第 7 章 热电式传感器温度 电信号（电阻、电压、电流等）

热电阻 热电式传感器 PN 结型热电式传感器 热电偶

7.1 热电阻

温度 t 电阻 Rt

热电阻： 金属热电阻（铂热阻、铜热阻等） 半导体热敏电阻（ PTC 、 NTC 、 CTR ）

7.1.1.1 原理、结构和材料 原理：电阻 - 温度效应—大多数金属导体的电阻都

随温度而变化。电阻 - 温度特性方程： Rt=R0 (1 + t +t2 + … ) （ 7-1 ）

热电阻感温元件—纯金属材料，其性能要求： 大则灵敏度高； 理化性能稳定； 恒定，以保证线性关系； 大，体积尺寸小； 复现性好。

1.7.1.1 金属热电阻

7.1.1 金属热电阻1 ．铂热电阻（ WZP ） 结构材料： φ0.02 ～ 0.07mm Pt 丝绕在云母等绝缘骨架上（无感绕制），装入保护套管，接出引线；或箔式结构；薄膜式结构。 ＝ 0.0981×106 ·m ；

图 7-1 铂热电阻的结构

7.1.1 金属热电阻 测温范围和应用： － 259.34 ～ 630.74℃； 温度基准、标准用。 百度电阻比： W(100)— 纯度； W(100) ＝ R100 / R0

基准铂热电阻： W(100)≥1.39256 ， 纯度 99.9995 ％； 精度： 0.001℃～ 0.0001℃ 工业用标准热电阻： W(100)≥1.391 ， 精度： 200℃～ 0℃， 1℃； 0℃～ 100℃， 0.5℃； 100℃～ 650℃， (0.5 ％ )t

7.1.1 金属热电阻 电阻—温度关系： Rt=R0 (1+At+Bt2 ) 0 ≤℃ t≤650℃ Rt=R0 (1+At+Bt2 +C(t100)t3 ) 200 ≤℃ t≤0℃其中 A 、 B 、 C 与 W(100) 有关，见附表 7-1 。 在测温范围不大时，基本线性。 分度号： Pt100 ， （ R0=100 ）； Pt50 ， （ R0=50 ）； Pt1000 ，（ R0=1000 ）； 等。 分度表：见附表 7-1 。

7.1.1 金属热电阻2. 铜热电阻（ WZC ） 结构材料： Cu 丝绕制，＝ (4.25 ～ 4.28) ×10-3 / ℃ ＝ 0.017×10-6 ·m ； 测温范围和应用： 50℃～ 100℃，工业用温度计； 百度电阻比： W(100)≥1.425 ， 精度： 50℃～ 50℃， 0.5℃， 50℃～ 100℃， (1 ％ )t 电阻－温度特性： Rt=R0 (1 + t ) ，在测温范围内线性。 分度号： Cu100 ， Cu50 ，等。 分度表：见附表 7-2

另外，铁、镍材料也可制作热电阻温度计。

7.1.1 金属热电阻

7.1.1.2 热电阻测量线路 直流电桥线路，主要考虑其引线电阻和接触电阻影响，

常采用三线接法和四线接法。如图 7-2 、图 7-3 所示。 其次考虑工作电流的热效应影响，工作电流 <10mA 。

图 7 － 2 热电阻测温电桥的三线连接法

7.1.1 金属热电阻

图 7-3 热电阻测温电桥的四线连接法

7.1.1 金属热电阻

7.1.1.3 热电阻的应用 1 ．铂热电阻测温 恒压工作的铂热电阻测温电路如图 7-4 （ a ）所示。 热电阻选用 TRRA1023B(Pt1000) ， R0 ＝ 1000 ； 传感器工作电压 UB ＝ 10V ＋ e1 。 测温电桥输出：

可得 10mV/℃的电压灵敏度。))(( 0101

21

RRRRR

AURRU Bout

；

7.1.1 金属热电阻

图 7 － 4 恒压工作铂热电阻测温电路

（ a ）测温电路；（ b ）直流 / 交流变换器电路

7.1.1 金属热电阻 恒流工作的铂热电阻测温电路如图 7-5 所示。传感器的工作电流约为 1mA ，此时传感器的灵敏度约为 3mV/℃，一般运放都可选用。

图 7-5 恒流工作铂热电阻测温电路

7.1.1 金属热电阻

2 ．热电阻数字温度计热电阻数字温度计测温电路如图 7-7 所示。测温电桥输出信

号经 MAX138A/D 转换，数字显示。

图 7-7 热电阻数字温度计电路

MAX138A/D 转换器与 ICL7106 比较，增加了如下功能： 片内设置有负电源转换器，因此可以单电源供电； 工作电源电压范围宽（ 2.5~7V ）； 片内设置有振荡电路。

7.1.1 金属热电阻 差动输出传感器信号适宜与 MAX138 等 A/D 转换连接，实

现数字测量。 MAX138 、 ICL7106 、 ICL7107 等 A/D 转换器

的转换精度是三位半，与二进制10 位 A/D 转换器的转换精度相当。 线性化测温电路如图7-10 所示。

图 7-10 线性化测温电路

7.1.1 金属热电阻 3 ． A/D 转换器比例工作的热电阻温度测量电路 测温电路如图 7-11 、图 7-12 所示。

图 7-11 A/D 转换比例工作电路 图 7-12 铂电阻 A/D 转换测温电路

7.1.2 半导体热敏电阻

热敏电阻的类型：PTC ，温度控制，限流元件；NTC ，温度测量，补偿元件；CTR ，温度开关元件。热敏电阻温度曲线如图 7-13 所示。

图 7-13 热敏电阻特性曲线

7.1.2 半导体热敏电阻7.1.2.1 热敏电阻主要特性 (NTC 热敏电阻 )

1 ．电阻－温度特性TB

T AeR /

1

0

01

01 lnR

R

TT

TTB

0

0TBeRA

T0 ＝ 20 (℃ ＝ 293K) R0=R20 ( 额定电阻 ) ；T1＝ T＝ 100℃ R1＝ R100 ；

100

20ln1365R

RB ＝ (2000～ 6000)K

B— 热敏电阻常数。

热敏电阻温度系数： 2

1

T

B

dT

dR

RT

T

＝

若 B ＝ 4000K ， T ＝ 323K(50 )℃ ，则＝ 3.8 ％ /℃，大！

图 7-14 NTC 热敏电阻温度特性若：

)11

(

00TT

B

eR

7.1.2 半导体热敏电阻2. 伏 - 安特性 在稳态下，通过热敏电阻的电流 I 与其两端之间的电压 U

的关系，称为热敏电阻的伏 - 安特性。如图 7-15 所示。 当电流很小时，不足以使热敏电阻产生温升，则其电阻值只决定于环境温度，伏 - 安特性呈线性，遵循欧姆定律，主要用于测温。 当电流增大到一定值时，使热敏电阻产生温升，会出现负阻特性。

图 7-15 热敏电阻伏安特性

7.1.2 半导体热敏电阻3 ．安 - 时特性 热敏电阻的电流 - 时间曲线如图 7-16 所示，表示热敏电阻在不同的外加电压下，电流达到稳定最大值所需要时间。这是一热平衡过程，一般为 0.5 ～ 1s 。

图 7-16 热敏电阻安 - 时特性

7.1.2 半导体热敏电阻7.1.2.2 热敏电阻的主要技术参数 1 ．标称电阻值 RH ， (25±0.2 )℃ 时的电阻值，又称冷电阻。 2 ．电阻温度系数，温度变化 1℃时，热敏电阻阻值的变化率（％ /℃）。 3 ．耗散系数 H ，热敏电阻温度与周围介质温度相差 1℃时所耗散的功率 (W/ )℃ 。 4 ．热容 c ，热敏电阻温度变化 1℃时所需吸收或释放的热量（ J/℃）。 5 ．能量灵敏度 G ＝ (H/)×100 ，使热敏电阻的阻值变化 1%时所需耗散的功率 (W) 。 6 ．时间常数＝ cH ，温度为 T0 的热敏电阻突然置于温度为 T的介质中，热敏电阻的温度增量 T=0.632(TT0) 时所需的时间(s) 。

7.1.2 半导体热敏电阻7.1.2.3 热敏电阻的应用 热敏电阻的优点：温度系数大，灵敏度高；热容量小，响应快，分辨率高；价格便宜等。缺点：互换性差，热电特性非线性大等。主要用于温度的测量、控制，温度补偿，流速（或流量）测量等。 1. 流量测量 基于流体流速（流量）与散热关系，利用热敏电阻桥式电路测流体流速（或流量），如图 7-17所示。

图 7-17 热敏电阻流量计

7.1.2 半导体热敏电阻2. 温度控制 利用热敏电阻的温度控制电路如图 7-18 所示。

图 7-18 温度控制电路

7.1.2 半导体热敏电阻3 ．温度上、下限报警 热敏电阻温度上、下限报警电路如图 7-19 所示。

图 7-19 温度上下限报警电路

7.1.2 半导体热敏电阻4 ．温度测量 图 7-20 是利用 NTC 热敏电阻组成的 0~100℃的测温

电路，相应的输出电压为 0~5V ，其灵敏度为 50mV/℃。

图 7-20 温度测量电路

5 ．热电偶温度冷端补偿 后面介绍。

7.2 p － n 结型温度传感器7.2.1 二极管温度传感器 ( 恒流正向应用 ) PN 结伏安特性：

kTqUS

kTqUS eIeII // )1(

则SI

I

q

kTU ln

式中， I—PN 结正向电流； U—PN 结正向压降； Is—PN结反向饱和电流； q— 电子电量（ 1.61019C ）； T— 绝对温度； k—玻尔兹曼常数（ 1.3810-23J/K ）。

保持 I 恒定，则 U 与 T成线性关系，这就是 PN 结的测温原理，其灵敏度

constI

I

q

k

dT

dU

S

ln

7.2 p － n 结型温度传感器7.2.2 晶体管温度传感器 将 NPN 型晶体管的 bc 结短接，利用 be 结作为感温器件，接近 PN 结理想特性，如图 7-21 所示—测温原理。

图 7-21 晶体管温度传感器

7.2 p － n 结型温度传感器7.2.3 集成温度传感器 一只晶体管发射极电流密度 Je

)1(1 / kTqU

se eJa

J

通常 a1 ， JeJs ，则

s

ebe J

aJ

q

kTU ln

若图 7-22 中， Js1 ＝ Js2, a1 ＝ a2 ，则图中

2

121 ln

e

ebebebe J

J

q

kTUUU

只要 Je1 ， Je2 （ I1 ， I2 ）均为恒流，则 Ube 与 T成线性关系—测温原理。

图 7-22 集成温度感温点电路

7.2 p － n 结型温度传感器集成温度传感器主要类型： 电压型，三线制， ku ＝ 10mV/℃， LM34/35 ， LM135/235 ，… ； 电流型，两线制， kI ＝ 1A/K ， AD590/592 ， LM134/234 ，…； 数字输出型， TMP03/04 ， AD7416, … ； 电阻可编程温度控制器， AD22105 ， TMP01 ，…； 等。

7.2 p － n 结型温度传感器AD590 电流型集成温度传感器（图 7-23 ） 测温原理： 晶体管对 T3T4 使 IT 分为 I1=I2 ，起恒流作用； T1, T2起

感温作用； T1由 8 只与 T2 相同的晶体管并联而成，因此， T2 中的电流密度 J2 为 T1 中的电流密度 J1 的 8

倍，即 J2 ＝ 8J1

图 7-23 输出电流正比于绝对温度的 AD590 温度敏感电

路

7.2 p － n 结型温度传感器 Ube1 和 Ube2反极性串接施加在电阻 R 上，则 R 上电压为：

)(1798ln8

ln1

112 VT

q

kT

J

J

q

kTUUUU bebebeT

RTII R /1791 通过 R 的电流 ， IT ＝ 2I1 ，若取 R ＝ 358

，则 kT ＝ IT/T ＝ 2×179/358 ＝ 1(A/K)

所以 IT＝ kT·T

7.2 p － n 结型温度传感器AD590 的特性： 1 ）伏安特性 当 U=4 ～ 30V 时，理想恒流源，电流只随温度 T 变化； 2 ）温度特性 55℃～ 150℃， IT 与 T 有较好的线性，输出电流灵敏度

kI

＝ 1A/K ；非线性误差为 T ＝ (0.3 ～ 3)℃； 3 ）精度：可达 0.5℃

图 7-24 AD590 基本特性曲线

7.2 p － n 结型温度传感器7.2.4 集成温度传感器的典型应用 1 ．测量温度 AD590远程温度测量 如图 7-25 所示。

图 7-25 AD590摄氏温度测量电路

7.2 p － n 结型温度传感器 数字温度计 如图 7-26 所示。

图 7-26 XSW-1 型数字温度计

7.2 p － n 结型温度传感器 2. 测量温差 如图 7-27 所示。 I=IT1IT2 ＝ kT( T1T2) ； U0 ＝ IR3 ＝ kTR3(T1T2) ＝ f( T1T2 )

图 7-27 AD590 温差测量电路

7.2 p － n 结型温度传感器3 ．测最低温度 AD590串连，如图 7-28 所示；4 ．测平均温度 AD590并连，如图 7-28 所示。

图 7 － 28 AD590 测最低温度、平均温度

7.2 p － n 结型温度传感器5. 温度控制 AD590 作为温度控制的感温元件，如图 7-29 所示

图 7-29 AD590 温度控制系统

7.3 热电偶7.3.1 热电偶的工作原理 热电效应：将两种不同的导体（金属或合金） A 和 B组成一个闭合回路（称为热电偶，见图 7-30 ），若两接触点温度(T,T0) 不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克 (Seebeck) 效应。回路中的电势称为热电势或塞贝克电势，用 EAB(T ,T0) 或EAB(t, t0) 表示。 EAB(T ,T0)= EAB(t, t0)

热电效应 热电势 EAB(T,T0) 或 EAB(t , t0)

图 7-30 热电效应

热电偶： 热电极（导体 A 、 B ）； 测量端（热端或工作端） T(t) ； 参考端（冷端或自由端） T0(t0) 。

7.3.1 热电偶的工作原理1 ． Peltier 效应——接触电势 自由电子密度不同的两种金属接触处，由于电子的扩散现象在接触点处形成接触电势或 Peltier 电势，此现象称为Peltier 效应。接触电势为

B

AAB n

n

e

kTTE ln)(

B

AAB n

n

e

kTTE ln)( 0

0

总接触电势：

B

AABAB n

nTT

e

kTETE ln)()()( 00

图 7-31 热电效应示意图

7.3.1 热电偶的工作原理2 ． Thomson 效应——温差电势 均质导体，两端温度不相等时，由于体内自由电子从高温端向低温端的扩散，在其两端形成的电势称为温差电势或 Thomson 电势，此现象称为 Thomson 效应。

T

T AA dTTTE0

),( 0

T

T BB dTTTE0

),( 0

T

T BA dTTTE0

)(),( 0

导体 A 中的 Thomson 电势：

导体 B 中的 Thomson 电势：

回路中总的 Thomson 电势：

式中， A 、 B 分别为导体 A 、 B 中的 Thomson 系数。

7.3.1 热电偶的工作原理 综合考虑 A 、 B组成的热电偶回路，当 T≠T0 时，总的热电势为

dTn

nTT

e

kTTE

T

T BAB

AAB

0

)(ln)()( 00 ，

讨论： 如果热电偶两电极材料相同 (nA ＝ nB ， A=B), 两接点温度不同，不

会产生热电势；如果两电极材料不同，但两接点温度相同 (T=T0) ，也不会产生热电势；热偶工作产生热电势的基本条件：两电极材料不同，两接点温度不同。 热电势大小与热电极的几何形状和尺寸无关。 当两热电极材料不同，且 A 、 B固定（即 nA 、 nB 、 A 、 B 为常

数），热电势便为两接点温度（ T ， T0 ）的函数 （ T0 恒定） 这就是热电偶的测温原理。 热电势的极性：热端失去电子为正，获得电子为负，且有

)()()()()( 00 TCTETETETTEAB ，

)()()( 000 TTETTETTE ABBAAB ，，－，

7.3.2 热电偶的基本定律 1.均质导体定律 要求热电极材质均匀，克服因热电极上各点温度不同时造成附加误差。 2. 中间导体定律 热偶回路断开接入第三种导体 C ，若 C 两端温度相同，

则回路热电势不变，这为热电势的测量（接入测量仪表，第三导体）奠定理论基础，见图 7-32 。

图 7-32 热电偶测温电路原理图

7.3.2 热电偶的基本定律3. 中间温度定律

)()()( 00 TTETTETTE nABnABAB ，＋，，

若 T0 ＝ 0℃，)0()()0( ，＋， nABnABAB TETTET，E

4. 标准（参考）电极定律 标准电极定律原理如图 7-33 所示。

)()()( 000 TTETTETTE BCACAB ，，，

以 C 作为标准电极 ( 一般 C 为铂 ) ，构建热偶 A 、 B 。图 7-33 标准电极定律示意图

例 ：

则

mVE 76.00100, ）＝，（铂铜

mVE 5.30100, ）＝，（铂康铜

mVE 26.45.376.00100 ）＝－（－）＝，（康铜铜

7.3.3 热电偶的种类和结构7.3.3.1 热电极材料和类型 1 ．热电极材料的基本要求 热电极是感温元件，物理性质见表 7-1 ，基本要求： 热电势足够大，测温范围宽、线性好； 热电特性稳定； 理化性能稳定，不易氧化、变形和腐蚀； 电阻温度系数 、电阻率小； 易加工、复制性好； 价廉 2 ．热电偶类型 标准化热电偶及其参数表 7-2 ， 分度表及计算公式：见附表 3~ 附表 6

7.3.3 热电偶的种类和结构7.3.3.2 热电偶的结构 热电偶接点焊接要求和焊接方法（不引入第三种材料，接点大小适当）；电极之间绝缘。见图 7-34 。

图 7-34 热电偶电极的绝缘方法（ a ）裸线热电偶；（ b ）珠形绝缘热电偶；

（ c ）双孔绝缘子热电偶；（ d ）石棉绝缘管热电偶

7.3.3 热电偶的种类和结构 1.普通型热电偶普通型热电偶结构见图 7-35 。

图 7-35 普通型热电偶结构

7.3.3 热电偶的种类和结构2 ．铠装热电偶 铠装热电偶结构见图 7-36 。

图 7-36 铠装热电偶工作端结构（ a ）单芯结构；（ b ）双芯碰底型；（ c ）双芯不碰底型；

（ d ）双芯露头型；（ e ）双芯帽型

7.3.3 热电偶的种类和结构3 ．薄膜热电偶 薄膜热电偶电极为厚度 0.01~0.1m 薄膜构成，见图 7-37

图 7-37 铁 - 镍薄膜热电偶

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理

热偶标准分度表是以 T0 ＝ 0℃为参考温度条件下测试制定的，若 T0≠0℃，则应进行冷端补偿，其补偿方法：

1. 延长导线法 利用补偿导线代替热电极，引到温度较稳定的 T0 端测试。 要求：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性。 2. 0℃恒温法 将热电偶冷端置于冰水混合物的 0℃恒温器内，使其工

作与分度状态达到一致。

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理 图 7-38 是延长导线法和 0℃恒温法的一个实例。

图 7-38 冷端处理的延长导线法和 0℃恒温法

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理

3.冷端温度修正法（ 1 ）热电势修正法 利用中间温度定律

)0()()0( ，＋，， nABnABAB TETTETE 式中， Tn 热电偶测温时的是环境温度； EAB(T ， Tn ）是实测热电势； EAB(Tn ， 0) 是冷端修正值。 例如：铂铑 10— 铂热电偶测温，参考冷端温度为室 21℃，测得

mVTEAB 465.0)21( ＝，查表 mVEAB 119.0)021( ＝， ，则 mVTEAB 584.0119.0465.0)0( ＝，由此查分度表 T ＝ 92℃

若直接用 0.465mV查表，则 T ＝ 75℃。 也不能将 75℃＋ 21℃＝ 96℃作为实际温度

。

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理

（ 2 ）温度修正法 由实测热电势 EAB （ T ， Tn ）查表，得 T 真实温度为： T ＝ T ＋ kTn

式中， k 为热电偶修正系数，决定于热电偶于热电偶种类和被测温度范围，见表 7-4 。 例如前例： 实测 EAB(T ， Tn) =0.465mV ， 查分度表 T=75℃；查修正系数表 7-4 ，此时该热电偶的 k=0.82 ， Tn =21℃，则

实际温度

T=75+0.82×21=92.2℃与前面结果基本一致。这种修正方法工程上应用较广泛。

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理

4 、冷端温度自动补偿法（ 1 ）电桥补偿法 原理：电桥输出电压 U(t0 ,0 )= EAB(t0 ,0) ，自动补偿。 补偿电路：如图 7-39 所示。图中 R1 、 R2 、 R3 、 RW 为锰铜电阻，阻

值几乎不随温度变化， RCu 为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。 t0=0℃时， R1=R2=R3=RCu ，电桥输出 Uab=0 ，对热电偶电势无影响。 t0≠0℃时， Uab≠0 ， Uab =U(t0 ,0 )= EAB(t0 ,0) ，热电偶的热电势得到自动补偿。

图 7-39 冷端温度补偿线路图

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理（ 2 ） PN 结冷端补偿 PN 结冷端补偿电路如图 7-40 所示。 PN 结温度系数﹣ 2.2mV/℃，其补偿电压 U 。 设 EAB(T0 ,0)= k1T0 ， k1 为热电偶在 0℃附近灵敏度，则回路电势为： EAB(T ,0)EAB(T0 ,0)U= EAB(T ,0) k1T0 UD /n 而 UD = U02.2T0

式中， UD— 二极管 D 的 PN 结端电压； U0—PN 结在 0℃时的端电压， (硅管约为 700mV) ； n— 电位器 RW 的分压比。 令 k1 =2.2/n ，则 EAB(T ,0)﹣UD /n =EAB (T ,0) 700/n与冷端温度变化无关，得到自动补偿。 图 7-40 PN 结冷端温度补偿器

7.3.4 热电偶的冷端补偿及处理（ 3 ） AD590冷端温度补偿法 AD590冷端温度补偿电路如图 7-41 所示。

图 7-41 AD590冷端补偿应用

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

7.3.5.1 热电偶的热电势测量 1 ．伺服式温度表 测量原理： 电位补偿法 Ex =IRH

常用低电势电位差计，如 UJ31 进行测量，分辨率可达到V 数量级。

图 7-42 电位差计原理图

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

2 ．数字式温度表 热电偶的热电势 信号放大（仪用放大器） A/D

数字显示。

注意：对热电偶的热电势的线性校正和冷端补偿，可采用硬件或软件来实现。

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

7.3.5.2 误差分析 1 ．测量基本误差： （ 1 ）分度误差：工业用热偶与标准热偶分度之间误差；

（ 2 ）仪表误差：测量仪表引入测量误差； （ 3 ）冷端处理误差； （ 4 ）接线误差：接线电阻影响，应选高内阻测量仪表； （ 5 ）漏电误差，必须保证良好绝缘。 2 ．传热误差 热偶测温存在热交换平衡问题，存在热电偶测量端温度低于被测介质温度现象，称为传热误差，应尽量减少热偶的热量损失。

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

3 ．动态误差 （ 1 ）动态响应：

jjjj TT

vc

F

dt

dT

dt

dTvcTTF

牛顿冷却定律：向感温元件传热的速度正比于周围介质与元件间的温差。令 ，得

TTdt

dTj

j

F

vc

式中， T—介质真实温度； Tj— 热接点温度 这是一个一阶系统，其动态特性第 1章中已讲述。

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

测量恒定温度 将热电偶从室温 T0迅速插入温度为 T 的温度场中，其响

应Tj 为 式中， t— 时间；—热电偶时间常数。 若当 t=0 时， T0 =0, 则 上式第一项为输入量，即被测温度；第二项为动态误差。愈大，测量值达到实际温度值的时间愈长，动态误差也就愈大。

tj eTT 1

tj eTTTT 0

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

测量线性上升温度 设被测温度为 T=T0 +kt

则热电偶的响应 Tj =T0+ktkt (1et/ ） 测正弦变化曲线 设被测温度为 T=T0 + TAsinωt

当 t5 时，达到稳定状态

t

TTT A

j sin1 20

其中， =arctan-1() 。值愈大，热电偶温度响应的振幅愈小，相为滞后角愈大。

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

（ 2 ）减小动态误差的方法 关键是减小。 选用 v/F 较小接点 选用 c ，较小的热电极材料 采用 RC微分网络进行校正

图 7-43 采用 RC微分校正网络校正热电偶的动态特性

7.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析

裸丝热电偶传递函数为

RC网络 ( 如图 7-43 所示 ) 传递函数为

系统总传递函数为

, (τ1=τ2=τ )

取上式逆拉氏变换，可得

其中 τ== 1 = 2 ，为测试系统时间常数。 该系统仍有一定热惯性，若使 <<1，则很小，从而大大减小动态误差。

1

1

11

s

sH

1

1

2

22

s

ssH

/'/1 11 tt eesHLty

11

)1(

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2

2

1

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ssH

7.3.6 热电偶测温实例 0 ～ 600 K℃ 型热电偶温度计如图 7-44 所示。 AD592 作冷端补偿；放大电路；线性化电路。可获得 10mV/℃的输出电压灵敏度，则 Uout =0 ～ 6000mV 。

图 7-44 K 型热电偶测温电路（ 0~600℃）

第 7 章 热电式传感器

作业 : 7-1 ， 7-6 ， 7-16 ， 7-17 ， 7-18 ， 7-19 ； 7-9 ， 7-20 ， 7-21 ， 7-24 ， 7-25 ， 7-2

6 ； 选作： 7-28 ， 7-29

第 7 章 热电式传感器补充作业： 1. 用 K 型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为 20

mV ，冷端（室温）为 25C ，求设备的温度 ? 如果改用S 型热电偶来测温，在相同的条件下， S 型热电偶测得的热电势为多少 ?

2. 现用一支镍铬 - 铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为 30℃，显示仪表的机械零位在 0℃时，这时指示值为 400℃，则认为换热器内的温度为 430℃对不对 ? 为什么 ?正确值为多少度 ?

3. 有一台数字电压表，其分辨力为 100V/1个字，现与Cul00 热电阻配套应用，测量范围为 0 ～ 100℃，试设计一个标度变换电路，使数字表直接显示温度数值。