2.2溫度傳感器的應(yīng)用2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)2.2.4溫度檢測(cè)應(yīng)用案例2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)使用到電熱水袋、電熱水壺、自動(dòng)飲水機(jī)等家用電器，雖然功能有所不同，但基本上是外接220伏交流電，電源接通后交流電使發(fā)熱體發(fā)熱升溫并加熱目標(biāo)對(duì)象，當(dāng)檢測(cè)溫度上升到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)斷開電源以達(dá)到安全運(yùn)用目的的。冬天人們常用的電熱水袋，當(dāng)接通電源后，指示燈亮，發(fā)熱管通電發(fā)熱，對(duì)袋中的液體進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到溫控器的動(dòng)作溫度時(shí)溫控器動(dòng)作，斷開電源停止加熱。電熱水袋內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，黑色方框?yàn)榘l(fā)熱管，乳白色雙柱體和棕色工程塑料盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了一體化電源插座及溫控器開關(guān)。2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)在簡(jiǎn)易電熱水壺內(nèi)部有一個(gè)發(fā)熱管，直接與水接觸。壺身上有一個(gè)雙聯(lián)開關(guān)，并把指示燈巧妙地嵌入開關(guān)的塑料外殼內(nèi)。當(dāng)把水壺放在底座上，并插上電源時(shí)，按下水壺上的開關(guān)，便開始加熱，水溫逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到溫控器的控制溫度時(shí)，雙聯(lián)開關(guān)動(dòng)作切斷電源，停止加熱。當(dāng)水溫下降時(shí)，雙聯(lián)開關(guān)不能自動(dòng)復(fù)位，必須依靠外力。2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)自動(dòng)電熱水壺主要由：控制面板、電源板、發(fā)熱帶、溫控器、直流電機(jī)、出水管、不銹鋼瓶體、外殼、底座和外殼等九個(gè)部分構(gòu)成。一般在瓶體上可以找到兩個(gè)溫控器，一個(gè)在瓶體外表面的中下部位置，溫度點(diǎn)在95°C左右；另一個(gè)在瓶體的底部正中，溫度控制點(diǎn)在100°C左右。其溫控器通常為碟形突斷式開關(guān)，根據(jù)用途和使用環(huán)境差異溫控器的外形和材質(zhì)各不相同。2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)碟形突斷式開關(guān)，又稱突跳式溫控開關(guān)或溫度開關(guān)，常見型號(hào)為KSD系列，是帶外殼全封閉的雙金屬片接觸感溫式溫度繼電器。碟形金屬片在溫度作用下產(chǎn)生變形，并在標(biāo)稱動(dòng)作溫度點(diǎn)瞬間跳動(dòng)，配合機(jī)構(gòu)的作用使觸點(diǎn)A、B聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)接通或斷開電路的目的。碟形突斷式開關(guān)適用于額定電壓不大于250V，頻率在50Hz～60Hz，額定電流5A、10A、15A等阻性負(fù)載的交直流電路中使用。溫度范圍因不同品牌的產(chǎn)品有所差異，一般是50℃～240℃（通常以5℃間隔為1檔）。2.2.1突斷式溫度傳感器檢測(cè)觸點(diǎn)的閉合型式有常閉或常開兩種。常閉型是指當(dāng)沒有達(dá)到標(biāo)稱動(dòng)作溫度點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)是閉合狀態(tài)，一旦達(dá)到溫度點(diǎn)，則觸點(diǎn)斷開。常開型是指當(dāng)溫度上升達(dá)到溫度點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)接通。較常用的是常閉型式。溫控器的復(fù)位型式有兩種：自動(dòng)復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位。對(duì)于常閉型而言，自動(dòng)復(fù)位是指當(dāng)溫度下降，達(dá)到復(fù)位溫度時(shí)，觸點(diǎn)閉合。而手動(dòng)復(fù)位是指，當(dāng)溫度下降到復(fù)位溫度后，不能自行復(fù)位，只能依靠手動(dòng)使其觸點(diǎn)閉合。不同品牌的產(chǎn)品復(fù)位溫度范圍不同。

2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)熱敏電阻是半導(dǎo)體熱敏電阻的簡(jiǎn)稱，是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的溫度敏感元件。熱敏電阻于1940年研制成功，60年代成為工業(yè)用溫度傳感器，70年后作為溫度傳感器大量應(yīng)用于家電及汽車；目前已深入到各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展極為迅速。由于其性能的不斷改進(jìn)和穩(wěn)定性的大為提高，在許多場(chǎng)合下（－40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。

2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)1.熱敏電阻的特點(diǎn)電阻溫度系數(shù)的范圍很寬。有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比普通金屬大10～100倍左右。材料加工容易、性能好?？筛鶕?jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠做到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。阻值選擇范圍寬。阻值在1～10M之間可供自由選擇，使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；因其功耗小、不需采取冷端溫度補(bǔ)償，特別適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控溫使用。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)1.熱敏電阻的特點(diǎn)穩(wěn)定性好。商品化產(chǎn)品已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。據(jù)報(bào)道，在0.01℃的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002℃的精度。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。原料資源豐富，價(jià)格低廉。燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝，可用于較惡劣環(huán)境條件；另外熱敏電阻材料的遷移率低，受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)2.熱敏電阻的分類熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為如下幾類。正溫度系數(shù)熱敏電阻（PositiveTemperatureCoefficientthermistor，PTC），電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻，簡(jiǎn)稱PTC熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)2.熱敏電阻的分類負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NegativeTemperatureCoefficientthermistor，NTC）

電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻，簡(jiǎn)稱NTC熱敏電阻。它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（CriticalTemperatureResistorthermistor，CTR)該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而急驟降低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是二氧化釩（VO2）添加一些金屬氧化物。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)熱敏電阻材料的分類2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)3.熱敏電阻的基本參數(shù)按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)者和使用者對(duì)熱敏電阻各參數(shù)的重視程度，可以分為重要參數(shù)和其他參數(shù)。如下標(biāo)稱電阻、材料常數(shù)及電阻溫度系數(shù)等是其中的重要參數(shù)。標(biāo)稱電阻R25

：標(biāo)稱電阻值是熱敏電阻在25±0.2℃時(shí)的阻值，是設(shè)計(jì)和選擇熱敏電阻的一個(gè)重要依據(jù)。電阻溫度系數(shù)（%/℃）：熱敏電阻的溫度變化1℃時(shí)電阻值的變化率。材料常數(shù)B：表征熱敏電阻材料的物理特性常數(shù)。用BN表示負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的B值，用BP表示正溫度系數(shù)（PTC）的B值。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)3.熱敏電阻的基本參數(shù)材料常數(shù)B：

B值決定于材料的激活能?E：式中：k為波爾茲曼常數(shù)。一般B值越大，則電阻值越大，絕對(duì)靈敏度越高。耗散系數(shù)H：熱敏電阻溫度變化1℃所耗散的功率變化量。在工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，H值隨之變化，其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。

最高工作溫度Tmax：熱敏電阻在規(guī)定的條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度：式中：T0為環(huán)境溫度，PE為環(huán)境溫度是T0時(shí)的額定功率；H為耗散系數(shù)2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)3.熱敏電阻的基本參數(shù)最低工作溫度Tmin

：熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下能長(zhǎng)期連續(xù)工作的最低溫度。轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc：熱敏電阻的RT—T特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)

4.熱敏電阻的特性（1）電阻—溫度特性（RT

—T）

對(duì)于負(fù)電阻溫度系數(shù)NTC熱敏電阻的溫度特性，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的，在不太寬的溫度范圍（小于450℃），有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：或式中：RT、RT0分別為T、T0溫度時(shí)熱敏電阻的電阻值；BN為NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性（1）電阻—溫度特性（RT

—T）實(shí)際使用中，以環(huán)境溫度25℃作為參考溫度（即T0=25℃），則NTC熱敏電阻的電阻—溫度關(guān)系式：2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)對(duì)于正電阻溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的電阻—溫度特性，其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來取得的。PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻—溫度曲線上有兩個(gè)拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對(duì)應(yīng)有較大的溫度系數(shù)

。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性（1）電阻—溫度特性（RT

—T）經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻—溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中：RT

、RT0

分別為T、T0溫度時(shí)熱敏電阻的電阻值；BP為正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的材料常數(shù)。若對(duì)上式取對(duì)數(shù)，則得：2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性（1）電阻—溫度特性（RT

—T）若對(duì)上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)

：可見：正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)

，正好等于它的材料常數(shù)

的值。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性（2）熱敏電阻的伏安特性（U—I）熱敏電阻伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻和周圍介質(zhì)熱平衡時(shí)的相互關(guān)系。下圖是負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻的伏安特性，曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測(cè)出的靜態(tài)U—I曲線。熱敏電阻的端電壓UT和通過它的電流I有如下關(guān)系：

2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性（2）熱敏電阻的伏安特性（U—I）右圖是正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的伏安特性，當(dāng)電流較小時(shí)曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻在環(huán)境溫度下的電阻值相等。當(dāng)溫度超過環(huán)境溫度時(shí)，電阻值增大，曲線開始彎曲。當(dāng)電壓增至Um時(shí)，存在一個(gè)電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)4.熱敏電阻的特性除了電阻－溫度特性與伏安特性外，熱敏電阻還有功率－溫度特性和動(dòng)態(tài)特性。功率－溫度特性是描述熱敏電阻的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與熱敏電阻所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)5.熱敏電阻的應(yīng)用（1）熱敏電阻在檢測(cè)和電子電路中的應(yīng)用根據(jù)熱敏電阻的特性曲線，確定了熱敏電阻的應(yīng)用領(lǐng)域。表2-6是熱敏電阻作為檢測(cè)傳感元件的應(yīng)用。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)熱敏電阻元件在電子電路中的應(yīng)用2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)（2）熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例NTC薄膜熱敏電阻MF52A作為溫度傳感器主要用于電腦、打印機(jī)、家用電器等，檢測(cè)核心集成電路的工作溫度，為散熱風(fēng)扇提供控制信號(hào)。玻璃封裝型熱敏電阻的應(yīng)用有：家用電器（如空調(diào)機(jī)、微波爐、電風(fēng)扇、電熨斗、熱水器、烤箱等）的溫度檢測(cè)與控制，辦公自動(dòng)化設(shè)備（如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等）的溫度檢測(cè)或溫度補(bǔ)償，工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、氣象、食品加工設(shè)備的溫度控制與檢驗(yàn)，以及手機(jī)電池、儀表線圈、集成電路、石英晶體振蕩器和熱電偶的溫度補(bǔ)償。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)（2）熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例樹脂封裝型熱敏電阻可用于：空調(diào)設(shè)備、暖氣設(shè)備、電子體溫計(jì)、液位傳感、汽車電子、電子臺(tái)歷、手機(jī)電池充電等。日常生活中使用的豆?jié){機(jī)，安裝有熱敏電阻溫度傳感器，其作用是測(cè)量和控制豆?jié){機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。在人們制作豆?jié){、果汁或糊狀食物時(shí)，刀具快速旋轉(zhuǎn)粉碎加工物，電加熱器通電加熱混合液體，熱敏電阻溫度傳感器探測(cè)混合液溫度，當(dāng)溫度上升到100℃時(shí)，輸出控制信號(hào)斷開電加熱器和電機(jī)電源，并燈光提示食物加工結(jié)束。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)（2）熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例下圖為各種不同外形MF58-MF52全系列熱敏電阻溫度傳感器，其內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)基本相同，是由：熱敏電阻、內(nèi)部導(dǎo)線、高溫絕緣介質(zhì)、金屬殼體和連接導(dǎo)線組成。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)（2）熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例利用NTC熱敏電阻溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。圖2-11所示為溫度自動(dòng)控制電路。電路由降壓整流濾波電源電路和溫度控制電路兩部分組成。溫度控制電路NE555和R1、R2～R4、W1、W2等組成，R1為NTC熱敏電阻，W1為溫度下限預(yù)置調(diào)節(jié)，W2溫度上限預(yù)置調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)W1、W2使NE555②腳、⑥腳分別置于1/3Vcc、2/3Vcc附近。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，R1阻值變大使NE555②腳電位低于1/3Vcc，使NE555置位，③腳輸出高電平，使發(fā)光二極管LED2亮，繼電器K1吸合，觸點(diǎn)K1接通加熱器電源進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度升到上限溫度時(shí)，R1阻值變小，使NE555⑥腳電位大于2/3Vcc，②腳的電位大于1/3Vcc，使NE555復(fù)位，③腳輸出低電平，發(fā)光二極管LED1點(diǎn)亮，繼電器K1釋放，觸點(diǎn)K1斷開加熱器的電源，停止加熱。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)W1、W2可以準(zhǔn)確地控制加熱溫度。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)高低溫度范圍自動(dòng)控制電路圖2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)下圖為比較器式NTC熱敏電阻溫度傳感器溫度控制器電路圖。NTC熱敏電阻溫度傳感器為D-53，25℃時(shí)電阻為5K，控溫范圍0～150℃，繼電器為G2VN-237P，采用VR1調(diào)節(jié)溫度。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)

PTC系列是正溫度系數(shù)熱敏電阻，其電阻值隨著熱敏電阻溫度的升高呈現(xiàn)出階躍性的增加，溫度越高，電阻值越大。當(dāng)它的居里溫度從40～300℃，在它的R-T特性曲線上，電阻值進(jìn)入躍變區(qū)后陡升的一段可以作為溫度、液位、流量傳感方面的應(yīng)用。根據(jù)PTC熱敏電阻對(duì)溫度敏感的特性，設(shè)計(jì)用在過熱保護(hù)及溫度傳感的場(chǎng)合，應(yīng)用于開關(guān)電源，電器設(shè)備(電機(jī)、變壓器)，功率器件(晶體管)。特點(diǎn)是體積小，反應(yīng)時(shí)間快、安裝方便。過流保護(hù)JKP-PTC元件，將其串接在電路中可起到過電流保護(hù)作用并具有自動(dòng)復(fù)原雙重功能，因此稱JKP-PTC為可恢復(fù)保險(xiǎn)絲。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)JKP-PTC是由高分子聚合物及導(dǎo)電材料等混合制成。正常情況下，導(dǎo)電材料通過聚合物材料構(gòu)成三維導(dǎo)電通道，JKP-PTC阻值很?。划?dāng)有異常大電流通過時(shí)，JKP-PTC元件溫度迅速上升，聚合物材料隨即膨脹，使得導(dǎo)電通道斷開，引起阻抗劇增，通過的電流變小，電路如同斷開，達(dá)到保護(hù)目的。當(dāng)異常大電流消失后，JKP-PTC的發(fā)熱不足以維持其高阻狀態(tài)，阻抗恢復(fù)到低阻狀態(tài)。JKP-PTC過流保護(hù)的特點(diǎn)是無觸點(diǎn)、無噪音、無火花、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)復(fù)原，可重復(fù)使用，其安全性能符合美國(guó)UL1434標(biāo)準(zhǔn)要求。2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)JKP-PTC應(yīng)用電路2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)如下圖分別為PTC發(fā)熱芯件（外包絕緣紙型和PTC標(biāo)準(zhǔn)件（外壓鋁殼型）產(chǎn)品，它們是電熱絲等其它發(fā)熱元件更新?lián)Q代的首選，主要用于：暖風(fēng)機(jī)、干手機(jī)、風(fēng)簾機(jī)、恒溫槽、多功能陶瓷燙、熔蠟器、熱熔膠槍、電熨斗、咖啡壺、足浴盆等等。使用PTC發(fā)熱器具有：無明火、恒溫、自動(dòng)調(diào)節(jié)功率、高可靠性、熱交換率高、節(jié)能效果明顯、安全、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)越特點(diǎn)。

2.2.2熱敏電阻溫度檢測(cè)冰箱、空調(diào)的壓縮電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，既要克服自身的慣性，同時(shí)又要克服高壓制冷劑的反作用力，壓縮機(jī)需要有較大的啟動(dòng)電流產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，為此，通常要采用帶PTC熱敏電阻器的啟動(dòng)電路。電路中熱敏電阻與啟動(dòng)繞組串聯(lián)，PTC熱敏電阻在室溫下電阻很小，壓縮機(jī)剛開始運(yùn)行時(shí)流過啟動(dòng)繞組的電流很大，產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；幾秒鐘后PTC熱敏電阻快速升溫，其阻值隨溫度的升高迅速增大呈高阻狀態(tài)，啟動(dòng)繞組的電流下降至幾毫安，使得啟動(dòng)繞組停止工作，此時(shí)壓縮機(jī)已進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器，廣泛用來測(cè)量-180～1800℃范圍內(nèi)的溫度。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，可用來測(cè)量流體、固體以及固體壁面的溫度，微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。如圖為不同用途的熱電偶溫度傳感器。

2.2.3

熱電偶溫度檢測(cè)1.熱電偶傳感器工作原理熱電效應(yīng)在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn)，所以又稱西拜克效應(yīng)。把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示的閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。

2.2.3

熱電偶溫度檢測(cè)1.熱電偶傳感器工作原理兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組合成的閉合回路，稱為“熱電偶”。溫度高的熱端稱為工作端（或測(cè)溫端），溫度低的冷端稱為自由端（或參考端）。測(cè)溫時(shí)，將工作端置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，自由端置于外部的恒定溫度場(chǎng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)；熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)1.熱電偶傳感器工作原理（1）接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)。導(dǎo)體A、B因自由電子密度不同，在接觸點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生電子擴(kuò)散現(xiàn)象。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（1）接觸電勢(shì)設(shè)導(dǎo)體A的自由電子密度nA大于導(dǎo)體B的自由電子密度nB，當(dāng)自由電子擴(kuò)散處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，導(dǎo)體A失去電子帶正電荷，導(dǎo)體A得到電子帶負(fù)電荷，從而在導(dǎo)體A、B的接觸面形成一個(gè)從A到B的靜電場(chǎng)，形成電位差eAB，稱為接觸電勢(shì)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)，一般為10-3～10-2V。由物理學(xué)推導(dǎo)，有：式中，eAB(T)為導(dǎo)體A、B的接觸點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；T為導(dǎo)體A、B的接觸點(diǎn)溫度；e為單位電子電荷，e=1.6×10-19C（庫倫）；k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；nAT

、nBT分別為導(dǎo)體A、B在溫度為T

時(shí)的電子密度。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)在下圖所示的閉合回路中，因熱端eAB(T)和冷端eAB(T0)方向相反，故閉合回路的總接觸電勢(shì)為eAB(T)－eAB(T0)。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（2）溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于某一均勻介質(zhì)的導(dǎo)體，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢(shì)。該電勢(shì)與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無關(guān)。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)根據(jù)物理學(xué)的推導(dǎo)，單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)為：上式中，eA(T,T0)為導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電勢(shì)；T、T0分別表示高低端的絕對(duì)溫度；σA為湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)，例如0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。對(duì)于A、B構(gòu)成的閉合回路，總的溫差電勢(shì)為：2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（3）回路總電勢(shì)由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接觸點(diǎn)溫度分別為T、T0，且T＞T0，必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，則回路總電勢(shì)為：式中，nAT、nAT0分別為導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度，nBT、nBT0分別為導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度，σA、σB分別為導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)理論和工程實(shí)驗(yàn)均以證明，熱電偶的接觸電勢(shì)比其單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)要大得多，回路總電勢(shì)的大小和方向主要由接觸電勢(shì)決定。則有：由上式可知，熱電偶的總電勢(shì)大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)，當(dāng)冷端的溫度T0已知或恒定時(shí)，總電勢(shì)是工作端溫度T的單值函數(shù)，且有如下結(jié)論：

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)熱電偶回路總電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無關(guān)；只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）才能組合成熱電偶；只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生；導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使eAB(T0)=常數(shù)，則回路總電勢(shì)EAB(T,T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)2.熱電偶的常用材料工程用熱電偶材料應(yīng)滿足條件：熱電勢(shì)變化盡量大，熱電勢(shì)與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易加工，復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，有良好的互換性。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）向世界各國(guó)推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中，具有統(tǒng)一的分度表）。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。常用的熱電偶的常用材料有：鉑—鉑銠熱電偶（S型）：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測(cè)量溫度較高，一般用來測(cè)量1000℃以上高溫。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)鎳鉻—鎳硅（或鎳鋁）熱電偶（K型）：正極為鎳鉻合金，負(fù)極為鎳硅合金；測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000℃，短期1300℃。價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大，但精度稍差。鎳鉻—考銅熱電偶（E型）：正極為鎳鉻合金；負(fù)極為考銅合金。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600℃，短期800℃。價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用；在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。

鉑銠30—鉑銠6熱電偶（B型）：正極為鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）；負(fù)極也為鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高；低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在50℃以下可不加補(bǔ)償；成本高。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)以下為幾種特殊熱電偶銥50銠—銥10釕熱電偶：能測(cè)量高達(dá)2100℃的高溫。鎢錸—鎢錸20熱電偶：測(cè)量溫度范圍為300～2000℃，分度精度為1％。金鐵—鎳鉻熱電偶：主要用在低溫測(cè)量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。鈀—鉑銥15熱電偶：是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑—鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。鐵—康銅熱電偶：靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價(jià)格便宜。銅—康銅熱電偶：熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻—鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)3.常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型（1）工業(yè)用熱電偶下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)為了減小熱慣性可不裝保護(hù)套管。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（2）鎧裝式熱電偶鎧裝式熱電偶又稱套管式熱電偶，斷面如圖2-20所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式：碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm任選）、壽命長(zhǎng)、熱慣性小，使用方便。測(cè)溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（3）快速反應(yīng)薄膜熱電偶

用真空蒸鍍方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶，其熱接點(diǎn)極?。?.01～0.lμm），因此，特別適用于對(duì)表面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí)，用粘結(jié)劑直接將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。常用的有：鐵—鎳、鐵—康銅和銅—康銅三種，尺寸為60×6×0.2mm，絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間快，僅為幾微秒。

2.2.3熱電偶溫度檢測(cè)（4）快速消耗微型熱電偶下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10一鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，測(cè)量精度可達(dá)±5～7℃。2.2.4溫度檢測(cè)應(yīng)用案例1.家用空調(diào)溫度檢測(cè)空調(diào)器是空氣調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)稱?！惴块g空調(diào)器的主要功能是調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的溫度、濕度，并使之保持在一定范圍內(nèi)，為人們提供舒適的生活環(huán)境?？照{(diào)器是由制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)