第8章热电式传感器;8.1温度概述

1.温度与温标

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。

热力学温标是以热力学第二定律为基础的一种理论温标，热力学温标确定的温度数值为热力学温度（符号为T），单位为开尔文（符号为K）。;2.温度测量的主要方法和分类

(1)温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器，就测量系统的功能而言，通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成，如图所示。;(2)温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被测介质接触，可以分成接触式测温与非接触式测温两大类。

接触式测温是使温度敏感元件和被测介质相接触，当被测介质与感温元件达到热平衡时，温度敏感元件与被测介质的温度相等。这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类。;非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。众所周知，物体辐射能的大小与温度有关，并且以电磁波形式向四周辐射，当选择合适的接收检测装置时，便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号，实现温度的测量。

;8.2膨胀式温度传感器

1.液体膨胀式

液体膨胀式是利用液体受热后体积膨胀的原理来测量温度的。在有刻度的细玻璃管里充入液体（称为工作液，如水银、酒精等）就构成了液体膨胀式温度计（又称玻璃管液体温度计。

工业用的玻璃管液体温度计，它一般做成内标尺式的，在玻璃管外面有金属保护套管，避免使用时碰伤。其尾部有直的或弯成90°角及135°角的。;2.固体膨胀式

固体膨胀式是利用膨胀系数不一样的两种金属，在经受同样的温度变化时，其长度的变化量不同的原理来测量温度的。长度差值ΔL与温度的关系为;固体膨胀式温度计中用得比较多的是双金属温度计，双金属温度计的温度传感元件是双金属片。双金属片由??种线膨胀系数差别比较大的金属紧固结合而成，一端固定，一端自由。;3.气体膨胀式

气体膨胀式是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的，利用这种原理测温的温度计又称压力计式温度计。;8.3热电偶传感器

1.热电偶测温原理

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，这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。两个接点，一个称热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称冷端，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表相连。;接触电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。两种导体接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散，在接触处失去电子一侧带正电，得到电子一侧带负电，扩散达到动平衡时，在接触面的两侧就形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。

;两接点的接触电势eAB(T)和eAB（T0）可表示为;温差电势是同一导体的两端因温度不同而产生的一种电动势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成温差电势。

;两导体的温差电势eA（T，T0）和eB（T，T0）由下面公式给出：;接触电势;热电偶回路中产生的总热电势为;在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为?;2.热电偶基本定律

①均质导体定律:由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即如材料不均匀，当导体上存在温度梯度时，将会有附加电动势产生。这条定理说明，热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。

②中间导体定律：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定律说明，在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。;图为接