薄膜热电偶 薄膜热电偶是用真空蒸镀、化学涂层等方法将热电偶材料蒸镀 到绝缘基板上面而制成的热电偶。由于热电偶可以做到很很薄（厚 度可达 0.01m ~ 0.1m ），测表面温度时不影响被测表面的温度变化， 其本身热电容量小，动态响应快，故适合于测量微小面积和瞬时变 化的温度。 除此之外，还有用于测量圆弧形固体表面温度的表面热电偶和 用于测量液态金属温度的浸入式热电偶等。 4）热电偶的特点 热电偶主要优点表现在： 结构简单，制造容易，使用方便，热电偶的电极不受大小和形 状的限制，可按照需要进行配制。 因为它的输出信号为电动势，因此测量时，可不要外加电源。 输出灵敏度一般为μV／℃，室温下的典型输出电压为毫伏数量级。 测量范围广，可从－269℃～1800℃。 0o C 测量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影 响。 便于远距离测量、自动记录及多点测量。

　　3.6.3 磁电式传感器的测量电路 磁电式传感器直接输出感应电势，且传感器通常有较高的灵敏 度，所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感 器，若要获取被测位移或角速度，则要配用积分或微分电路。如图 3.63为一般测量电路方框图。其中虚线框内整形及微分部分电路仅 用于以频率作为输出时。

　　实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是两个接点的接触电动势， 因而将单一导体的温差电动势忽略不计，则

　　（3）热电偶的测温电路 图3.69 (a)所示为基本测温电路。图3.69(b)所示为测量温差电 路。图3.68(c)所示为测量平均温度的并联电路。图3-68 (d)所示为 测量平均温度的串联电路。

　　热电偶常以热电极材料种类来命名。 2）绝缘套管 绝缘套管又叫绝缘子，用来防止两根热电极短路。 3）保护管 保护管的作用是使热电极与被测介质隔离，使之免受化学侵蚀 或机械损伤。 4）接线盒 接线盒供连接热电偶和测量仪表之用。

　　如图3.67所示热电偶在结点温度为T、T0时的热电动势EAB(T， T0)等于该热电偶在(T，Tn)及(Tn，T0)时的热电动势EAB(T，Tn)与 EAB(Tn，T0)之和——这就是中间温度定律。

　　3） 参考电极定律(也称组成定律) 如图3.68所示已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在结 点温度为(T，T0)时的热电动势分别为EAC (T，T0)与EBC (T，T0)，则相 同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T，T0)可按下 面公式计算：

　　3）热电偶导线补偿 在工业测温中，被测点与控制或显示仪表之间往往有很长的距 离，同时为了避免参考端温度受被测点温度变化的影响，也需要使 热电偶的参考端远离测量端，但是一般由于热电偶材料较昂贵，热 电偶尺寸不能过长（一般只有1m 左右）。为了解决这一问题，一般 用专用导线把热电偶的参考端延伸出来。如图所示。

　　3.6.1 动圈式磁电传感器 动圈式磁电传感器又可分为线表示 线速度型传感器工作原理。在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一 个可动线圈，当线圈沿磁场方向做直线运动时，线圈相对于磁场的 的运动速度为，它所产生的感应电动势为

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　　1）采用补偿导线所示。为了让自由端免受被测介质温度 和周围环境的影响，往往采用补偿导线，将热电偶的自由端延引到 远离高温区的地方，从而使新的自由端温度相对稳定。同时当测量 端与工作端距离较远时，利用补偿导线可以节约大量贵金属，减少 热电偶回路的电阻，而且便于铺设安装。

　　3.6.2 磁阻式磁电传感器 磁阻式磁电传感器跟动圈式磁电式传感器不一样，它在工作的 时候其线圈与磁铁部分是相对静止的，由与被测量连结的物体（导 磁材料）的运动来改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量， 在线圈中产生感应电动势。 磁阻式磁电传感器一般常用于测量转速、偏心、振动等，产生 感应电动势的频率作为输出，而电势的频率取决于磁通变化的频率。 其工作原理及应用如图3.62所示。如图3.62a可测旋转物体的角频 率，在圆轮旋转时，圆轮上的凸处的位置发生变化，引起磁路中磁 阻变化，从而引起贯穿线圈的磁通量发生变化，其产生的交变电势 的频率为 f  n / 60   / 2 （3.110） 式中 f —感应电势频率（周/秒）；  —圆轮的角速度； n —圆轮的转速（转/分）。 这样，就可测得运动物体的频率。

　　式（3.109）表明，当传感器结构确定后， 、 、 和 皆恒 N B S k e  定不变，便可以根据感应电动势 的大小确定被测量 。故这种传 感器常被用于测量转速。  需要注意的是在式（3.108）、式（3.109）中的 v 、 指的是 线圈与磁铁的相对速度，而不是磁铁的绝对速度。

　　稳定性 热电偶的稳定性就是描述热电偶的特性的相对稳定的重要参数。 热电偶的稳定性有长期稳定性和短期稳定性之分。 均匀性 热电偶的均匀性是指热电极的均匀程度。若热电极材料不均匀， 而热电极又处于温度不均匀中，则会产生附加的不均匀电势。 时间常数(热惰性) 热电偶的时间常数是指被测介质从一温度跃变到另一温度时， 热电偶测量端的温度上升到整个阶跃温度的63％所需的时间。 绝缘电阻 热偶丝电阻率

　　为了便于使用，将自由端温度T0取为0℃，将热电偶工作端温 度与热电动势的对应关系列成表格，该表称为热电偶的分度表（参

　　3）热电偶的种类 为了适应不同生产对象的测温要求，热电偶常见的结构形式有 普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。 普通型热电偶 普通型热电偶结构的热电偶在工业上使用最多，它通常由热电 极加上绝缘套、保护套和接线盒构成，如图所示。安装连接时，可 采用螺纹或者法兰方式连接；根据使用条件，可制成密封式普通型 或高压固定螺纹型。 铠装型热电偶 所谓铠装型热电偶就是在类似铠甲保护作用的铠装套与热电偶 丝之间填充氧化镁和氧化铝等保护物而构成的热电偶，其结构如图 所示。这种类型的热电偶具有好的抗腐蚀、抗氧化和抗振性能，在 目前工业测温和控制系统中已得到广泛的应用。

　　式中 B —磁场的磁感应强度； l —单匝线圈的有效长度； N —线圈匝数； v —线圈相对于磁场方向的运动速度。 式（3.108）表明，当 、 和 恒定不变时，便可以根据感应 B N l 电动势 e的大小计算出被测线速度 v 的大小。 图3.61示出了角速度型传感器的工作原理，线圈在磁场中以  角速度旋转时产生的感应电动势为 （3.109） e   kNBS 式中  —角速度； S —单匝线圈的截面积； k —与结构有关的系数，  1。 k

　　（2）热电偶定律 1）中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，无论插入导体的温度分布如 何，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总电动势无影 响——这就是中间导体定律。

　　热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置，在各 种热电式传感器中，以把温度转换成电势和电阻的方法最为普遍。 其中最常用的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势 变化，热电阻是把温度变化转换为电阻值的变化。这两种热电式传 感器目前已经在工业生产中得到了广泛的应用。 3.7.1 热电偶传感器 （1）热电效应 当两种不同材料的金属导体A和B组成闭合回路，且两个结点 温度不同时，回路中将产生电动势，这种现象称为热电效应或赛贝 克效应。利用热电效应制成的将温度信号转换为电信号的器件称为 热电偶。工作原理如图3.63所示。

　　磁电式传感器是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、 速度等）转换成电信号的一种传感器，也称为电磁感应传感器。 根据电磁感应定律，当N匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过 线圈的磁通为  ，则线圈内会产生感应电动势 e

　　可见，线圈中感应电动势的大小，跟线圈的匝数和穿过线圈的 磁通变化率有关。一般情况下，匝数是确定的；而磁通变化率与磁 场强度 B 、磁路磁阻 R m 、线圈的运动速度 v 有关，故只要改变其 中一个参数，都会改变线圈中的感应电动势。 根据结构方式的不同，磁电式传感器通常分为动圈式和磁阻式 两大类，下面分别对其介绍。

　　工程中常见的修正或补偿主要有下面几种方法。 2）冷端恒温方式 把冰屑和清凉的水相混合，放在保温瓶中，这样使其温度保持 在 0 o C ，然后把热电偶的参考端置于其中。这时热电偶输出的热电 势符合分度表的对应关系，这种方法适合用于实验室。 使冷端保持恒温的方法，也可以将参考端置于恒温槽中，如恒 温槽温度为 T m，则冷端的误差  为

　　热电偶产生的热电势EAB(T，T0)由接触电动势和温差电动势 两部分组成。接触电动势（又称珀尔帖(peltier)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。

　　温差电动势(又称汤姆逊(Thomson)电动势)是在同一根导体中， 由于两端温度不同而产生的一种电动势。

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　　3） 参考端温度自动补偿法 工业中，常常采用参考端温度自动补偿法，这种方法就是在热 电偶和测量仪表间接入一个不平衡直流电桥（也称为温度补偿 o 器），如图所示，来补偿参考端温度不为 0 C 或变化而引起热 电势的变化。当参考端温度升高，导致回路中总电势降低时，温度 补偿器此时受参考端的变化产生一个正电势，其值正好等于热电偶 降低的电势。两者互相抵消而达到自动补偿的目的；反之亦然。 电桥的四个桥臂分别由三个温度系数较小锰铜丝绕制的电 阻 R1 、R 2 、R 3 以及具有正温度系数且系数较大的铜丝绕制的可调电 阻 R Cu和稳压电源构成。补偿器在工作时与热电偶在参考端处于同一 环境。工程中一般设计为电桥在 20 o C处于平衡。应用时，只要适当 选择桥臂电阻和电源电压，同时调节电阻 R Cu ，就可以使电桥产生 的不平衡电压U CD 补偿由于参考端温度变化引起的热电势变化 E AB (T0 , 20 o C ) ，从而达到自动补偿的目的。 量

　　其中 T 为被测温度。由此可见，虽然   0 ，但为一定植。故只要 在回路中加入相应的修正电压，或调整指示装置的超始位置。即可 50 o C和 0 o C 。 达到完全补偿的目的。工程中常用的补偿温度有