热电式传感器的应用与发展摘要：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
其工作原理的不同，常用热电式传感器分别分为热电偶和热电阻（金属）、热敏电阻（半导体）。
它们分别具有测量精度高、范围广、构造简单、使用方便，信号输出较大、易于测量，体积小、重量轻、热惯性小、寿命长等一系列优点。
广泛应用于工业，家庭，国防等中温度的测量。
本文主要介绍热电式传感器的分类、原理、结构、特点、应用及发展、关键词：热电式传感器，温度，热电偶，热电阻，热敏电阻。
目录1 引言 (1)1.1热电式传感器的重要性 (1)1.2传感器的组成 (1)1.3传感器的发展 (1)2 热电式传感器 (2)2.1热电偶 (2)2.1.1基本概念 (3)2.1.2热电偶构造及工作原理 (4)2.1.3热电偶的应用与发展 (5)2.2热电阻 (6)2.2.1基本原理 (6)2.2.2金属热电阻 (7)2.2.3热敏电阻 (7)2.2.4热电阻的发展与应用 (8)3热电式传感器的发展趋势 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)1 引言1.1热电式传感器的重要性热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
而温度是一个基本的物理量，它在许多学科领域具有重要的作用，热力学、流体力学、传热学、空气动力学、宇航学、化学及物理等学科中所研究的基本规律都与温度密切相关，在国民经济的各个重要领域，例如交通运输、汽车工业、动力资源开发，工业测量与控制、防灾安全技术等方面都需要把温度作为设计或控制的重要参数。
随着现代工业技术的迅速发展温度的测量显得越来越重要，在现代化的钢铁冶炼、内燃机，火箭发动机的研究改良、工业加工、零件制造、兵器科学以及医学发展的研究中都需要精确的温度测量，并依据测得的温度两为设计制造提供理论依据，监控产品的质量，实现工业生产的自动化与安全生产，改善发动机的工作性能、对病人的临床监护等等，因此对于温度的测量任务显得越来越重要和紧迫，所以随之热电式传感器的重要性也越来越突出。
1.2传感器的组成传感器由三部分组成：敏感元件、转换元件和测量电路。
传感器中的敏感元件感受被测量并按照某种确定的关系将之转换为电量的其它量，再由转换元件转换为电量，然后经测量电路转换为有用电信号。
即使这么说，还是觉得它很抽象。
形象点说，传感器相当如人的五官（眼、耳、口、鼻、舌）和皮肤，采集各种信息并送入计算机进行处理，产生并发出各种控制信号到执行机构。
1.3 传感器发展随着科学技术的迅猛发展, 在机械制造、交通运输、石油化工以及医疗卫生等领域，传感器技术的应用越来越广泛，它正逐渐地渗透到人们的日常生活中去。
从某种程度上来讲, 衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志是传感器技术水平的高低，主要体现在传感器能够较好地实现自动控制水平和测试技术的高低。
作为测量与自动控制的重要环节的传感器，不仅是新技术革命的重要技术基础，而且还是当今信息社会的重要技术基础。
笔者就当前一些重要的领域里，讲述了传感器技术的应用情况，并按照目前传感器技术的发展现状，对其将来的发展方向加以预测。
2 热电式传感器热电式传感器是一种将温度变化为电量变化的装置。
在各种热电式传感器中，其中最常用的是热电偶和热电阻，，热电偶是将温度变化为电势变化，而热电阻是将温度变化转换为电阻值的变化。
这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用，而且有与其相配套的显示仪表与记录仪表。
分类介绍:2.1热电偶热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。
如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。
热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。
各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。
它在许多方面都具备了一种理想温度传感器的条件,是一种典型的自发电传感器。
在温度测量领域获得广泛应用。
在《自动检测技术》、《传感器技术》等课教学中,热电偶传感器也是比较重要的内容，它涉及较多的理论与基本定律。
在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它的优点是：结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等等。
热电偶是一个有源元件，测量时不需要外加电源。
所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
2.1.1基本概念热电偶是一种感温元件，是一种仪表。
它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,其中两个接点的温度假设分别为T和T0。
当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，利用EAB(T和T0)表示，这种现象称为热电效应，也就是所谓的塞贝克效应（如图1）。
两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。
根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。
因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。
图（1）2.1.2热电偶构造及工作原理：热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
工作原理两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。
热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数； 2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
4：两种不同材料的导体组合成为一个闭合回路（图2），当回路的两个接触点分别置于不同的温度场中时，回路就会产生一个电动势（图3），即为“热电动势”。
图2热电偶回路图3热电偶回路的电动势热电动势有两部分组成：接触电动势，温差电动势。
（1）接触电动势公式： eAB(t)=UAt-UBteAB(t0)=UAt0-UBt0（2）差动电动势公式： eA(t,t0)=UAt-UAt0 eB(t,t0)=UBt-UBt0（3）热电偶回路电动势：EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)+eA(t,t0)-eB(t,t0)由上我们可以得出结论：热电偶回路中的电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和接触点的温度有关，而与热电偶的形状和尺寸无关。
2.1.3 热电偶的应用与发展上述已经说过，热电偶的应用很是广泛.在此，举两点应用：（1）N型热电偶在主蒸汽温度测量中的应用近年来，N型热电偶在火电厂得到了广泛的应用。
N型热电偶在中子辐射环境下具有良好的稳定性, 是因为N型热电偶去除了易蜕变元素Mn、Co等。
因此,N型热电偶具有很好的耐核辐射的能力。
在一个机组主蒸汽管道上放一个温度保护套管，将N型热电偶放入其内部，测量的温度将其转化为电动势，通过控制电动势来控制温度。
N型热电偶具有以下优点：A、用N 型热电偶测主蒸汽温度可提高监控系统的准确性和可靠性, 从而保证了火力发电机组的安全和经济运行。
B、型热电偶的高温稳定性好和使用寿命高可与大修周期同步。
因此,在N型热电偶对主蒸汽温度测量成功应用的基础上, 可进行用N 型热电偶测过热器和汽缸等金属壁温的试验研究, 这对保证仪表的完好率、降低仪表的故障率有着十分重要的意义。
C、随着N 型热电偶生产量的逐年增加, 其价格不会太高。
（2）热电偶技术供暖目前，热电偶在很多领域里都有很大的发展。
由新的热电偶替代了旧的热电偶，由性能好的替代了性能比较差的，这一步一步的发展，使现在的热电偶种类多，使用范围广，精度高，经济性好越来越方便我们日常生活的应用。
在此，仅提出几点发展。
由以前应用以工业为主的热电偶引入我们的生活。
近年来，由于提倡环保，对于以前以燃煤为主的锅炉取暖方式已经不适用了。
公共建筑的冬季的供热选择只有两个：一个是以电的形式来提供，再有一种就是以燃气为能源的资源;再有燃气有时候往往从计算上或是费用上可能都是不划算的，那在这种情况下电热泵可能就是一个最好的选择。
热泵热水器是一种新型热水和供暖热泵产品，是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置。
与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸收太阳能。
热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，与水换热，大大提高热效率，充分利用了新能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点完美的结合于一体的新型热水器。
目前，热泵热水器有热电偶热水器、水源热泵和太阳能型三种系列，是开拓和利用新能源最好的设备之一。
空气源(太阳能)热泵是当今世界上最先进的产品之一，该产品以制冷剂为媒介，制冷剂在风机盘管(或太阳能板)中吸收空气中(或阳光)中的能量，再经压缩机压缩制热后，通过换热装置将热量传递给水，来制取热水，热水通过水循环系统送入用户散热器进行采暖或直接用于热水供应。
2.2 热电阻热电阻是利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫做电阻温度传感器，按采用的电阻材料可分为金属热电阻（简称热电阻）和半导体热敏电阻（简称热敏电阻）两大类。
2.2.1 基本原理热电阻与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。
因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。
金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即R t =R t 0【1+a (t-t 0)】其式中，R t 为温度t 时的阻值：R t 0为温度t0（一般t0=0·c ）时对应电阻值：a 为温度系数。
