热电偶温度传感器的制作
温度传感器工作原理
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。
热电偶温度传感器的测温原理
热电偶温度传感器的测温原理
热电偶温度传感器是一种利用电子原理测量和监测温度的特殊器件，它主要利用了热电效应的原理，它的工作原理是运用原子层的原理，建立一个由热电材料中两个热电片之间的电位耦合系统，当电流穿过两个热电片时，热电片的温度不一的情况下电位的值是不同的，这种差异值可以转换成一定的电位值通过多参数模型分析，从而计算出温度值，使用温度传感器测量可以完成对温度环境变化的快速反应，比较精准的实现高精度的测量。
热电偶温度传感器主要由包括几部分组成：由热电材料生成的热电片，触点装置，一个支架，和输入模块。
热电材料由两个热电片，用特殊产生的负温度系数和热电阻器，这样当他们之间的温度不一致时，热电效应便会产生，即当温度变化时，当这两个热电片之间的温度发生变化时，他们之间就会产生出电位差，可以根据电位差判断出温度变化幅度。
支架和输入模块则会将两个热电片芯片固定在一起，用来将热电片的信号转换成有效输出对应的电压和电流，从而可以方便的被主机计算机进行采集，进而实现温度高精度的测量。
热电偶温度传感器是多用途的，相比于其他的温度计，在它的尺寸小，重量轻，可靠性、稳定性高的同时具有很强的噪声抑制能力等特点，因此，在一些重要位置要求高精度测温的场合，热电偶温度传感器时最为理想的选择。
温度传感器的制造工艺分析
温度传感器的制造工艺分析温度传感器的制造工艺分析1. 引言温度传感器是一种测量环境温度变化的装置，广泛应用于工业生产、环境监测、医疗诊断等领域。
本文将对温度传感器的制造工艺进行深入分析，以便更好地理解其原理和应用。
2. 基本原理温度传感器通常采用电阻、热电偶或半导体等材料构建。
其中，电阻型温度传感器根据温度变化引起电阻值的改变来测量温度；热电偶则利用材料在不同温度下产生的电动势差来进行温度测量；而半导体温度传感器则通过利用半导体材料的电学性能与温度之间的关系来测量温度。
3. 制造工艺3.1 材料选择在温度传感器的制造过程中，材料的选择非常重要。
电阻型温度传感器中常用的材料有铂、铜和镍等，这些材料具有良好的电阻温度特性。
热电偶的常用材料包括铜/铜镍、铬/铝和铁/铜等，这些材料在不同温度下产生的电动势差较大。
半导体温度传感器通常采用硅、锗或碳化硅等材料，这些材料具有良好的温度敏感特性。
3.2 制造过程制造温度传感器的过程包括以下几个关键步骤：- 材料准备：根据传感器类型和要求，选取相应的材料，并进行预处理，如铂丝拉丝和纯化等。
- 元件加工：根据设计要求，对材料进行切割、弯曲、刻蚀等加工步骤，以制作出符合传感器形状和结构的元件。
- 元件组装：将加工好的元件进行组装，并与电路板、连接线等部件进行连接，以形成完整的温度传感器。
- 测试和校准：对制造好的温度传感器进行测试和校准，以保证其测量精度和稳定性。
- 封装和包装：将测试和校准合格的温度传感器进行封装和包装，以保护其免受外界环境的干扰。
4. 工艺优化为提高温度传感器的性能和可靠性，可以采取以下工艺优化措施：- 优化材料选择：选择具有高温稳定性、低温漂移和良好热传导性能的材料，并严格控制材料的纯度和特性。
- 加工精度控制：加强对元件加工过程中的精度控制，避免因加工误差导致传感器性能不稳定。
- 封装与散热设计：合理设计温度传感器的封装结构和散热措施，以保证其在高温或特殊环境下的可靠性和稳定性。
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。
例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。
把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。
所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。
接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。
其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。
温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。
其。
热电偶温度传感器工作原理
热电偶温度传感器工作原理
热电偶温度传感器是一种常用的温度测量装置，其工作原理基于热电效应。
热电偶由两种不同金属的导线连接而成，将其两个接头处暴露于测量环境中，形成一个开路电压。
当两个接头处的温度不同时，会在热电偶导线上产生热电动势，从而引起开路电压的变化。
热电偶温度传感器的工作原理可以简单表述为：当两个接头处的温度不同时，两种不同金属之间形成一个温度梯度，使其产生了一个由冷端（参考温度）到热端（测量温度）的电动势。
这个电动势是由两种不同金属的热电特性差异引起的。
常见的热电偶材料包括铜-常规其他材料（如铜-镍，铜-铬，铜-铁等）。
具体而言，当两个接头处的温度差不大时，热电势（电压）与温度差成正比，即可用热电势表示温度差。
这是因为当两个接头温度一致时，两段热电偶导线内的热电势相互抵消，形成零电压输出。
当存在温度差时，两段导线上的热电势不再抵消，导致有电压输出。
要注意的是，热电偶的输出电压非常微弱，一般为几微伏至几毫伏的量级。
为了准确测量温度，通常需要使用放大器或数据采集系统来放大和采集热电偶输出的电压信号。
温度传感实验报告
一、实验目的1. 了解温度传感器的基本原理和种类。
2. 掌握温度传感器的测量方法及其应用。
3. 分析不同温度传感器的性能特点。
4. 通过实验验证温度传感器的测量精度和可靠性。
二、实验器材1. 温度传感器实验模块2. 热电偶（K型、E型）3. CSY2001B型传感器系统综合实验台（以下简称主机）4. 温控电加热炉5. 连接电缆6. 万用表：VC9804A，附表笔及测温探头7. 万用表：VC9806，附表笔三、实验原理1. 热电偶测温原理热电偶是由两种不同金属丝熔接而成的闭合回路。
当热电偶两端处于不同温度时，回路中会产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，即热电势。
热电势与热端和冷端的温度有关，通过测量热电势，可以确定热端的温度。
2. 热电偶标定以K型热电偶作为标准热电偶来校准E型热电偶。
被校热电偶的热电势与标准热电偶热电势的误差可以通过以下公式计算：\[ \Delta E = \frac{E_{\text{标}} - E_{\text{校}}}{E_{\text{标}}}\times 100\% \]其中，\( E_{\text{标}} \) 为标准热电偶的热电势，\( E_{\text{校}} \) 为被校热电偶的热电势。
3. 热电偶冷端补偿热电偶冷端温度不为0，因此需要通过冷端补偿来减小误差。
冷端补偿可以通过测量冷端温度，然后通过计算得到补偿后的热电势。
4. 铂热电阻铂热电阻是一种具有较高稳定性和准确性的温度传感器。
其电阻值与温度呈线性关系，常用于精密温度测量。
四、实验内容1. 热电偶测温实验将K型热电偶和E型热电偶分别连接到实验台上，通过调节加热炉的温度，观察并记录热电偶的热电势值。
同时，使用万用表测量加热炉的实际温度，分析热电偶的测量精度。
2. 热电偶标定实验以K型热电偶为标准热电偶，对E型热电偶进行标定。
记录标定数据，计算误差。
3. 铂热电阻测温实验将铂热电阻连接到实验台上，通过调节加热炉的温度，观察并记录铂热电阻的电阻值。
温度传感器—热电偶测温实验
温度传感器—热电偶测温实验一、实验原理：由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
图1 热电偶测温系统图图1中T 为热端，To 为冷端，热电势Et=)T ()T (o AB AB本实验中选用两种热电偶镍铬—镍硅（K ）和镍铬—铜镍（E ）。
实验所需部件：K 、E 分度热电偶、温控电加热炉、214位数字电压表（自备） 二、实验步骤：1、观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。
温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。
温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。
然后将拨动开关扳向“测量”侧，（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。
2、首先将温度设定在50℃左右，打开加热开关，热电偶插入电加热炉内，K 分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E 分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，214位万用表置200mv 档，当钮子开关倒向“温控”时测E 分度热电偶的热电势，并记录电炉温度与热电势E 的关系。
3、因为热电偶冷端温度不为0℃，则需对所测的热电势值进行修正E （T ，To ）=E(T,t 1)+E(T 1,T 0)实际电动势＝测量所得电势 ＋温度修正电势查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。
4、继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃和130℃，重复上述实验，观察热电偶的测温性能。
三、注意事项：加热炉温度请勿超过150℃，当加热开始，热电偶一定要插入炉内，否则炉温会失控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温度。
热电偶温度传感器、热电阻温度传感器工作原理及特点
-167～40℃ ±2.5℃
-200～-167℃ ±1.5%t
-67～40℃
±1℃
—
-200～
-67℃
±1.5%t
Φ0.3 700～ 800 Φ0.5 800～ 900 Φ0.8 1.0 900～ 1000 Φ1.2 1.6 1000～ 1100 Φ2.0 2.5 1100～ 1200 Φ3.2 1200～ 1300
□廉金属热电偶丝直径的标准形式(mm)
分度号 保护管
外径
单支式
K 1
20 6 2 . 3.2 5
N 1
20 6 2 . 3.2 5
E 1
20 6 2 . 3.2 0
J 1
20 6 2 . 3.2 5
T 20
3.2
1
1
1
1
双支式 . 2.5 . 2.5 . 2.0 . 2.5
2.5
2
2
2
2
热电偶热电阻保护管 □ 金属保护管材料及特性
□ 置入深度 ●热电偶最小置入深度 对陶瓷保护管而言，应不小于保护管直径的 10～15倍； 对金属及合金保护管，应大于保护管直径的 15～20倍。
□ 热电阻最小置入深度
lmin = ln+15D lmin—最小可用置入深度 ln — 感温元件长度 D — 保护管外径
□ 绝缘电阻
●装配式热电偶绝缘电阻
·适于远距离测量和控制。
·无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求
b、缺点
出。
·测量准确度难以超过0.2℃，
·输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性
·必须有参考端，并且温度要保持恒定。
输出，显示仪表可均匀刻度。
·在高温或长期使用时，因受被测介质影响或 b、缺点
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热电偶温度传感器的制作
温度传感器在工业生产和生活中发挥着越来越多的作用，其中以铜-康铜为代表的热电偶传感器因为其稳定可靠、灵敏度高、制作成本低等优点而被广泛应用。
通过选择材料对比方案制作了铜-康铜热电偶传感器，并通过实验测量了所做温度传感器的特性曲线，与理论值进行了比较，实验值与理论值具有共同的趋势。
标签：铜-康铜热电偶温度传感器热电势
引言
温度与我们每个人息息相关。
在生物学中，温度的高低直接决定了生物体的生命活动状态。
在工农业生产、科学研究过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
在钢花四溅的炼钢车间，要想多出钢、出好钢，就必须对炉温进行实时测量和有效控制；在现代化大型温度里，要想四季收获新鲜蔬菜和良种，就必须对温度进行监视和及时的调制。
在我们的日常生活中，温度的测量也占有十分重要的地位。
其中，热电偶温度传感器由于具有灵敏度高、可靠性强、抗震抗摔、互换性好以及适于远距离测量和自动控制等优点，被广泛应用于制冷、化工、食品、轻工、农业科学研究等领域，在现代社会科学中大放异彩。
本课题将制作一种接触式的热电偶温度传感器，用来对一些精度要求不高的温度行进测量。
一、基本原理
两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成一个闭合回路，如图1所示，当导体两端的温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成热电流。
这一现象称为热电效应。
回路中产生的电动势称为热电势。
图1 热电偶的结构示意图
通常把上述两种不同导体的组合称为热电偶，称A、B两导体为热电极。
两个接点中，一个为工作端或热端，测量时将它置于被测温度场中；另一个叫自由端或冷端，一般要求恒定在某一温度[1]。
下面说明由于两端温度不同而产生热电势的原理。
在图1所示的热电偶回路中，所产生的热电势是由接触电势和温差电势组成的。
其中，接触电势是主要部分。
接触电势产生的原因基于不同导体的自由电子密度不同。
当两种不同的导体A、B紧密连接在一起时，在A、B的接触处就会产生电子的扩散。
设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，那么在单位时间内，由导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数多。
这时，导体A因失去电子而带正电，导体B因得到电子而带负电，于是在接触表面上便会形成一个电场，在A、B之间形成一个电位差，即电动势。
这个电动势将阻碍电子由导体A向导体B的进一步扩散。
当电子的扩散作用与阻碍扩散的作用相等时，接触
处自由电子的扩散便达到了动态平衡。
这种由于两种导体自由电子密度不同而在其接触处形成的电动势，称为接触电势。
热电势的另一个组成部分温差电势则是由于在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。
由于產生的热电势与两接点的温度差有关，必须先固定冷端的温度才能确立热电势与测温端温度的对应关系。
目前规定冷端在零摄氏度时给出热端温度与热电势的数值对照表称为标准分度表。
用热电偶测温时，如冷端保持零摄氏度，则测得的热电势可通过查表得出所测温度。
在实际使用中要保持冷端温度为零摄氏度是不方便的，如果以室温作为冷端温度测温，则需要进行补偿。
如图2所示，由于热电偶的材料一般都比较贵，当测量点到仪表之间距离较远时，为了降低成本，通常在热电偶冷端接点上用补偿导线（第三导体）将热电势接入仪表。
可以证明，热电偶的热电势在引入的补偿导线两端温度相等时，不会因此而受到影响。
图2 在热电偶中引入补偿导线
二、设计思路
在综合考虑了传感器的灵敏度、实验现象是否明显、制作成本等现实情况之下，打算采用铜—康铜这两种金属来制作热电偶传感器。
因为铜—康铜两种金属材料在-200～400℃范围内其温差电势与温度之间存在着良好的线性关系（如图3），在±100℃的范围内具有优秀的测量结果。
图3 铜-康铜温差电势与温度的关系
所谓铜—康铜热电偶（如图4），是指它的正极是纯铜，负极是铜镍合金（Cu 55%，Ni 45%），通常称作康铜。
图4 铜-康铜热电偶示意图
虽然理论上任何铜丝和康铜丝都可以用来制作热电偶，但在实际情况中，考虑到现实中的可行性和可用性，对构成热电偶正极和负极铜丝和康铜丝的材料必须认真选择。
首先为了保证良好的测量效果，必须要选择均匀质地的材料；其次，考虑到机械强度、韧性、绝缘性能、实际测量接口大小、价格等多方面因素，综合以上考虑，可以选择直径在0.5mm左右的塑膜漆包铜丝和漆包康铜丝作为热电偶的制作材料。
为了达到较远的测量距离，可以采用铜导线或铁丝作为第三导体[2]。
待热电偶的基本制作完成后，则还需要进行测量电路的设计。
这是由于如果仅通过热电偶本身的电压变化来测定温度的话，由于改变量通常较小，在实际的测量过程中无法进行精准的测量。
所以，通常情况下都会先对热电偶的输出电压进行放大后再进行测量[3]。
这可以采用运算放大器来对输出的电压进行放大，但要注意的是，测量所用的运算放大器的漂移必须要很小，以免干扰测量结果。
放大电路的示意图如图5所示：
放大电路的增益：A1=R2/R1=10
A2=R6/R5=20
A= A1 A2=10·20=200
此放大电路通过两级放大，可以使输入电压VT被放大200倍。
在具体的测量过程中也可根据所测温度值的大小对通过RW1对放大倍数进行调整。
前面已经说过，若在室温下使用热电偶进行温度的测量，则需要对冷端进行温度补偿。
这里，为了减少具体操作过程中可能会产生的误差，我们决定采用计算修正法对冷端温度进行补偿。
根据公式
EAB（T，T0）=EAB（T，TH）+EAB（TH，T0）
可以计算出在实际室温情况下冷端的实际温度。
其中TH表示冷端的实际温度，T代表待测温度，T0代表的温度是标准的0℃。
这里需要用到两次分度表，这样可以计算出热电势所对应的热端温度值。
三、测量结果与分析
图6 实验所测数据与理论数据趋势图
从以上的实测数据和图6中的曲线可以看出，本次实验的测量值与分度表的标准值相差较大，但欣慰的是，实验所测得的值依旧呈现出一定的线性趋势性。
在本次设计实验中，并未能完全按照之前所设计的实验执行实验方案。
其原因主要有以下几点，这也是实验的测量结果与设计实验中的分度表数据产生差值的原因：
1）康铜难以买到，以至于做实验时实际所用的两种金属材料分别为铜和铜锰镍合金。
2）实验中的模拟电压放大电路所放大的电压实际放大倍数大约为120倍左右。
3）在进行温度电压测量的过程中，并没有能使温度保持完全恒定的装置，故在实际测量过程中的温度值并非恒定准确值。
4）由于测量仪器的精度所限，所测得的读数不是很准确。
5）在放大电路上所产生的误差，自制的放大电路并不稳定，在放大电压的
过程中必然会产生误差。
6）由于两种金属之间的结合程度所带来的误差。
四、进一步改进方案
有了此次制作热电传感器的经验，若想将此传感器进一步改进。
可以采取以下的措施让实验更加完美：
1）选用标准的热电偶材料与其标准分度表进行对照。
2）采用恒温箱恒定所测温度。
3）重复进行多次实验并用计算机进行数据处理以尽可能的减小误差。
参考文献
[1]刘笃仁，韩保军等.传感器原理及应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[2]刘晓辉，鲁墨森等.铜—康铜测温热电偶的制作和标定[J].落叶果树，2009.
[3]薛郑生.一种热电偶制作方法[J].现代制造工程，2003（07）.。