热电偶的制作过程

温度传感器工作原理温度传感器temperature transducer，利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。

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.热电偶的工作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，如图2-1(a)所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。

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。

当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势差△V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图2-1(b)所示。

热电偶热响应时间标准热电偶是一种常用的温度测量仪器，它利用热电效应来测量温度。

在实际应用中，热电偶的响应时间对于准确测量温度非常重要。

制定热电偶热响应时间标准是必要的，它可以确保热电偶在不同条件下的响应时间符合要求，从而提高温度测量的准确性和可靠性。

一、热响应时间的定义热响应时间是指热电偶从暴露在温度变化下到输出达到稳定的时间。

在实际应用中，我们一般将热响应时间定义为热电偶信号经过95%时间来衡量，即当热电偶信号的稳定输出达到其最大变化范围的95%时，我们认为热电偶的热响应时间达到了。

二、热响应时间的测量方法目前，常用的热响应时间测量方法有两种：静态方法和动态方法。

1.静态方法静态方法是指将热电偶放置在恒定的温度环境中，记录下既定温度下热电偶输出稳定的时间。

这种方法能够准确测量热电偶的热响应时间，但是不适用于实际应用中热电偶在温度变化下的响应。

2.动态方法动态方法是指将热电偶置于温度变化的环境中，通过记录热电偶输出信号的变化来评估热响应时间。

常用的动态方法有冲击法和阶跃法。

冲击法是将热电偶暴露在较高温度下，然后将其迅速置于较低温度中，记录下热电偶信号从高温到低温的变化，通过信号变化速度来评估热响应时间。

阶跃法是将热电偶先置于一个稳定的温度中，然后突然改变温度，记录下热电偶信号的变化，通过观察信号的衰减过程来评估热响应时间。

三、热响应时间的标准要求1.热电偶热响应时间的标准应根据实际应用需求而定，一般要求在温度突变时能够快速响应并达到稳定输出。

对于常规热电偶，其热响应时间一般要求在几十毫秒到几百毫秒之间。

2.标准要求热电偶热响应时间应稳定可靠，且不受外部因素干扰。

标准应制定一系列测试方法和评估指标，来确保热电偶在不同工作条件下的热响应时间符合要求。

3.标准要求热电偶的热响应时间应有一定的容忍度，以适应不同的应用场景。

根据不同的应用需求，可以设置不同的热响应时间容差范围，以保证温度测量的准确性。

四、热响应时间标准的制定制定热电偶热响应时间标准应遵循以下步骤：1.确定标准的适用范围和目标。

钨铼热电偶简介钨铼热电偶是指以钨铼作为热电偶的热电偶。

钨铼热电偶具有较高的温度测量范围和较高的测量精度，因此被广泛应用于高温、特殊环境和实验室等场合。

原理热电偶是利用热电效应制作的一种温度传感器，钨铼热电偶的原理是利用钨铼和铝或铯的热电对产生电势差，根据热电势差测量热电偶上的温度。

钨铼和铝（或铯）之间的热电对系数称为热电势系数，随着温度的变化而变化。

特点1.温度范围广：钨铼热电偶可用于0℃至2300℃范围内的温度测量，是常见的高温测量传感器之一。

2.测量精度高：钨铼热电偶具有极高的精度，能够测量出非常小的温度变化，对于对温度变化极为敏感的实验有很大帮助。

3.抗腐蚀：钨铼热电偶具有很强的耐腐蚀性，能够在一些极端的，有化学腐蚀的环境中正常使用。

4.耐高温：由于钨铼的高熔点和化学稳定性，钨铼热电偶可以经受高温环境的考验，比铂铑热电偶更加适合高温环境。

应用1.工业生产：钨铼热电偶被广泛应用于钢铁冶炼、电力、航空航天等工业领域，用于高温的测量和控制。

2.实验室研究：钨铼热电偶在实验室中被用于测量非常小的温度变化，比如超导体的温度变化。

3.特殊环境：由于钨铼热电偶的耐高温、抗腐蚀特性，因此在一些特殊环境中被采用，比如温度非常高的发动机排气管测量等。

维护与安装1.清洗：钨铼热电偶的灵敏度很高，需要定期进行清洗，以确保精度和稳定性。

2.校准：应定期校准钨铼热电偶，以确保其准确测量。

3.安装：钨铼热电偶的安装需要注意合适的插入深度和保护套的定位，以确保其准确测量。

总结钨铼热电偶具有广泛的应用和优越的特性，但也需要进行维护和校准，以保证准确测量。

在实际应用中，需要根据不同情况选择合适的热电偶。

实验（实训）报告
辽宁科技大学学院（系）年月日
3、用电位差计测热电偶的温差电系数；
图2 热电偶测量示意图
为了测量温差电动势，就需要在图2的回路中接入电位差计，
引入不能影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差
值。

要做到这一点，实验时应保证一定的条件。

两种金属之间插入第三种金属C时，若它与A
，则该闭合回路的温差电动势与上述只有A
B两根不同化学成份的金属丝的一端焊在一起，构成
图6 电位差计工作原理
为工作回路，回路2为校准电流回路，回路
、误差分析；
、查阅资料，说明关于热点现象的有哪些应用？。

热电偶是什么？热电偶属于接触式温度测量仪表是工业生产中最常用的温度检测仪表之一。

其特点为测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

测量范围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过与电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。

热电偶测温的基本原理是热电效应。

在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中, 当A 和B 的两个接点处于不同温度T 和To时, 在回路中就会产生热电势。

这就是所谓的塞贝克效应。

导体 A 和 B 称为热电极。

温度较高的一端(T 〉叫工作端( 通常焊接在一起)；温度较低的一端(To 〉叫自由端( 通常处于某个恒定的温度下〉。

根据热电势与温度函数关系。

可制成热电偶分度表。

分度表是在自由端温度To=00C 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, 测得热电势后, 即可知道被测介质的温度。

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

从理论上讲, 任何两种导体都可以配制成热电偶, 但实际上并不是所有材料都能制作热电偶, 故对热电极材料必须满足以下几点：热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势, 热电势和温度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；能测量较高的温度, 并在较宽的温度范国内应用, 经长期使用后, 物理、化学性能及热电特性保持稳定；要求材料的电阻温度系数要小, 电阻率高, 导电性能好, 热容量要小；复现性要好, 便于大批生产和互换, 便于制定统一的分度表；机械性能好, 材质均匀；资源丰富, 价格便宜。

湖南大学实验指导书课程名称: 实验类型:实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验学生姓名：学号：专业：指导老师：实验日期：年月日一、实验目的1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理2.学会热电偶温度计的制作与校正方法3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理4.掌握电位差计的原理和使用方法5.了解数据自动采集的原理6.应用误差分析理论于测温结果分析。

二、实验原理1.热电阻（1）热电阻原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器.它的主要特点是测量精度高，性能稳定.其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻.常用铂电阻和铜电阻,铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2）R0系温度为0℃时的电阻,铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种,两线制中引线电阻对测量的影响最大,用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。

四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。

本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。

（2) 热电阻的校验热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外,实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法两种校验方法.比较法是将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校电阻温度计一起插入恒温水浴中，在需要的或规定的几个稳定温度下读取标准温度计和被校验温度计的示值并进行比较,其偏差不超过最大允许偏差。

在校验时使用的恒温器有冰点槽,恒温水槽和恒温油槽，根据所校验的温度范围选取恒温器。

实验一热电偶和测温系统的标定一、实验目的1、学习热电偶的焊接方法；2、了解热电偶冷端补偿的重要性；3、熟悉热电偶的特性和标定方法；4、了解测温系统的组成和温度校准过程。

二、基本原理图1－1为温度测试的实验装置，各部分的作用为：图1-1 测温系统方框图热源功率为300w，能产生高达500℃的温度；热电偶：FU－2作标准热电偶；EA－2作被校准电偶；冰点槽：用作热电偶的冷端处理；数字电压仪：为热电势标准测量仪；动圈式仪表：指示热源的温度；定温调节定温调节过程：图1－2为动圈仪表的面板。

当旋动“定温控制”旋钮时，红色定温指针将指示预定的温度，黑色指示指针随热源温度的上升向右移动，逐渐靠近红色指针，此时绿灯亮，表明加热电源接通。

当红色指示灯亮时，表明电源切断。

由于热惯性，黑色指示将继续上升，并超过红色指针指示的温度，以后温度慢慢下降，至红色指针附近，继而绿灯又亮，电源接通，……如此反复多次，当红灯和绿灯的指示时间相等且两灯指示之间和为（40±10）秒时，黑色指针基本对准红色指针，可认为热源温度已基本控制在定温点。

图1-2 动圈仪表面板利用上述装置，可对热电偶和测温系统进行标定。

1、热电偶的标定热电偶使用时，是按照电偶标准分度值来确定温度的，“标定”就是对所使用的热电偶进行校验，确定误差大小。

本实验用EU－2作为标准热电偶，EA-2作为被校热电偶，数字电压表作电势的标准测量仪器，动圈式仪表作定温控制作用，使两支热电偶在相同温度时，由数字电压表分别读出相应的电势值，并由分度表查得相应的温度值，然后以EU-2热电偶的温度标准，来判断热电偶EA-2的误差。

2、以热源、热电偶EU-2和数字电压表组成标准测温系统，用以测定热源的温度.热电偶EA-2与热电偶EU-2处于同一热点，它与动圈式仪表组成被校测温系统，以EU-2输出的数字电压表读数为基准，分析被校测温系统的误差。

三、实验设备1、位数字电压表 一个2、XCT-131动圈式温度指示调节仪 一个3、热源300w 一台4、热电偶EA-2 镍铬－铐铜 一支EU-2 镍铬－镍铝 一支5、冰点槽 一个6、接线板 一个7、自耦变压器 一台214四、测量线路和实验步骤（一）热电偶的焊接将一段镍铬－铐铜热电偶的线端用砂纸砂净，拧成螺状1-2圈，按图1-3连线，用碳棒尖去接触热电偶端点产生电弧，使二导体焊在一起，焊后应检查结点是否符合球状，光洁对称，否则应重焊。

第七章热电式传感器第一节热电偶热电式传感器是一种利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来测量温度的装置。

在各种热电式传感器中，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的热电式传感器叫热电偶温度传感器，将温度转换为电阻值的热电式传感器叫电阻式温度传感器。

金属热电式传感器简称热电阻，半导体式传感器简称热敏电阻。

热电式传感器目前在工业生产中得到了广泛的应用，并且可以选用定型的显示仪表和记录仪来进行显示和记录。

在计算机控制系统中，热电式传感器的输出信号可直接进入I/O卡，进行信号的预处理、显示和控制。

热电偶由于性能稳定、结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传的特点，在工业和科研领域中得到广泛应用。

常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可达到+1600℃。

若配用特殊材料，其温度范围可达到-150℃～2000℃。

如图7-1所示，热电偶温度传感器将被测温度转换成毫伏级热电势，通过连接导线与显示表构成温度检测系统，从而实现温度的显示、记录和调节。

图7-1热电偶测温示意图一热电偶的基本原理1 热电效应1821年，德国物理学家赛贝克（T⋅J⋅Seebeck）用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的电流表指针发生偏转。

如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指针的偏转角反而减小。

显然，指针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

据此，赛贝克发现和证明了将两种不同性质的导体A 、B 组成闭合回路，如图7-2所示。

若节点(1)、(2)处于不同的温度(T≠T 0)时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。

两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电动势称为热电势。

热电偶的两个结点中，置于温度为T 的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端；而置于参考温度为T 0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。

项目2 温度测量——热电偶的原理及现象一、教学目的与要求1、了解热电偶的特点和分类和结构2、理解热电偶测温原理3、掌握热电偶基本定律4、掌握热电偶冷端温度补偿方法5、综合运用所学知识设计基于热电偶传感器的电路设计、面包板制作及焊接和调试，并作出总结。

二、教学重点与难点1、热电偶传感器的测温原理2、热电偶传感器的基本定律3、热电偶传感器冷端温度补偿方法4、热电偶传感器的综合应用和在测温系统的电路设计（二）难点：1、热电偶传感器的冷端温度补偿方法2、热电偶传感器的综合应用和在测温系统的电路设计三、教学工具多媒体、热电偶传感器若干四、课时安排理论2学时，实践2学时五、教学过程（一）热电偶传感器测温原理度及固体的表面温度。

热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的效应。

结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？） 。

显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

1.热电效应：当有两种不同的导体或半导体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 ，，另一端温度为T0 ，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

这种现象称为“热电效应”。

产生的电动势则称为“热电动势”热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。

接触电动势：两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A 和B 的接触点处会发生自由电子的扩散现象。