㈠ 用熱電偶測溫度的實驗報告
一、熱電偶測溫基本原理
將兩種不同材料的導體或半導體A和B連接起來，構成一個閉合迴路，就構成熱電偶。如圖1所示。溫度t端為感溫端稱為測量端, 溫度t0端為連接儀表端稱為參比端或冷端,當導體A和B的兩個執著點t和t0之間存在溫差時,就在迴路中產生電動勢EAB(t,t0), 因而在迴路中形成電流,這種現象稱為熱電效應".這個電動勢稱為熱電勢,熱電偶就是利用這一效應來工作的.熱電勢的大小與t和t0之差的大小有關.當熱電偶的兩個熱電極材料已知時,由熱電偶迴路熱電勢的分布理論知熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：
EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)－熱電偶的熱電勢；
EAB(t)－溫度為t時工作端的熱電勢；
EAB(t0)－溫度為t0時冷端的熱電勢。
從上式可看出!當工作端的被測介質溫度發生變化時，熱電勢隨之發生變化，因此，只要測出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，將熱電勢送入顯示儀表進行指示或記錄，或送入微機進行處理，即可獲得測量端溫度t值。
要真正了解熱電偶的應用則不得不提到熱電偶迴路的幾條重要性質：
質材料定律：由一種均質材料組成的閉合迴路，不論材料長度方向各處溫度如何分布，迴路中均不產生熱電勢。這條規律要求組成熱電偶的兩種材料必須各自都是均質的，否則會由於沿熱電偶長度方向存在溫度梯度而產生附加電勢，從而因熱電偶材料不均引入誤差。
中間導體定律：在熱電偶迴路中插入第三種（或多種）均質材料，只要所插入的材料兩端連接點溫度相同，則所插入的第三種材料不影響原迴路的熱電勢。這條定律表明在熱電偶迴路中可拉入測量熱電勢的儀表，只要儀表處於穩定的環境溫度即可。同時還表明熱電偶的接點不僅可經焊接而成，也可以借用均質等溫的導體加以連接。
中間溫度定律：兩種不同材料組成的熱電偶迴路，其接點溫度分別為t和to時的熱電勢EAB(t,to)等於熱電偶在連接點溫度為(t,tn)和(tn,to)時相應的熱電勢EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代數和，其中tn為中間溫度。該定律說明當熱電偶參比端溫度不為0℃時，只要能測得熱電勢EAB(t,to)，且to已知，仍可以採用熱電偶分度表求得被測溫度t值。
連接導體定律：在熱電偶迴路中，如果熱電偶的電極材料A和B分別與連接導線A1和B1相連接（如下圖所示），各有關接點溫度為t,tn和to,那麼迴路的總熱電勢等於熱電偶兩端處於t和tn溫度條件下的熱電勢EAB(t,tn)與連接導線A1和B1兩端處於tn和to溫度條件的熱電勢EA1B1(tn,to)的代數和。
中間溫度定律和連接導體定律是工業熱電偶測溫中應用補償導線的理論依據。
二、各種誤差引起的原因及解決方式
2.1 熱電偶熱電特性不穩定的影響
2.1.1 玷污與應力的影響及消除方法
熱電偶在生產過程中，偶絲經過多道縮徑拉伸在其表面總是受玷污的，同時，從偶絲的內部結構來看，不可避免地存在應力及晶格的不均勻性。因淬火或冷加工引入的應力，可以通過退火的方法來基本消除,退火不合格所造成的誤差,可達十分之幾度到幾度。它與待測溫度及熱電偶電極上的溫度梯度大小有關。廉金屬熱電偶的偶絲通常以「退火」狀態交付使用,如果需要對高溫用廉金屬熱電偶進行退火，那麼退火溫度應高於其使用溫度上限,插入深度也應大於實際使用的深度。貴金屬熱電偶則必須認真清洗(酸洗和四硼酸鈉清洗)和退火,以清除熱電偶的玷污與應力。
2.1.2 不均勻性的影響
一般來說熱電偶若是由均質導體製成的，則其熱電勢只與兩端的溫度有關，若熱電極材料不是均勻的，且熱電極又處於溫度梯度場中，則熱電偶會產生一個附加熱電勢，即「不均勻電勢」。其大小取決於沿熱電極長度的溫度梯度分布狀態，材料的不均勻形式和不均勻程度，以及熱電極在溫度場所處的位置。造成熱電極不均勻的主要原因有：在化學成分方面如雜質分布不均勻，成分的偏析，熱電極表面局部的金屬揮發，氧化或某金屬元素選擇氧化，測量端在高溫一的熱擴散，以及熱電偶在有害氣氛中受到玷污和腐蝕等。在物理狀態方面有應力分布不均勻和電極結構不均勻等。
在工業使用中，有時不均勻電勢引起的附加誤差竟達30℃這多，這將嚴重地影響熱電偶的穩定性和互換性，其主要解決方式就是對其進行檢驗，只使用在誤差允許范圍內的熱電偶。
2.1.3 熱電偶不穩定性的影響
不穩定性就是指熱電偶的分度值隨使用時間和使用條件的不同而起的變化。在大多數情況下，它可能是不準確性的主要原因。影響不穩定性的因素有：玷污，熱電極在高溫下揮發，氧化和還原，脆化，輻射等。若分度值的變化相對地講是緩慢而又均勻的，這時經常進行監督性校驗或根據實際使用情況安排周期檢定，這樣可以減少不穩定性引入的誤差。
2.2 參考端溫度影響及修正方法
熱電偶的熱電動勢的大小與熱電極材料以及工作端的溫度有關。熱電偶的分度表和根據分度表刻度的溫度顯示儀表都是以熱電偶參考端溫度等於0℃為條件的。在實際使用熱電偶時,其冷端溫度(參考端) 不但不為0 ℃,而且往往是變化的,測溫儀表所測得的溫度值就會產生很大誤差,在這種情況下,我們通常採用如下方法來修正。
2.2.1 熱電勢補正法
由中間溫度定律可知，參考端溫度為tn時的熱電勢EAB(t,tn)＝EAB(t,t0)－EAB(tn,t0)。所以，用常溫下的溫度感測器，只要測出參比端的溫度tn，然後從對應電偶的分度表中查出對應溫度下的熱電勢E（tn,t0），再將這個熱電勢與所實測的E(t,tn)代數相加，得出的結果就是熱電偶參比端溫度為0度時，對應於測量端的溫度為t時的熱電勢E（t,t0）最後再從分度表中查得對應於E(t,0)的溫度，這個溫度就是熱電偶測量端的實際溫度t。在計算機應用日益廣泛的今天，可以利用軟體處理方法，特別是在多點測量系統或高溫測控中，採用這種方法，可很好的解決參比端溫度的變化問題，只要隨時准確的測出tn，就可以准確得到測量端溫度。同時還充分應用了對應熱電偶的分度表，並對非線性誤差得到了校正，而且適應各種熱電偶。
2.2.2 調儀表起始點法
由於儀表示值是EAB(tn,t0)對應於熱電勢，如果在測量線路開路的情況下，將儀表的指針零位調定到tn處，就當於事先給儀表加了一個電勢EAB(tn,t0)，當用閉合測量線路進行測溫時，由熱電偶輸入的熱電勢EAB(tn,t0)就與EAB(t,tn)疊加，其和正好等於EAB(t,t0)。因此對直讀式儀表採用調儀表起始點的方法十分簡便。
2.2.3 補償導線
採用補償導線把熱電偶的參考端延長到溫度較恆定的地方,再進行修正。從本質上來說它並不能消除參考端溫度不為0℃時的影響，因此，還應該與其它修正方法結合才能將補償導線與儀表連接處的溫度修正到0℃。此時參考端己變為一個溫度不變或變化很小的新參考端。此時的熱電偶產生熱電勢己不受原參考端溫度變化影響, EAB ( T、T10 ) 是新參考端溫度T10 (不等於℃) ,且T10 為一常數時所測得熱電勢, TAB( T、T10 ) 是參考端溫度T0 = 0 ℃時,工作端為T10時所測得熱電勢(熱電偶分度表中可查出) 。
使用補償導線時，不僅應注意補償導線的極性，還應特別注意不要錯用補償導線，同時應注意補償導線與熱電偶連接處的兩端溫度保持相等，且溫度在0－100℃（或0－150℃）之間，否則要產生測量誤差。
2.2.4 參考端溫度補償器
補償器是一個不平衡電橋,電橋的3 個橋臂電阻是電阻溫度系數很小的錳銅絲繞制的。其阻值基本上不隨溫度變化而變化,並使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一個橋臂電阻Rt 是由電阻溫度系數較大的銅繞制而成,並使其在20 ℃時Rt = R1 =1Ω ,此時電橋平衡,沒有電壓輸出,當電橋所處溫度發生變化時, Rt 的阻值也隨之改變,於是就有不平衡電壓輸出,此輸出電壓用來抵消參考端溫度變化所產生的熱電勢誤差，從而獲得補償。（註：我國也有以0℃作為平衡點溫度的）當溫度達到40℃（即計算點溫度）時橋路的輸出電壓恰好補償了熱電偶參比端溫度偏離平衡點溫度而產生的熱電勢變化量。
對電子電位差計，其測量橋路本身就具有溫度自動補償的功能，使用時無需再調整儀表的溫度起始點。除了平衡點和計算點外，在其他各參比端溫度值時只能得到近似的補償，因此採用冷端補償器作為參比端溫度的處理方法會帶來一定的附加誤差。
2.3 傳熱及熱電偶安裝的影響
由於熱電偶測溫是屬於接觸式測量，當熱電偶插入被測介質時，它要從被測介質吸收熱量使自身溫度升高，同時又以熱輻射方式和熱傳導方式向溫度低的地方散發熱量，當測量端各外散失的熱量等於自氣流中吸收的熱量時即達到動態平衡，此時熱電偶達到了穩定的示值，但並不代表氣流的真實溫度，因為測量端環境散失的熱量是由氣流的加熱來補償，也就是說測量端與氣流的熱交換處於不平衡狀態，因此，它們的溫度也不可能具有相同的數值。測量端與環境的傳熱愈強，測量端的溫度偏離氣流溫度也愈大。
2.3.1 熱輻射誤差
熱輻射誤差產生的原因是熱電偶測量端與環境的輻射熱交換所引起的，這是熱電偶與氣流之間的對流換熱不能達到熱平衡的結果。減少輻射誤差的辦法，一是加劇對流換熱，二是削弱輻射換熱。具體方法有：
盡量減少器壁與測量端的溫差，即在管壁鋪設絕熱層；
在熱電偶工作端加屏蔽罩；
增大流體放熱系數，即增加流速，加強擾動，減小偶絲直徑或使熱電極與氣流形成跨流等。
2.3.2 導熱誤差
在測量高溫氣流的溫度時，由於沿熱電偶長度存在溫度梯度，故測量端必然會沿熱電極導熱，使得指示溫度偏離實際溫度。導熱量相差越多，相應的誤差就越大，因此凡能加劇對流和削弱導熱的因素都可以用來減少導熱誤差。具體方法有：
增加L/d；
將熱電偶垂直安裝改成斜裝或彎頭處安裝，安裝時應注意使熱電偶的端對著氣流方向，並處在流速最大的位置上；
選用熱電偶和支桿導熱系數較小的材料。
2.4 測量系統漏電影響
絕緣不良是產生電流泄漏的主要原因，它對熱電偶的准確度有很大的影響，能歪曲被測的熱電勢，使儀表顯示失真，甚至不能正常工作。漏電引起誤差是多方面的，例如，熱電極絕緣瓷管的絕緣電阻較差，使得熱電流旁路。若電測設備漏電，也能使工作電流旁路，使測量產生誤差。由於測量熱電勢的電位差計都是低電阻的，因此它對絕緣電阻的要求並不高，影響熱電勢測量的漏電主要是來處被測系統的高溫，因為熱電偶保護管和熱電極的絕緣材料的絕緣電阻將隨著溫度升高而下降，我們通常所說的鎧裝熱電偶的「分流誤差」就屬這類情況。一般是採用接地或其它屏蔽方法。對鎧裝熱電偶的分流誤差我們通常是以增大其直徑；增加絕緣層厚度；縮短加熱帶長度；降低熱電偶的電阻值等方法來降低誤差的。
2.5 動態響應誤差
熱電偶插入被測介質後，由於本身具有熱惰性，因此不能立即指示出被測氣流的溫度，只有當測量端吸、放熱達到動態平衡後才達到穩定的示值。在熱電偶插入後到示值穩定之前的整個不穩定過程中，熱電偶的瞬時示值與穩定後的示值存在著偏差，這時熱電偶除了有各種穩定的誤差外，還存在由熱電偶熱惰性引入的偏差，即動態響應誤差。克服這類誤差的方法，一是確定動態響應誤差，予以修正；二是將動態響應誤差減少到允許要求的范圍之內，此時可認為T測＝T氣。
2.6 短程有序結構變化（K狀態）的影響
K型熱電偶在250－600℃范圍內使用時，由於其顯微結構發生變化，形成短程有序結構，因此將影響熱電勢值而產生誤差，這就是所謂的K狀態。這是Ni-Cr合金特有的晶格變化，當WCr在5%－30%范圍內存在著原子晶格從有序至無序為。由些引起的誤差，因Cr含量及溫度的不同而變化。一般在800℃以上短時間熱處理，其熱電特性即可恢復。由於K狀態的存在，使K型熱電偶檢定規程中明文規定檢定順序：由低溫向高溫逐點升溫檢定。而且在400℃檢定點，不僅傳熱效果不佳，難以達到熱平衡，而且，又恰好處於K狀態誤差最大范圍。因此，對該點判定合格與否時應很慎重。Ni-Cr合金短程有序結構變化現象，不僅存在於K型，而且，在E型熱電偶正極中也有此現象。但是，作為變化量E型熱電偶僅為K型的2/3。總之，K狀態與溫度、時間有關，當溫度分布或熱電偶位置變化時，其偏差也會發生很大變化。故難以對偏差大小作出准確評價。
三、小結
通過對熱電偶原理及誤差來源的總結,對以熱電偶溫度計量誤差情況有了系統認識，得出了一些結論。熱電偶的不穩定性、不均勻性、參考端溫度變化、熱傳導以及熱電偶安裝使用不當會引起測量誤差，有一些是由於加工製造過程中，或是測量系統及儀器本身存在的誤差，還有一些則是人為造成的，對這一部分只要我們細心並對熱電偶的特性有一定的了解則是可以避免的。
㈡ 熱電偶測溫方法實驗設計
快速測溫熱電偶檢定方法及裝置
種金屬熔體快速熱電偶的檢定方法及裝置。該裝置主要由一能容納兩只被測偶端部石英管的扁加熱線圈、兩只與被測偶形狀相同的校準熱電偶及相應的控溫顯示輸出裝置構成。檢定方法是首先利用兩只校準熱電偶找出扁加熱線圈中使這兩只校準偶熱電勢相同的點，用被檢偶取代其中的一隻校準偶，在其它條件不變的情況下，待被檢偶的讀數穩定後與校準偶的讀數相比較即可知被檢偶的量值是否准確。此方法提供了快速測溫熱電偶的實驗室檢定手段，可對快速測溫熱電偶在多個溫度點上進行測試並作出全面的評價。
【主權項】
一種快速測溫熱電偶的檢定方法和裝置。其特徵在於： a、該裝置是由一扁加熱線圈、一對校準熱電偶及控溫顯示輸出裝置構成。 b、檢定方法是先將兩只校準熱電偶從加熱線圈兩端相對插入，使熱電偶熱端接觸，通過改變校準熱電偶在加熱線圈中的位置使兩只校準熱電偶的熱電勢相同，用被測快速熱電偶取代其中一隻校準熱電偶，讀取其穩定狀態下的熱電勢值與校準熱電偶熱電勢進行比對即可知被測快速熱電偶的准確度。
㈢ 熱電偶測溫系統由哪幾部分組成各起什麼作用
顯示儀表部分；傳輸信號部分（補償導線、溫變）；測溫部分。3個主要的部分，一看就知道了，顯示儀表部分--顯示溫度的值（數碼顯示、指針）；傳輸部分，就是信號轉換到顯示儀表上；測溫體就是在所測溫區的探頭了（測溫）。
㈣ 求感測器課程設計
感測器課程設計是測控技術與儀器專業開設的一門獨立實踐課程，也是電氣專工程及屬自動化專業的選修課程。本課程以各類感測器的性能測試、實際應用設計為線索，完成磁敏感測器、溫度感測器、光電感測器、應變感測器、電感感測器、電容感測器、壓電感測器、光纖感測器、溫濕度感測器、智能感測器等基本型、設計性和綜合性實驗與設計內容，通過課內和課外相結合，自主申請實驗項目和實驗室開放課題相結合，使學生掌握不同種類感測器的使用方法和設計要點的基本技能，加深學生對「感測器原理及檢測技術」理論知識的理解，為從事儀器系統開發與設計打下基礎。
㈤ 最簡單的熱電偶溫度計測溫系統有哪三部分組成
熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護套管、接線盒等主要部分構成。
㈥ 熱電偶溫度感測器測溫儀硬體系統的設計
集成溫度感測器AD590及其應用
摘 要:AD590是AD公司利用PN結構正向電流與溫度的關系製成的電流輸出型兩端溫度感測器,文中介紹了AD590的功能和特性,分析了AD590的工作原理,給出了採用AD590設計的...
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集成溫度感測器AD590及其應用
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溫度感測器，使用范圍廣，數量多，居各種感測器之首。溫度感測器的發展大致經歷了以下3個階段：
1.傳統的分立式溫度感測器（含敏感元件），主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。2.模擬集成溫度感測器/控制器。
3.智能溫度感測器。目前，國際上新型溫度感測器正從模擬式想數字式、集成化向智能化及網路化的方向發展。
溫度感測器的分類
溫度感測器按感測器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度感測器，一類是非接觸式溫度感測器。
接觸式溫度感測器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這是的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，並可測量物體內部的溫度分布。但對於運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測穩方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。
溫度感測器的發展
1.傳統的分立式溫度感測器——熱電偶感測器
熱電偶感測器是工業測量中應用最廣泛的一種溫度感測器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從-50~1600℃進行連續測量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測到-269℃，鎢——錸最高可達2800℃。
2.模擬集成溫度感測器
集成感測器是採用硅半導體集成工藝製成的，因此亦稱硅感測器或單片集成溫度感測器。模擬集成溫度感測器是在20世紀80年代問世的，它將溫度感測器集成在一個晶元上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。
模擬集成溫度感測器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。
2．1光纖感測器
光纖式測溫原理
光纖測溫技術可分為兩類:一是利用輻射式測量原理,光纖作為傳輸光通量的導體,配合光敏元件構成結構型感測器;二是光纖本身就是感溫部件同時又是傳輸光通量的功能型感測器。光纖撓性好、透光譜段寬、傳輸損耗低,無論是就地使用或遠傳均十分方便而且光纖直徑小,可以單根、成束、Y型或陣列方式使用,結構布置簡單且體積小。因此,作為溫度計,適用的檢測對象幾乎無所不包,可用於其他溫度計難以應用的特殊場合,如密封、高電壓、強磁場、核輻射、嚴格防爆、防水、防腐、特小空間或特小工件等等。目前,光纖測溫技術主要有全輻射測溫法、單輻射測溫法、雙波長測溫法及多波長測溫等
2.1.1 全輻射測溫法
全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量,由普朗克定律:
測量中由於周圍背景的輻射、測試距離、介質的吸收、發射及透過率等的變化都會嚴重影響准確度。同時輻射率也很難預知。但因該高溫計的結構簡單,使用操作方便,而且自動測量,測溫范圍寬,故在工業中一般作為固定目標的監控溫度裝置。該類光纖溫度計測量范圍一般在600～3000℃,最大誤差為16℃。
2.1.2 單輻射測溫法
由黑體輻射定律可知,物體在某溫度下的單色輻射度是溫度的單值函數,而且單色輻射度的增長速度較溫度升高快得多,可以通過對於單輻射亮度的測量獲得溫度信息。在常用溫度與波長范圍內,單色輻射亮度用維恩公式表示:
2.1.3 雙波長測溫法
雙波長測溫法是利用不同工作波長的兩路信號比值與溫度的單值關系確定物體溫度。兩路信號的比值由下式給出:
際應用時,測得R(T)後,通過查表獲知溫度T。同時,恰當地選擇λ1和λ2,使被測物體在這兩特定波段內,ε(λ1,T)與ε(λ2,T)近似相等,就可得到與輻射率無關的目標真實溫度。這種方法響應快,不受電磁感應影響,抗干擾能力強。特別在有灰塵,煙霧等惡劣環境下,對目標不充滿視場的運動或振動物體測溫,優越性顯著。但是,由於它假設兩波段的發射率相等,這只有灰體才滿足,因此在實際應用中受到了限制。該類儀器測溫范圍一般在600～3000℃,准確度可達2℃。
2.1.4 多波長輻射測溫法
多波長輻射測溫法是利用目標的多光譜輻射測量信息,經過數據處理得到真溫和材料光譜發射率。考慮到多波長高溫計有n個通道,其中第i個通道的輸出信號Si可表示為:
將式(9)～(13)中的任何一式與式(8)聯合,便可通過擬合或解方程的方法求得溫度T和光譜發射率。Coates[8,9]在1988年討論了式(9)、(10)假設下多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。1991年Mansoor[10]等總結了多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。 該方法有很高的精度,目前歐共體及美國聯合課題組的Hiernaut等人已研究出亞毫米級的6波長高溫計(圖4),用於2000～5000K真溫的測量[11]。哈爾濱工業大學研製成了棱鏡分光的35波長高溫計,並用於燒蝕材料的真溫測量。多波長高溫計在輻射真溫測量中已顯出很大潛力,在高溫,甚高溫,特別是瞬變高溫對象的真溫測量方面,多波長高溫計量是很有前途的儀器。該類儀器測溫范圍廣,可用於600～5000℃溫度區真溫的測量,准確度可達±1%。
2.1.5 結 論
光纖技術的發展,為非接觸式測溫在生產中的應用提供了非常有利的條件。光纖測溫技術解決了許多熱電偶和常規紅外測溫儀無法解決的問題。而在高溫領域,光纖測溫技術越來越顯示出強大的生命力。全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量而得到溫度,周圍背景的輻射、介質吸收率的變化和輻射率εT的預測都會給測量帶來困難,因此難於實現較高的精度。單輻射測溫法所選波段越窄越好,可是帶寬過窄會使探測器接收的能量變得太小,從而影響其測量准確度。多波長輻射測溫法是一種很精確的方法,但工藝比較復雜,且造價高,推廣應用有一定困難。雙波長測溫法採用波長窄帶比較技術,克服了上述方法的諸多不足,在非常惡劣的條件下,如有煙霧、灰塵、蒸汽和顆粒的環境中,目標表面發射率變化的條件下,仍可獲得較高的精度
2.2半導體吸收式光纖溫度感測器是一種傳光型光纖溫度感測器。所謂傳光型光纖溫度感測器是指在光纖感測系統中，光纖僅作為光波的傳輸通路，而利用其它如光學式或機械式的敏感元件來感受被測溫度的變化。這種類型主要使用數值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖。由於它利用光纖來傳輸信號，因此它也具有光纖感測器的電絕緣、抗電磁干擾和安全防爆等優點，適用於傳統感測器所不能勝任的測量場所。在這類感測器中，半導體吸收式光纖溫度感測器是研究得比較深入的一種。
半導體吸收式光纖溫度感測器由一個半導體吸收器、光纖、光發射器和包括光探測器的信號處理系統等組成。它體積小，靈敏度高，工作可靠，容易製作，而且沒有雜散光損耗。因此應用於象高壓電力裝置中的溫度測量等一些特別場合中，是十分有價值的。
B 半導體吸收式光纖溫度感測器的測溫原理
半導體吸收式光纖溫度感測器是利用了半導體材料的吸收光譜隨溫度變化的特性實現的。根據 的研究，在 20~972K 溫度范圍內，半導體的禁帶寬度能量Eg 與
溫度T 的關系為
"
3.智能溫度感測器
智能溫度感測器(亦稱數字溫度感測器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE_）的結晶。目前，國際上已開發出多種智能溫度感測器系列產品。智能溫度感測器內部包含溫度感測器、A/D感測器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和介面電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。
智能溫度感測器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），並且可通過軟體來實現測試功能，即智能化取決於軟體的開發水平。
3.1數字溫度感測器。
隨著科學技術的不斷進步與發展，溫度感測器的種類日益繁多，數字溫度感測器更因適用於各種微處理器介面組成的自動溫度控制系統具有可以克服模擬感測器與微處理器介面時需要信號調理電路和A/D轉換器的弊端等優點，被廣泛應用於工業控制、電子測溫計、醫療儀器等各種溫度控制系統中。其中，比較有代表性的數字溫度感測器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
一、DS1722的工作原理
1 、DS1722的主要特點
DS1722是一種低價位、低功耗的三匯流排式數字溫度感測器，其主要特點如表1所示。
2、DS1722的內部結構
數字溫度感測器DS1722有8管腳m-SOP封裝和8管腳SOIC封裝兩種，其引腳排列如圖1所示。它由四個主要部分組成：精密溫度感測器、模數轉換器、SPI/三線介面電子器件和數據寄存器，其內部結構如圖2所示。
開始供電時，DS1722處於能量關閉狀態，供電之後用戶通過改變寄存器解析度使其處於連續轉換溫度模式或者單一轉換模式。在連續轉換模式下，DS1722連續轉換溫度並將結果存於溫度寄存器中，讀溫度寄存器中的內容不影響其溫度轉換；在單一轉換模式，DS1722執行一次溫度轉換，結果存於溫度寄存器中，然後回到關閉模式，這種轉換模式適用於對溫度敏感的應用場合。在應用中，用戶可以通過程序設置解析度寄存器來實現不同的溫度解析度，其解析度有8位、9位、10位、11位或12位五種，對應溫度解析度分別為1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，溫度轉換結果的默認解析度為9位。DS1722有摩托羅拉串列介面和標准三線介面兩種通信介面，用戶可以通過SERMODE管腳選擇通信標准。
3、DS1722溫度操作方法
感測器DS1722將溫度轉換成數字量後以二進制的補碼格式存儲於溫度寄存器中，通過SPI或者三線介面，溫度寄存器中地址01H和02H中的數據可以被讀出。輸出數據的地址如表2所示，輸出數據的二進制形式與十六進制形式的精確關系如表3所示。在表3中，假定DS1722 配置為12位解析度。數據通過數字介面連續傳送，MSB（最高有效位）首先通過SPI傳輸，LSB（最低有效位）首先通過三線傳輸。
4、DS1722的工作程序
DS1722的所有的工作程序由SPI介面或者三匯流排通信介面通過選擇狀態寄存器位置適合的地址來完成。表4為寄存器的地址表格，說明了DS1722兩個寄存器（狀態和溫度）的地址。
1SHOT是單步溫度轉換位，SD是關閉斷路位。如果SD位為「1」，則不進行連續溫度轉換，1SHOT位寫入「1」時，DS1722執行一次溫度轉換並且把結果存在溫度寄存器的地址位01h(LSB)和02h(MSB)中，完成溫度轉換後1SHOT自動清「0」。如果SD位是「0」，則進入連續轉換模式，DS1722將連續執行溫度轉換並且將全部的結果存入溫度寄存器中。雖然寫到1SHOT位的數據被忽略，但是用戶還是對這一位有讀/寫訪問許可權。如果把SD改為「1」，進行中的轉換將繼續進行直至完成並且存儲結果，然後裝置將進入低功率關閉模式。
感測器上電時默認1SHOT位為「0」。R0，R1，R2為溫度解析度位，如表5所示（x=任意值）。用戶可以讀寫訪問R2，R1和R0位，上電默認狀態時R2=「0」，R1=「0」，R0=「1」（9位轉換）。此時，通信口保持有效，用戶對SD位有讀/寫訪問許可權，並且其默認值是「1」（關閉模式）。
二、智能溫度感測器DS18B20的原理與應用
DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之後最新推出的一種改進型智能溫度感測器。與傳統的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度並且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量，並且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線介面）讀寫,溫度變換功率來源於數據匯流排，匯流排本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、解析度等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。
2DS18B20的內部結構
DS18B20採用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖1所示。
(1) 64 b閃速ROM的結構如下：�
開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最後8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以採用一線進行通信的原因。
(2) 非易市失性溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟體寫入用戶報警上下限。
(3) 高速暫存存儲器
DS18B20溫度感測器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E�2RAM。後者用於存儲TH，TL值。數據先寫入RAM，經校驗後再傳給E�2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個位元組，他的內容用於確定溫度值的數字轉換解析度，DS18B20工作時按此寄存器中的解析度將溫度轉換為相應精度的數值。該位元組各位的定義如下：
低5位一直都是1，TM是測試模式位，用於設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數，即是來設置解析度，如表1所示（DS18B20出廠時被設置為12位）。�
由表1可見，設定的解析度越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在解析度和轉換時間權衡考慮。
高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個位元組組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2位元組）、TH和TL值第3，4位元組、第6～8位元組未用，表現為全邏輯1；第9位元組讀出的是前面所有8個位元組的CRC碼，可用來保證通信正確。�
當DS18B20接收到溫度轉換命令後，開始啟動轉換。轉換完成後的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2位元組。單片機可通過單線介面讀到該數據，讀取時低位在前，高位在後，數據格式以0�062 5 ℃/LSB形式表示。溫度值格式如下：�
對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。表2是對應的一部分溫度值。�
DS18B20完成溫度轉換後，就把測得的溫度值與TH，TL作比較，若T>TH或T<TL,則將該器件內的告警標志置位，並對主機發出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多隻DS18B20同時測量溫度並進行告警搜索。
(4) CRC的產生
在64 b ROM的最高有效位元組中存儲有循環冗餘校驗碼（CRC）。主機根據ROM的前56位來計算CRC值，並和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。�
3DS18B20的測溫原理
DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數晶振的振盪頻率受溫度的影響很小〔1〕，用於產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震盪頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振盪器產生的時鍾脈沖後進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振盪器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在�-55 ℃�所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用於補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用於修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。
另外，由於DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作必須按協議進行。操作協議為：初始化DS18B20（發復位脈沖）→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。
㈦ 熱電偶測溫原理是什麼熱電偶測溫計有哪幾部分組成
熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合迴路，當兩端存在溫度梯度時，迴路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect）。
兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處於某個恆定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，製成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶迴路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入迴路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢後，即可知道被測介質的溫度。
熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將嚴重影響測量的准確性。
在冷端採取一定措施補償由於冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連接用專用補償導線。
(7)熱電偶測溫的實驗裝置擴展閱讀
熱電偶分類
1、S型熱電偶：該熱電偶長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。 S型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。它的物理，化學性能良好，熱電勢穩定性及在高溫下抗氧化性能好，適用於氧化性和惰性氣氛中。
2、R型熱電偶： R型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。其物理，化學性能良好，熱電勢穩定性及在高溫下抗氧化性能好，適用於氧化性和惰性氣氛中。
3、B型熱電偶：該熱電偶長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。 B型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長，測溫上限高等優點。適用於氧化性和惰性氣氛中，也可短期用於真空中，但不適用於還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。
4、K型熱電偶： K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優點，能用於氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所採用。
5、N型熱電偶：N型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜，不受短程有序化影響等優點，其綜合性能優於K型熱電偶，是一種很有發展前途的熱電偶。
6、E型熱電偶：該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。 E型熱電偶熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜製成熱電堆，測量微小的溫度變化。對於高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用於濕度較高的環境。
E熱電偶還具有穩定性好，抗氧化性能優於銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，價格便宜等優點，能用於氧化性和惰性氣氛中，廣泛為用戶採用。
7、J型熱電偶：鐵-康銅熱電偶的覆蓋測量溫區為-200~1200℃，但通常使用的溫度范圍為0~750℃ J型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，價格便宜等優點,廣為用戶所採用。
J型熱電偶可用於真空，氧化，還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限制，也不能直接無保護地在高溫下用於硫化氣氛中。
8、T型熱電偶： T型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，價格便宜等優點,特別在-200~0℃溫區內使用，穩定性更好，年穩定性可小於±3μV，經低溫檢定可作為二等標准進行低溫量值傳遞。
㈧ 初中熱電偶實驗問題
你好，樓主，這道題我看了別人的答案，覺得挺合理的。給你貼一下
熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基於賽貝克(seeback)效應，即兩種不同成分的導體兩端連接成迴路，如兩連接端溫度不同，在迴路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。其優點是：
1、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。
2、測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。
3、構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。
以下是相關的知識
快速測溫熱電偶用於測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度，是一次性消耗式熱電偶。它的工作原理是根據金屬的熱電效應，利用熱電偶兩端所產生的溫差電熱測量鋼水及高熔融金屬溫度。
快速熱電偶主要由測溫偶頭與大紙管構成。偶頭主要有正負偶絲焊接在補償導線上，補償導線穿嵌在支架上，支架外套有小紙管，偶絲以石英支撐和保護。最外裝有防渣帽，全部零組件集中裝入泥頭中並以耐火填充劑粘合成一整體，而不可拆卸，故為一次性使用。
一、快速熱電偶用途和工作原理
快速測溫熱電偶用於測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度，是一次性消耗式熱電偶。它的工作原理是根據金屬的熱電效應，利用熱電偶兩端所產生的溫差電熱測量鋼水及高熔融金屬溫度。
二、快速熱電偶產品規格型號及性能比較名稱
型號 分度號 允差 上限 測量時間 鉑銠30-鉑銠6 KB-602P B ±5 1750 4～6s 鉑銠10-鉑 KS-602P S ±5 1650 4～6s 鉑銠13-鉑 KR-602P R ±5 1650 4～6s 鎢錸3-鎢錸25 KW-602P W ±7 1800 4～6s
三、快速熱電偶結構 一次性消耗式熱電偶的結構，
它主要由測溫偶頭與大紙管構成。偶頭主要有正負偶絲焊接在補償導線上，補償導線穿嵌在支架上，支架外套有小紙管，偶絲以石英支撐和保護。最外裝有防渣帽，全部零組件集中裝入泥頭中並以耐火填充劑粘合成一整體，而不可拆卸，故為一次性使用。
四、快速熱電偶使用方法
1、根據測量的對象和范圍，選擇適當保護紙管長度及適用的測溫槍。
2、把快速熱電偶裝在測溫槍上，並使二次儀表指針（或數顯器）回零，這時說明接觸良好，可以進行測量。
3、快速熱電偶插入鋼水深度以300-400mm為宜，測量時不要測到爐壁或渣子上，做到：快、穩、准，當二次儀表得到結果時，應立即提槍，快速熱電偶在鋼水中浸漬時間不得超過5秒，否則易燒毀測溫槍。
4、測溫槍從爐內提出後，取下使用過的熱電偶，並裝上新的，停頓幾分鍾，准備下次測量。不得連測連拆，否則造成溫差波動。
希望對你有幫助。