第一章 认识温度传感器 1.1温度测量的基本概念

学习目标： （1）理解温度传感器的概念 （2）熟练掌握温度传感器的分类 （3）了解实用温度传感器材料满足的条件

温度对生命状态的影响 症状 症状 症状 低温 失去 必然 昏迷 知觉 死亡 人的正常体温平均在36~37度 下降到35度时 下降到31度时 下降到24度时 症状 必然 死亡

温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。 温度测量的基本概念 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。 低温 高温 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！

温标 1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。

介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案变得清晰可辨

变色涂料在电脑内部温度中的示温作用 CPU散热风扇 温度升高后变为红色 低温时显示蓝色

体积热膨胀式 不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。 气体的体积与热力学温度成正比

红外温度计

l973年4月国际电工委员会(IEC)第65次技术委员会通过了统一标准，规定了传感器输出电量信号的规格： 过程控制系统的模拟直流电流信号为： 0～10mA DC或4mA～20mA DC， 模拟直流电压信号为：lV～5V DC。 变送器：是一种将非标准电量信号转换为统一的标准电量信号的装置，有些变送器还兼具信号检测功能。因此，变送器是一种输出标准电信号的传感器。

一、温度传感器介绍 温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。 温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，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，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。

二、温度传感器的分类 （1）按测量方式可分为接触式和非接触式 （2）按照传感器材料及电子元件特性分为 热电阻和热电偶

接触式:是指传感器直接与被测物体接触，从而进行温度测量，这是温度测量的基本形式。 （1）特点:是通过接触方式把被测物体的热量传递给传感器，从而降低了被测物体的温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。 （2）前提条件:是被测物体的热容量要足够大且大于温度传感器。

接触式温度传感器 体积变化：固体热膨胀—双金属温度计 液体热膨胀—玻璃液体温度计、 液体压力式温度计 气体热膨胀—气体温度计、气体压力式 电阻变化：金属热电阻—铂、铜、铁电阻温度计 半导体热敏电阻—碳、锗、金属氧化物 等半导体温度计 电压变化：PN结电压—PN结数字温度计 热电动势变化：廉价金属热电偶—镍铬-镍硅电偶 贵金属热电偶— 难熔金属热电偶— 非金属热电偶—碳化物热电偶 频率变化：石英晶体—石英晶体温度计 其他： 光纤温度传感器、声学温度计等

双金属温度计： 是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80—500摄氏度范围内液体蒸汽和气体介质温度。 测温原理：工业用双金属温度计主要元件是一个用两种或多种金属片叠压在一起组成的多层金属片，利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理制成的。当温度发生改变时，感温器件的自由端随之发生转动，带动细轴上的指针产生角度变化，在标度盘上指示对应的温度。

热电偶：是利用铜-康铜、镍铬-镍铝、铂-铂铑等不 同金属或合金的接合界面上，由于出现温度差而产生热电动势，测量这个电动势来测量物体温度的。 热敏电阻：是一种如氧化半导体陶瓷的电阻体，其阻值随温度变化非常显著。 热敏电阻传感器：是将测温电阻体构成桥梁对温度进行测量，这样可以消除由于环境温度变化引起的温漂，并能减小测量值得偏移及噪声。

热电阻传感器

热电偶温度传感器

这种传感器简便、小型、坚固，并且设计简单，除广泛应用于微波炉、电热毯、空调等家用电器以外，还广泛应用于汽车、船舶。

2、非接触式:是测量物体热辐射发出的红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测，这是接触式所做不到的. 分类：量子型—利用半导体吸收光而使电子迁移 热型—吸收光而引起温度变化 应用：广泛应用于辐射温度计、报警装置、自动门、 气体分析仪、分光光度仪等。

激光红外温度传感器

1 任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。 非接触式温度传感器在高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。 任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。 测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。 非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计

1 辐射换热是三种基本的热交换形式之一 一、辐射换热 波长范围：10-3m～10-8m 在低温时，物体辐射能量很小，主要发射的是红外线。随着温度的升高，辐射能量急剧增加，辐射光谱也向短的方向移动，在5000C左右时。辐射光谱包括了部分可见光；到8000C时可见光大大增加，即呈现“红热”；如果到30000C时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。 辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面的“颜色”来大致判断物体的温度，这就是辐射测温的基本原理。

1 物体分类： 黑体（绝对黑体）： 照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。 透明体： 照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。 镜体、白体： 照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现平整光滑，反射具有一定 规律，则该物体称之为“镜体”；若反射无一定规律，则该物体称为“绝对 白体”或者简称为“白体”。

1 二、光学高温计 精密光学高温计用于科学实验中的精密测试； 标准光学高温计用于量值的传递，例如，在物质熔点、热容量和相变点的测定中使用。 光学高温计可用来测量800～32000C的高温。 由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。 光学高温计测量的温度称为亮度温度(TL)，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。

1 工业用光学高温计分类： 隐丝式： 利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度与被测物体的 亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。 恒定亮度式： 利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比 较，当两者亮度相等时，根据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。 由于隐丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，所以应用广泛。

1 隐丝式光学高温计 光学系统： 红色滤波片，造成一个较窄的有效波长 吸收玻璃，目的是扩展量程 目镜和物镜是一套光学系统 电测系统： 包括指示仪表、灯泡、电源和调节电阻四部分。光学高温灯泡：标准辐射源 电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路 原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平衡电桥式四种。

1 WGG2-201型光学高温计 1－物镜；2－吸收玻璃；3－灯泡；4－红色滤波片； 5－目镜；6－指示仪器；7－滑线电阻； E－电源；S－开关；R1－刻线调整电阻

1 三、光电高温计 光学高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于8000C时，光学高温计对亮度无法进行平衡。 光电高温计是在光学高温计测量理论的基础上发展起来的一种新型测温仪表。它采用新型的光电器件，自动进行平衡，达到连续测量的目的。

1 主要特点： ①采用光敏电阻或者光电池作为感受辐射源的敏感元件来代替人眼的观察； ②采用一参考辐射源与被测物体进行亮度比较，由光敏元件和电子放大器组成鉴别和调整环节，使参考辐射源在选定的波长范围内的亮度自动跟踪被测物体的辐射亮度，当达到平衡时即可得到测量值； ③在平衡式测量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有变化，对测量结果影响较小，参考辐射源选用钨丝灯泡，能保持较高的稳定性，因此具有较高的精度和连续测量的特性； ④设计了手动值修正环节，可显示物体的真实温度； ⑤采用新型光敏元件，测量范围宽，约为200～16000C。

1 WDL-31型光电高温计的工作原理 1－物镜；2－同步信号发生器；3－调制镜；4－微电机； 5－反光镜；6－聚光镜；7－参比灯；8－探测元件

1 四、辐射温度计 根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的。 组成：辐射感温器和显示仪表两部分 可用于测量400～20000C的高温，多为现场安装式结构。 为适应现场高温环境的要求，可在辐射感温器外加装水冷夹套。辐射高温计测量的温度称为辐射温度，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。

1 WFT-202型辐射感温器结构 1－物镜；2－外壳；3－补偿光阑；4－座架；5－热电堆；6－接线柱； 7－穿线套；8－盖；9－目镜；10－校正片；11－小齿轴

2 温度传感器总体选用原则 选择温度传感器比选择其它类型的传感器所需要考虑的内容更多。首先，必须选择传感器的结构，使敏感元件的规定的测量时间之内达到所测流体或被测表面的温度。温度传感器的输出仅仅是敏感元件的温度。实际上，要确保传感器指示的温度即为所测对象的温度，常常是很困难的。 1、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的； (2)被测试量的选择； (3)测量范围； (4)输入信号的幅值，频带宽度； (5)精度要求； (6)测量所需要的时间。

2 温度传感器的选用 2、与传感器有关的技术指标 (1)精度； (2)稳定度； (3)响应特性； (4)模拟量与数字量； (5)输出幅值； (6)对被测物体产生的负载效应； (7)校正周期； (8)超标准过大的输入信号保护。

2 温度传感器的选用 3、与使用环境条件有关的因素 (1)安装现场条件及情况； (2)环境条件(湿度、温度、振动等)； (3)信号传输距离； (4)所需现场提供的功率容量。 4、与购买和维修有关的因素 (1)价格； (2)零配件的储备； (3)服务与维修制度，保修时间； (4)交货日期。

2 温度传感器的选择 热电偶热电阻温度传感器的特点

2 温度传感器的选择

2 温度传感器的选择 热电阻特点： 优点 • 准确度高。在所有常用温度计中，它的准确度最高，可达 1mk。 • 输出信号大，灵敏度高。如在 0℃用 Pt100铂热电阻测温，当温度变化 1℃时，其电阻值约变化 0.4Ω，如果通过电流为 2mA，则其电压输出为 800µV 左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。 • 测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持 0.1℃以下的稳定性。 • 无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。 • 输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出，显示仪表可均匀刻度。 缺点 • 采用细金属丝的热电阻元件抗机械冲击与振动性能差。 • 元件结构复杂，制造困难大，尺寸较大，因此，热响应时间长。 • 不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。

2 单元二 温度传感器的选用 热电偶和热电阻选型 普通装配式热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选用 铠装式热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选择 铠装装配式热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选择 铠装装配式热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选择 防爆热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选择 防爆热电偶、热电阻选型表

2 单元二 温度传感器的选择 耐磨热电偶、热电阻选型表

2 温度传感器的选择 耐磨热电偶、热电阻选型表

作为实用传感器材料必须满足如下一些条件： (1)在使用温度范围内温度特性曲线要求达到的精度能符合要求。 (2)为了将它用于电子电路的检测装置，要具有检测便捷和易于处理的特性及一定的量。 (3)特性的偏移和蠕变越小越好，互换性要好。 (4)对于温度以外的物理量不敏感。 (5)体积要小，安装要方便。 (6)要有较好的机械、化学及热性能。这对于使用在振动和有害气体的环境中特别重要。 (7)无毒、安全以及价廉，维修、更换方便等。

1 认识温度传感器—温度检测 归纳总结 温度传感器是将温度转换成电信号的传感器。 作业 联系生活并且上网搜集各个领域中的温度传感器。