热电式和压电式传感器的应用任务一

θ = 1.8t + 32
T = t + 273.15
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几种温标的对比
正常体温 为37 C ， 相当于华 氏温度多 少度？
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热力学温标（K）
热力学温标是建 立在热力学第二定律 基础上的最科学的温 标，是由开尔文 （Kelvin）根据热力 学定律提出来的，因 此又称开氏温标。它 的符号是T，单位是 开尔文（K） 。
A. 气体分子的无规则运动加剧，撞击容器内壁的能量增 大；
B. 气体分子的直径增大； C. 气体分子之间的排斥力增大
答案：A
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补充温标的知识
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t（单位 ℃）、华氏温标θ（单位F）、热力学温标T（单 位K）、1990国际温标（ITS-90）等。
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练习：
1）两端密闭的弹簧管（又称波登管，见下图）中的气 体温度升高后，气体对容器内壁的压强随之增大，弹簧管 的截面趋向于圆形，截面的短轴力图伸长，长轴缩短。截 面形状的改变导致弹簧管趋向伸直，一直到与压力的作用 相平衡为止使弹簧管撑直，从而可用于测量温度。从微观 上分析，弹簧管内部压强随温度增大的原因是_______。
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练习：
正常人的体温为37C，则此时的华氏温
度约为_____，热力学温度约为______。
A. 32F，100K
B. 99F，236K
C .99F，310K
D. 37F，310K
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答案：C
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补充：温度测量及传感器分类
温度传感器按照用途可分为基准温度计和 工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和 非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻 式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有 自发电型、非电测型等。
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热电偶温度传器是利用导体的“热电效应” 制作的仪器，其敏感元件是热电偶。
热电偶由两根不同的导体或半导体一 端焊接或绞接而成。
T0
T0
热电极
冷端
A
B
T
2020/9/30热端
热电偶结构示意图
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从微观的角度分析热电势的产生：
热电偶回路产生的热电势由
接触电势质
（1）均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论其几何尺寸
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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
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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
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体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但 感温部件体积较大。
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气体的体积与 热力学温度成正比
单元五 热电式和压电式传感器的应用
热电式和压电式传感器的基本原理是把被测 量的变化直接转换为电压量或电流量的变化，然 后通过对此信号的放大处理并把此信号检测出来， 从而达到测量被测量的目的。本单元将从应用角 度出发，介绍热电式和压电式传感器的工作原理、 测量转换电路及一些应用实例。（属自发电式传 感器）
（
T 0
）
热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比
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测量端、 工作端、 热端
自由端、 参考端、 冷端
为了使用方便，标准化热电偶的热端温度与热电势之 间的对应关系都有函数表可查。这种函数表是在冷端 温度为O℃条件下，通过实验方法制定出来的，称为 热电偶分度表。热电偶分度表可用于表达热电偶的热 电特性。几种常用热电偶的分度表见附录2-1、2-2、 2-3、2-4。应注意应注意t0不等于0℃时不能使用分度 2表020由/9/30t直接查热电势值，也不能由热电势值直接查。 23
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热电势的产生： 1、接触电势
EAB（T）
NA
NB
设NA＞NB
A
B
ES
A
B
2、温差电势
EA（T,T0）
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T
EA
T0
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A
有关热电偶热电势的讨论
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势
与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数：
EAB（T，T0）=eAB （ T
）-
eAB
热电极A
左端称为：
测量端
A
（工作
端、热
端）
B
热电势
热电极B
右端称为：
自由端
（参考 端、冷 端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
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从实验到理论：热电效应
1821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？） 。
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红外温度计
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热电偶测温的主要优点
1、它属于自发电型传感器：测量时可以 不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；
2、测温范围广：下限可达-270C ，上限 可达1800C以上；
3、各温区中的热电势均符合国际计量委 员会的标准。
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(一） 热电偶的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
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。
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A
T
I
B
T＞T0 T0
把两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回 路，当两接点分别置于T和T0(设T>T0)两不同温度时， 则在回路中就会产生热电势，形成回路电流。这种现 象称塞贝克效应，即热电效应。
威廉·汤姆逊·开尔文勋爵像
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1990国际温标(ITS-90)
从1990年1月1日开始在全世界范围内 采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定 义了一系列温度的固定点，测量和重现这 些固定点的标准仪器以及计算公式，例如 水的三相点为273.16K（0.01C）等。
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任务一 热电偶在温度测量中的应用 一、任务描述与分析
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锅炉汽水生产流程及检测系统
二、相关知识
补充：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。
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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！