电阻值R与温度T的关系：
B
B
11 B( )
R R0e T0 e T R0e T T0
◆常数B可通过实验获得：
势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组 成的。
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11.3 热电偶
1.接触电势（珀耳贴电势） 不同导体自由电子的密度是不同的,当两种不同
导体接触时,在接触面上将产生电子扩散,电子扩散 的速率与自由电子的密度及接触区的温度成正比。