热电式传感器及其应用
传感器原理及应用温度传感器
传感器原理及应用温度传感器一、传感器原理传感器是将非电信号转化为电信号的装置，它通过测量其中一被测量物理量（如温度、压力、湿度等）的变化，并将其转换为可用的电信号输出。
温度传感器是一种用来测量温度的传感器，它通常由敏感元件和信号处理电路组成。
敏感元件接受来自被测对象的温度变化，并将其转化为电信号，信号处理电路进一步处理该电信号并输出。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体温度传感器等。
1.热电偶：热电偶是利用两种不同金属的热电极在温度差下产生热电势的原理进行温度测量的。
当两个不同金属的连接点分别处在不同温度下时，会在连接点间产生热电势，称为温差电动势，通过对热电势的测量，可以得到被测温度。
热电偶具有响应快、测量范围广、结构简单等优点，常用于高温环境下的温度测量。
2.热电阻：热电阻是利用材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
热电阻通常由金属或半导体材料制成，在不同温度下，其电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化，可以得到被测温度。
常见的热电阻有铂电阻，具有精度高、稳定性好等特点，广泛应用于精密温度测量领域。
3.半导体温度传感器：半导体温度传感器是利用半导体材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
半导体温度传感器通常由硅基芯片制成，其电阻值随温度变化呈现一定的规律。
通过测量电阻值，可以得到被测温度。
半导体温度传感器具有体积小、响应快、价格低等优点，广泛应用于家电、电子产品等领域。
二、温度传感器应用温度传感器在各个行业和领域有着广泛的应用。
1.工业领域：温度传感器在工业领域中被广泛应用于监测加热设备、冷却系统、炉温控制等。
它可以帮助实时监测设备的温度变化，避免因温度过高或过低导致设备故障或损坏。
2.电子产品：温度传感器在电子产品中应用广泛，如智能手机、电脑、平板电脑等。
它可以用于监测设备的温度，防止设备因温度过高而损坏。
3.汽车行业：温度传感器在汽车行业中被用于发动机温度的监测，以及空调系统、冷却系统等的温度控制。
热电式传感器的原理和应用
热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。
它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。
1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。
根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。
2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。
当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。
通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。
3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。
每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。
通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。
二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。
1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。
它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。
2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。
通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。
3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。
例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。
4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。
例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。
结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。
它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。
热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。
热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。
热电式传感器工作原理
热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。
其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。
这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。
2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。
这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。
3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。
与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。
4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。
其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。
当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。
5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。
这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。
总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。
通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。
这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。
热传感器工作原理
热传感器工作原理
热传感器是一种用来测量温度变化的传感器，它能够将温度转
化为电信号输出。
热传感器的工作原理主要基于热电效应，通过对
热电材料的加热和冷却来实现温度的测量。
在实际应用中，热传感
器被广泛应用于温度测量、热敏电阻、热电偶等领域。
热传感器的工作原理可以分为两个主要步骤，热电效应和电信
号输出。
首先，当热传感器感受到温度变化时，热电材料会产生热
电效应，即温度差会引起电压差。
这是因为热电材料的导电性会随
着温度的变化而发生变化，从而产生热电势差。
其次，通过测量这
个热电势差，可以将温度转化为电信号输出，从而实现温度的测量
和监控。
热传感器的工作原理基于热电效应，其主要特点包括灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点。
在实际应用中，热传感器被广泛应
用于工业控制、医疗设备、汽车电子、家用电器等领域。
例如，热
传感器可以用于测量发动机温度、热水器温度、空调温度等，从而
实现温度的监控和控制。
总的来说，热传感器是一种能够将温度转化为电信号输出的传
感器，其工作原理基于热电效应。
通过对热电材料的加热和冷却来实现温度的测量，并将温度转化为电信号输出。
热传感器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，被广泛应用于工业控制、医疗设备、汽车电子、家用电器等领域。
希望本文能够帮助大家更好地理解热传感器的工作原理，为实际应用提供参考。
第7章热电式传感器案例
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：导体内自由电子在高温 端具有较大的动能，因而向低 温端扩散，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把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 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
传感器技术课件-热电式传感器
热电式传感器的应用领域
工业自动化
用于测量温度、流量、气体浓度等参数，提高生产效率和质量。
能源管理
用于监测和控制能源消耗，优化能源利用效率。
汽车工业
用于发动机温度、刹车系统和座椅加热等应用。
热电式传感器与其他传感器的比较
热电式传感器
• 适用于高温环境 • 温度测量范围宽 • 稳定性和精度高
压力传感器
热电式传感器的结构及原理
结构
热电式传感器通常由热电材料、保护层、连接线 和环境接口组成。
原理
当热电材料的两端产生温度差时，热电效应将使 电场中的电子产生电流，从而实现温度测量。
热电式传感器的分类
1 温度差型热电式传感器
适用于测量温度差异的传感器，如热电偶和 热敏电阻。
2 温度感应型热电式传感器
适用于测量单一温度的传感器，如热电阻和 热电堆。
选择离测量对象最近的位置，避免热量流失。
2 防护和维护
确保传感器受到适当的防护，并进行定期检查和校准。
3 电源和电路设计
考虑传感器的电源供应和信号处理电路的设计，以确保准确运行。
热电式传感器的校验方法
1 对比法
2 零点校准
将传感器与已知准确度的 参考温度计进行偏差。
传感器技术课件-热电式 传感器
热电式传感器是一种能够将热量转化为电能的传感器。了解其基本原理、结 构和应用领域，以及其优点和缺点是非常重要的。
什么是热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电压或电流输出的传感器。它利用热电效应来测量温度，并将温度变化 转化为电信号。
热电效应的基本原理
热电效应是指当两个不同材料的接触点形成温度差时，产生的电压或电流。 这种效应是由于不同材料的电子在温度梯度下产生的差异。
常用传感器与敏感元件(热电式传感器)
B
即：EABT1，T3 EABT1，T2 EABT2，T3
热电偶传感器
（5）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不 会影响热电偶的热电势。 中间导体定律
C
T0
T0
A
B
T
T0
C
T1
A T1 B
T
热电偶传感器
（6）当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶 的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的和， 即：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0) 标准电极定律 或：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)
热电偶传感器
◆镍铬－镍硅(镍铬－镍铝)热电偶(WREU)
（1）由直径1.22.5mm的镍铬与镍硅制成，用符 号EU表示，镍铬为正极，纯镍硅为负极。
（2）化学稳定性好，1200C以下范围长期使用，短 期测量温度高达1300℃，热电势大，线性好价格便 宜。 （3）测量精度偏低。
热电偶传感器
◆镍铬－考铜热电偶(WREA) （1）由直径1.22.0mm的镍铬材料与镍、铜合金 制成，用符号EA表示，镍铬为正极，考铜为负极。
镍铬-镍硅
镍铬-考铜 镍铬-铜镍
WRN
EU-2 或K
0～ 1300℃
≤400℃ ±3.0℃
>400℃ ±0.75%t
0～
WRK EA-2 800℃ ≤300℃ >300℃
WRE 或E 0～ ±3.0℃ ±1.0%t
1000℃
例1：用铂铑30-铂铑6热电偶测温，已知冷端温度为50ºC， 实测的热电势为8.954mV，试求预测的温度值。
2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
热电式传感器的应用
热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。
它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。
下面将详细介绍热电式传感器的应用。
一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。
热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。
当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。
通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。
热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。
二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。
在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。
热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。
热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。
三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。
在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。
热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。
热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。
四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。
在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。
压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。
这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。
五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。
例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。
成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。
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热电式传感器及其应用
（二）非接触式温度传感器
应用：在电流最大值和 功率恒定部分，作为恒 温发热体，如卷发器， 暖风机，限流器以及液 面报警器等。
பைடு நூலகம்热电式传感器及其应用
电流—时间特性
电流持续一定的时间ta，然后急剧减小Ia-Ib。
应用：利用电流与时间延迟特性具有最大初电流和 急剧连续衰减部分，可用于启动元件、消磁元件、 过流保护、定时器等
热电式传感器及其应用
第3章 生物医学传感器基础 3.8 热电式传感器及其应用
热电式传感器及其应用
主要内容
3.8.1 热敏电阻式传感器、 3.8.2 PN结温度传感器 另：
热释电传感器 石英谐振温度传感器 热电偶
热电式传感器及其应用
温度传感器的种类及特点
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触 进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降 低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测 量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度 的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
l．辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四种：光学高温计、比
色高温计、辐射高温计和光电高温计。
2．光谱高温计 前苏联研制的YCI—I型自动测温通用光谱高温计,其测
量范围为400～6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进 行自动测量。
3．超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。
0~6300C
Rt R0(1AtB2)t
-200~00C
R t R 0 (1 A B t2 tC (t 1)0 t3 )0
热电式传感器及其应用
热电式传感器及其应用
3.8.1.2 半导体热敏电阻
半导体热敏电阻分为三种类型：
热电式传感器及其应用
PTC
施主掺杂的钛酸钡（BaTiO3）陶瓷，通过适当的 工艺加工所获得的半导体，都具有某个临界温度 以上出现阻-温集聚变化的PTC效应。 个基本特性及应用
电阻—温度特性
把温度变化转换为电信号取出来，从而进行温度检测、指 示、控制、补偿和火灾报警 原料：SrO、TiO2、PbO、Nb2O5、SiO2等 特性曲线：电阻值随温度变化而改变
热电式传感器及其应用
电压—电流特性
如图所示，在转折点B前的AB段，电流与电压成正比，类似与普通电阻特 性； 在转折点B后的BC段，随着功耗增大，温度升高导转折点时，阻值急剧上 升，电流随着电压的上升而下降， 在转折点附近。阻体所耗散的功率恒定。
热电式传感器及其应用
3。几种常见热敏电阻和探头的结构外形
热电式传感器及其应用
3.8.1.1 金属热敏电阻
大多数金属的电阻率都与温度成正比：
R TR 0[1(TT 0)]
T时的电阻 T0时的电阻
T0时的电阻系数
金属的温度系数为正
单晶半导体为正
陶瓷半导体的为负
热电式传感器及其应用
铂热敏电阻
铂电阻的阻值和温度 之间的关系接近线性：
热电式传感器及其应用
线性化 (a)并联电阻
(b)串联电导
热电式传感器及其应用
在曲线的拐点附近，曲线近似为线性，因 此把测量温度范围的中点Ti设在拐点处。 根据拐点处热敏电阻RT的值，选择并联电 阻Rp，Rp计算公式推导： 由于RT = R0 eB/T ,故
NTC型
NTC陶瓷的晶相结构都属于尖晶石结构，
化学通式AB2O4 导电机制：通过可变价的导价金属离子之间的电子交换，属P型半导 体； 其载流子的浓度与晶格中各种缺陷浓度有关。
电阻温度特性：
B(1 1 )
RT R0e T T0
电阻温度系数：
T
dRT dT B
R T 热电式传感器及其应用
2
T
NTC热敏电阻
热电偶
1． 热铁氧体 2． Fe-Ni-Cu合金
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器
种
超声波温度计
类
示温涂料 液晶
半导体二极管
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅
热电式传感辐器及射其应温用度传感器 光学高温计
3.8.1 热敏电阻式传感器
几乎所有物质的电阻率都随其本身温度变化而变化，这 一物理现象称为热电阻效应 利用热电阻效应制成的温度敏感元件称为热敏电阻
目前国外有可测到5000℉的产品。
4．激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS
公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1％。美国麻省 理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚变 研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。
热电式传感器及其应用
体积热膨胀
物
理
电阻变化
现 温差电现象 象 导磁率变化
电容变化
压电效应
超声波传播速度变化 物质 颜色
P–N结电动势 晶体管特性变化
可控硅动作特性变化
热、光辐射
1.气体温度计
2. 玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计
铂测温电阻、热敏电阻
热电式传感器及其应用
3.8.1.4 半导体热敏电阻的线性化
在精密温度测量中,热敏电阻非线性温度特 性影响测温精度。 在一定温度范围内,有两种方法线性化
用恒流源供电，热敏电阻两端电压作温度指示, 则用一适当的电阻Rp与热敏电阻RT并联进行 线性化,如下图(a)所示。 以恒压源供电,把热敏电阻的电流作为温度指 示,在RT上串联电导Gs进行线性化，如下图(b) 所示。
非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出 红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成 本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸 收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等。
热电式传感器及其应用
（－）接触式温度传感器
1．常用热电阻 范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连 续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。 2．管缆热电阻 测温范围为-20～＋500℃，最高上限 为1000℃，精度为0.5级。