熱電偶傳感器及其應用

1、第第5 5章章 熱電偶傳感器及其應用熱電偶傳感器及其應用 本章學習的主要內(nèi)容有本章學習的主要內(nèi)容有:1、理解熱電偶的工作原理；、理解熱電偶的工作原理； 熱電偶的分類及特點；熱電偶的分類及特點； 2、熱電偶的冷端補償和測溫電路。、熱電偶的冷端補償和測溫電路。 3、熱電偶的應用及配套儀表。、熱電偶的應用及配套儀表。2021-12-281 熱電偶是工程上應用最廣泛的熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器溫度傳感器。它。它構(gòu)造簡單構(gòu)造簡單, , 使用方便使用方便, , 具有較高的準確度、穩(wěn)具有較高的準確度、穩(wěn)定性及復現(xiàn)性定性及復現(xiàn)性, , 溫度測量范圍寬溫度測量范圍寬, , 在溫度測量在溫度測量中占有重

2、要的地位。中占有重要的地位。 熱電偶傳感器是一種能將熱電偶傳感器是一種能將溫度溫度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電動勢電動勢的的裝置。裝置。2021-12-282先看一個實驗先看一個實驗熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示：2021-12-283結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。熱電極熱電極A A5.15.1 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB從實驗到理論：從實驗到理論：熱電效應熱電效應 18211821年，德國物理學家年，德國物理學家賽貝克賽貝克用兩種不同金屬組用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個

3、接觸點（稱成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，同時加熱，指針的偏轉(zhuǎn)角反而減小指針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）。（又說明什么？）。 顯然，指針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有顯然，指針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差溫差有關。有關。 2021-12-2842021-12-285一、工作原理一、工作原理1 1熱電效應熱電效應 將將兩種不

4、同材料的導體兩種不同材料的導體串接成一個閉合回路。串接成一個閉合回路。如果如果兩接合點的溫度不同兩接合點的溫度不同(TT(TT0 0) )，則在兩者間，則在兩者間將產(chǎn)生電動勢將產(chǎn)生電動勢( (熱電勢熱電勢) )，而在回路中就會有一，而在回路中就會有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應熱電效應或或塞貝塞貝克效應克效應。2021-12-286兩種不同材料的導體組成的回路稱為兩種不同材料的導體組成的回路稱為“熱電偶熱電偶”，組成熱電偶的導體稱為組成熱電偶的導體稱為“熱電極熱電極”。熱電偶產(chǎn)生的。熱電偶產(chǎn)生的電勢稱為電勢稱為熱電勢熱電勢。左端稱為：左端稱為：測量端、測量端、工

5、作端、工作端、熱端。熱端。 右端稱為：右端稱為：自由端、自由端、參考端、參考端、冷端。冷端。 熱電極熱電極A A熱電極熱電極B B 理論分析表明：理論分析表明： 熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導體的熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導體的接觸接觸電動勢電動勢和單一導體和單一導體溫差電動勢溫差電動勢兩部分組成。兩部分組成。2021-12-2872021-12-288 不同的金屬材料其自不同的金屬材料其自由電子的密度不同。由電子的密度不同。 設導體設導體A A、B B的自由電的自由電子密度為子密度為n nA A、n nB B， 若若n nA An nB B 由于兩種不同導體的自由電子密度不同，在接由于兩種

6、不同導體的自由電子密度不同，在接觸處會發(fā)生觸處會發(fā)生自由電子的擴散自由電子的擴散形成的電動勢。形成的電動勢。2 2接觸電動勢接觸電動勢導體導體A A 因失去電因失去電子而帶正電子而帶正電導體導體B B則因獲得則因獲得電子而帶負電電子而帶負電接觸面處接觸面處形成電場形成電場2021-12-289 該電場的存在阻礙了電子的繼續(xù)擴散，當電子擴散該電場的存在阻礙了電子的繼續(xù)擴散，當電子擴散達到動態(tài)平衡時，就在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位達到動態(tài)平衡時，就在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即差，即接觸電動勢接觸電動勢，其大小為：，其大小為： BAABnnekTTeln T T 接觸處的絕接觸處的絕對溫度；對溫度

7、； k k 波爾茲曼常波爾茲曼常數(shù)（數(shù)（k = 1.38k = 1.381010- -2323J/KJ/K） e e 電子電荷（電子電荷（e e = 1.6= 1.61010-19-19C C）接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種導體的接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種導體的性質(zhì)性質(zhì)和和接接觸點的溫度觸點的溫度，而與導體的形狀及尺寸無關。，而與導體的形狀及尺寸無關。2021-12-2810高溫端的自由電子高溫端的自由電子具有較大的動能而具有較大的動能而向低溫端擴散。向低溫端擴散。 在在同一導體同一導體中，由于中，由于溫度不同溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。而產(chǎn)生的一種電動勢。3 3同一導體中的溫差電動勢同一導體中的

8、溫差電動勢高溫端因失去高溫端因失去電子而帶正電電子而帶正電低溫端因獲得低溫端因獲得電子而帶負電電子而帶負電中間形成中間形成電位差電位差 上述運動就形成一個靜電場，該靜電場阻止電子繼續(xù)上述運動就形成一個靜電場，該靜電場阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。因此向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。因此, , 在導體兩在導體兩端便形成端便形成溫差電動勢溫差電動勢, , 其大小由下面公式給出：其大小由下面公式給出：TTAAdTTTe00,A2021-12-2811：湯姆遜系數(shù)，表示導體湯姆遜系數(shù)，表示導體A A兩端的溫度差為兩端的溫度差為11時所產(chǎn)生的溫差電動勢。時所產(chǎn)生的溫差電動勢。2021-12

9、-2812 dTNNekTNNekTTTeTTeTeTeTTETTABBTATBTATABABABAB00000000lnln, 熱電偶回路中總的熱電勢應是熱電偶回路中總的熱電勢應是接觸電動勢接觸電動勢與與溫差電溫差電動勢動勢之和：之和：接觸電動勢接觸電動勢溫差電動勢溫差電動勢2021-12-2813 在總熱電勢中在總熱電勢中, , 溫差電勢比接觸電勢小很多溫差電勢比接觸電勢小很多, , 在精度要在精度要求不高的情況下求不高的情況下, , 熱電偶的熱電勢可近似表示為：熱電偶的熱電勢可近似表示為：AB(T, T0) eAB(T) - -eAB(T0) 對于已選定的熱電偶對于已選定的熱電偶, ,

10、當參考端溫度當參考端溫度T T0 0恒定時恒定時, e, eABAB(T(T0 0) ) 為為常數(shù)常數(shù), , 則則總的熱電動勢就只與溫度總的熱電動勢就只與溫度T T成單值函數(shù)關系成單值函數(shù)關系, , 即：即： AB(T, T0) =eAB(T)- -C=f(T) 實際應用中實際應用中, , 熱電勢與溫度之間關系是通過熱電偶分度表熱電勢與溫度之間關系是通過熱電偶分度表來確定的。來確定的。分度表分度表是在參考端溫度為是在參考端溫度為00時時, , 通過實驗建立通過實驗建立起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應關系。起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應關系。2021-12-2814熱電偶回路的熱電

11、偶回路的幾點結(jié)論幾點結(jié)論： 如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)導體，如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)導體，則無論兩結(jié)點溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零。則無論兩結(jié)點溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零。必須采用兩種不同的材料作為熱電極必須采用兩種不同的材料作為熱電極。 如果熱電偶兩結(jié)點溫度相等，熱電偶回路內(nèi)的總電如果熱電偶兩結(jié)點溫度相等，熱電偶回路內(nèi)的總電勢亦為零。勢亦為零。兩結(jié)點溫度不同兩結(jié)點溫度不同。 熱電偶熱電偶ABAB的熱電勢與的熱電勢與A A、B B材料的中間溫度無關，只材料的中間溫度無關，只與結(jié)點溫度有關。與結(jié)點溫度有關。 起主要作用的是兩個結(jié)點的起主要作用的

12、是兩個結(jié)點的接觸電動勢接觸電動勢 。熱電偶測溫的主要優(yōu)點熱電偶測溫的主要優(yōu)點 1 1、它屬于、它屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表； 2 2、測溫范圍廣測溫范圍廣：下限可達：下限可達-270-270 C C ，上限可達，上限可達18001800 C C以上；以上； 2021-12-28152021-12-2816二、二、 熱電偶定律熱電偶定律1 1中間導體定律中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導線，只要在熱電偶回路中接入第三種材料的導線，只要這第三種材料的導體這第三種材料的導體兩端溫度相同兩端

13、溫度相同，第三種材料，第三種材料導線的引入不會影響熱電偶的熱電動勢，這一性導線的引入不會影響熱電偶的熱電動勢，這一性質(zhì)稱為質(zhì)稱為中間導體定律中間導體定律。E EABCABC(T,T(T,T0 0)=e)=eABAB(T)+e(T)+eBCBC(T(T0 0)+e)+eCACA(T(T0 0) ) =e =eABAB(T)-e(T)-eABAB(T(T0 0) ) =E =EABAB(T,T(T,T0 0) )2021-12-2817e eABAB(T)(T)e eBCBC(T(T0 0) )e eCACA(T(T0 0) )2021-12-2818 在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，在熱電偶

14、回路中接入第三種材料的導體，只要只要第三種導體兩端的溫度相等第三種導體兩端的溫度相等，則對熱電偶回路總，則對熱電偶回路總的熱電動勢無影響。的熱電動勢無影響。 利用熱電偶進行測溫利用熱電偶進行測溫, , 必須在回路中引入連接必須在回路中引入連接導線和儀表。導線和儀表。請問請問：接入導線和儀表后會不會影響回路中的接入導線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？熱電勢呢？mV2021-12-28192 2參考電極定律參考電極定律（標準電極定律） 當結(jié)點溫度為當結(jié)點溫度為t,tt,t0 0時，用導體時，用導體A,BA,B組成的熱電偶的熱電組成的熱電偶的熱電動勢等于動勢等于ACAC熱電偶和熱電偶和CBCB熱

15、電偶的熱電動勢的代數(shù)和。熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。000,ttEttEttEBCACAB在實際應用中，由于在實際應用中，由于純鉑絲的物理化學性純鉑絲的物理化學性能穩(wěn)定、熔點高、易能穩(wěn)定、熔點高、易提純，所以目前常用提純，所以目前常用純鉑絲純鉑絲作為標準電極作為標準電極 (C(C極極) )。參考電極 參考電極的實用價值：參考電極的實用價值： 它可大大簡化熱電偶的選配工作。它可大大簡化熱電偶的選配工作。 實際測溫中，只要獲得有關熱電極與實際測溫中，只要獲得有關熱電極與參考電極參考電極配配對時的熱電勢值，那么任何兩種熱電極配對時的對時的熱電勢值，那么任何兩種熱電極配對時的熱電勢均可按公式而無需再逐個

16、去測定。熱電勢均可按公式而無需再逐個去測定。2021-12-2820例：已知鉑銠例：已知鉑銠3030鉑的鉑的E E(1084.5,0)=13.937mV(1084.5,0)=13.937mV， 鉑銠鉑銠6 6鉑的鉑的E E(1084.5(1084.5,0,0)=8.354mV,)=8.354mV, 求求: :鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6在同樣溫度條件下的熱電動勢。在同樣溫度條件下的熱電動勢。解：設解：設A A為鉑銠為鉑銠3030電極，電極，B B為鉑銠為鉑銠6 6電極，電極，C C為鉑電極。為鉑電極。 已知已知:t=1084.5,t:t=1084.5,t0 0=0=0根據(jù)參考電極定律：根據(jù)參

17、考電極定律：000,ttEttEttEBCACAB2021-12-2821即：即：E EABAB(1084.5,0)=(1084.5,0)=E EACAC(1084.5,0)-(1084.5,0)-E EBCBC(1084.5,0)(1084.5,0) =13.937mV-8.354mV =13.937mV-8.354mV =5.583mV =5.583mV3 3中間溫度定律中間溫度定律00,TTETTETTEnABnABAB2021-12-2822熱電偶在結(jié)點溫度為熱電偶在結(jié)點溫度為T T、T T0 0時的熱電動勢等于該熱時的熱電動勢等于該熱電偶在（電偶在（T,TT,Tn n）與（）與（T

18、Tn n,T,T0 0）時的熱電動勢之和，）時的熱電動勢之和，這就是這就是中間溫度定律中間溫度定律。T Tn n稱為中間溫度。稱為中間溫度。用下式表示：用下式表示：或：或： E EABAB（t,tt,t0 0）= =E EABAB(t,t(t,tn n)+)+E EABAB(t(tn n,t,t0 0) ) 結(jié)點采用攝氏溫度表示：結(jié)點采用攝氏溫度表示：t=T-273Kt=T-273K2021-12-2823中間溫度定律的實用價值：中間溫度定律的實用價值：1 1）自由端溫度不為）自由端溫度不為00時，可通過上式及分度表時，可通過上式及分度表求得工作端溫度。求得工作端溫度。 2 2）熱電偶補償導線

19、的使用。）熱電偶補償導線的使用。采用采用補償導線補償導線，可將熱電偶的自由端延伸到遠離，可將熱電偶的自由端延伸到遠離高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對穩(wěn)定。高溫區(qū)的地方，從而使自由端的溫度相對穩(wěn)定。注意注意兩根補償導線與熱電偶兩個熱電極的接點必須具有兩根補償導線與熱電偶兩個熱電極的接點必須具有相同的溫度。相同的溫度。補償導線只能與相應型號的熱電偶配用補償導線只能與相應型號的熱電偶配用 ( (表表5-1)5-1)。2021-12-2824工程上用于熱電偶的材料應滿足以下條件工程上用于熱電偶的材料應滿足以下條件: : 1)1)熱電勢變化盡量大熱電勢變化盡量大; ;2)2)熱電勢與溫度關系熱電勢與

20、溫度關系盡量接近線性關系盡量接近線性關系; ;3)3)物理、化學物理、化學性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定; ;4)4)易加工易加工, , 復現(xiàn)性好復現(xiàn)性好, , 便于成批生產(chǎn)。便于成批生產(chǎn)。 實際上并非所有材料都能滿足上述要求。實際上并非所有材料都能滿足上述要求。目前在國際上被公認比較好的熱電材料只有幾種。目前在國際上被公認比較好的熱電材料只有幾種。5.2 5.2 熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)2021-12-2825目前工業(yè)上常用的有四種標準化熱電偶目前工業(yè)上常用的有四種標準化熱電偶1.1.鉑銠鉑銠1010鉑熱電偶（鉑熱電偶（S S）2.2.鎳鉻鎳硅熱電偶（鎳鉻鎳硅熱電偶（K K）3.3.鎳鉻考銅熱

21、電偶（鎳鉻考銅熱電偶（E E）4.4.鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶（熱電偶（B B）一、常用熱電偶簡介一、常用熱電偶簡介1.鉑銠鉑銠1010鉑熱電偶（鉑熱電偶（S S） 可在可在13001300以下的范圍內(nèi)長期使用，短期可以下的范圍內(nèi)長期使用，短期可測量測量16001600的高溫。的高溫。 優(yōu)點：復制精度和測量的準確性高，可用于優(yōu)點：復制精度和測量的準確性高，可用于精密溫度測量或作為精密溫度測量或作為基準熱電偶基準熱電偶。 缺點：缺點：熱電動勢較弱熱電動勢較弱，在高溫時易受還原性，在高溫時易受還原性氣體腐蝕。而且鉑銠氣體腐蝕。而且鉑銠1010鉑熱電偶的材料屬于鉑熱電偶的材料屬于貴金屬，

22、成本較高。貴金屬，成本較高。2021-12-28262.2.鎳鉻鎳硅（鎳鋁）熱電偶（鎳鉻鎳硅（鎳鋁）熱電偶（K K） 可在氧化性或中性介質(zhì)中長時間地測量可在氧化性或中性介質(zhì)中長時間地測量900900以下的溫度，短期測量可達以下的溫度，短期測量可達1200 1200 。 優(yōu)點：復制性好，優(yōu)點：復制性好，熱電勢較大熱電勢較大，價格便宜。，價格便宜。 缺點：在還原性介質(zhì)中易受腐蝕，缺點：在還原性介質(zhì)中易受腐蝕，測量精度測量精度偏低。偏低。2021-12-28273.3.鎳鉻考銅熱電偶（鎳鉻考銅熱電偶（E E） 適用于還原性或中性介質(zhì)，長期測量溫度不超適用于還原性或中性介質(zhì)，長期測量溫度不超過過600

23、以下的溫度，短期測量可達以下的溫度，短期測量可達800 。 優(yōu)點：熱電優(yōu)點：熱電靈敏度高靈敏度高，價格便宜。，價格便宜。 缺點：測溫范圍窄而低，考銅合金絲易受氧化缺點：測溫范圍窄而低，考銅合金絲易受氧化而變質(zhì)。而變質(zhì)。2021-12-28284.4.鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6熱電偶（熱電偶（B B） 可長期測量可長期測量1600的高溫，短期可測量的高溫，短期可測量1800的高溫。的高溫。 優(yōu)點：性能穩(wěn)定，優(yōu)點：性能穩(wěn)定，精度高精度高，適用于氧化性和中，適用于氧化性和中性介質(zhì)中使用。性介質(zhì)中使用。 缺點：它產(chǎn)生的缺點：它產(chǎn)生的熱電勢小熱電勢小，價格高。，價格高。2021-12-2829202

24、1-12-2830鉑銠鉑銠10鉑熱電偶鉑熱電偶 1300 鎳鉻鎳鉻鎳硅（鎳鉻鎳硅（鎳鉻鎳鋁鎳鋁）熱電偶）熱電偶 900 鎳鉻鎳鉻考銅熱電偶考銅熱電偶 600 鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6熱電偶熱電偶 1600 幾種常見標準熱電偶的溫度與電動勢特性曲線幾種常見標準熱電偶的溫度與電動勢特性曲線 八種八種國際通用熱電偶：國際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、 R:R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 、 S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 ； K:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 、N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅； E:E:鎳鉻鎳鉻銅鎳、銅鎳、 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 ； T:T:銅銅銅鎳。銅鎳。 2021-12-2

25、831用于制造用于制造鉑鉑熱電偶的熱電偶的各種各種鉑鉑熱電偶絲熱電偶絲幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢 2021-12-2832分度號分度號 名稱名稱 測量溫度范圍測量溫度范圍 1000 C熱電勢熱電勢/ mVB鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6501820 C C4.8344.834R鉑銠鉑銠1313鉑鉑-501768 C C10.50610.506S鉑銠鉑銠1010鉑鉑-501768 C C9.5879.587K鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻 (鋁鋁) -2701370 C C41.27641.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (考銅考銅)270800 C C?幾種常用熱電偶的熱電勢

26、與溫度的關系曲線幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析分析 2021-12-2833 哪幾種熱電哪幾種熱電偶的測溫上限偶的測溫上限較高？較高？ 結(jié)論：結(jié)論： 哪一種熱電偶哪一種熱電偶的靈敏度較高？的靈敏度較高？ 哪一種熱電偶哪一種熱電偶的靈敏度較低？的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？為什么所有的曲線均過原點（零度點）？2021-12-2834二、熱電偶的結(jié)構(gòu)二、熱電偶的結(jié)構(gòu)工程上實際使用的工程上實際使用的熱電偶大多是由熱電偶大多是由熱熱電極電極、絕緣套管絕緣套管、保護套管保護套管和和接線盒接線盒等部分組成。等部分組成。熱電極熱電極絕緣套管絕緣套管保護套管保護套管接線盒接線盒

27、、熱電極、熱電極熱電偶常以熱電偶常以熱電極材料熱電極材料種類來命名。種類來命名。、絕緣套管、絕緣套管用來用來防止兩根熱電極短路防止兩根熱電極短路。常用陶瓷、石英等。常用陶瓷、石英等作絕緣材料。作絕緣材料。、保護管、保護管使熱電極與被測介質(zhì)隔離，使之免受化學侵蝕使熱電極與被測介質(zhì)隔離，使之免受化學侵蝕或機械損傷。要求經(jīng)久耐用與傳熱良好?；驒C械損傷。要求經(jīng)久耐用與傳熱良好。、接線盒、接線盒供連接熱電偶和測量儀表之用。供連接熱電偶和測量儀表之用。2021-12-28352021-12-2836三、三、 熱電偶的種類熱電偶的種類 為了適應不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件為了適應不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件

28、, 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有 普通型普通型熱電偶熱電偶 鎧裝型鎧裝型熱電偶熱電偶 薄膜薄膜熱電偶等熱電偶等 、普通型熱電偶、普通型熱電偶 普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多, , 它一般由熱它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成。電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成。 2021-12-2837普通裝配型普通裝配型熱電偶的外熱電偶的外形形2021-12-2838安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭普通裝配型普通裝配型熱熱電偶的結(jié)構(gòu)圖電偶的結(jié)構(gòu)圖 接線盒接線盒2021-12-2839引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時用塑料包裹）（出廠時用塑料包裹

29、）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護管保護管 2021-12-2840、鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶又稱鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶套管熱電偶。是由金屬保護套管、。是由金屬保護套管、絕緣材料和熱電極三者絕緣材料和熱電極三者組合成一體組合成一體的特殊結(jié)構(gòu)的熱電的特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。偶。鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭2021-12-2841鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達上百米長達上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護套管保護套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面 鎧裝熱電偶的制造工藝：鎧裝熱電偶的制造工藝： 把把熱電極材料熱電極材料

30、與與高溫絕緣材料高溫絕緣材料預置在預置在金屬保護金屬保護管管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒接線盒即成即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。 2021-12-2842 鎧裝熱電偶特點：鎧裝熱電偶特點： 內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性；沖擊的

31、特性； 測溫端熱容量小，動態(tài)響應快。測溫端熱容量小，動態(tài)響應快。 鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹微小、狹窄場合窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。長等優(yōu)點。 2021-12-28432021-12-2844、薄膜熱電偶、薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極薄膜熱電極材料材料, , 用真空蒸鍍、用真空蒸鍍、化學凃?qū)拥绒k法蒸鍍到化學凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板絕緣基板上面制成的一種特殊熱上面制成的一種特殊熱電偶，測量端既小又薄，具有熱容量小，反應速度快等電偶，測量端既小又薄，具有熱容量小，反

32、應速度快等的特點。的特點。2021-12-28454、表面熱電偶、表面熱電偶 主要用于現(xiàn)場流動的測量。主要用于現(xiàn)場流動的測量。 探頭有各種形狀，以適應不同物體探頭有各種形狀，以適應不同物體表面測溫表面測溫用。用。 測溫范圍有測溫范圍有02500250和和06000600。2021-12-28462021-12-28472021-12-28485 5、防爆熱電偶、防爆熱電偶 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 防爆熱電偶的接線盒在設計時防爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊結(jié)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄壓鑄而成的，有一定的厚而成的，有一定的厚度、隔爆空間，度、隔爆空間，機構(gòu)強

33、度機構(gòu)強度較高；較高； 采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內(nèi)一旦放弧時，不會與外界環(huán)境因此，當接線盒內(nèi)一旦放弧時，不會與外界環(huán)境的危險氣體傳爆，能達到預期的防爆、隔爆效果。的危險氣體傳爆，能達到預期的防爆、隔爆效果。 2021-12-2849使用場合：使用場合： 工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學工業(yè)化學工業(yè)自控系統(tǒng)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易易燃、易爆燃、易爆等化學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶等化學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易

34、引起環(huán)境氣體爆炸）。則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。2021-12-28502021-12-2851隔爆隔爆型熱電偶外形型熱電偶外形2021-12-2852厚壁保護管厚壁保護管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線其他其他熱電偶外形熱電偶外形2021-12-2853小形小形K K型熱電偶型熱電偶5.3 5.3 熱電偶的冷端補償和測溫電路熱電偶的冷端補償和測溫電路 熱電偶冷端補償?shù)臒犭娕祭涠搜a償?shù)谋匾员匾裕?用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)- -溫度時，必須滿足溫度時，必須滿足t t0 0=0=0 C C的條件。的條件。 在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，在實際

35、測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣這樣t t0 0不但不但不是不是0 0 C C，而且也，而且也不恒定不恒定， 因此將產(chǎn)生因此將產(chǎn)生誤差。誤差。 一般情況下，冷端溫度均高于一般情況下，冷端溫度均高于0 0 C C，熱電勢總是偏小熱電勢總是偏小。應。應想辦法消除或補償熱電偶的想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失冷端損失。2021-12-2854一、熱電偶的冷端補償一、熱電偶的冷端補償熱電偶的冷端補償熱電偶的冷端補償?shù)姆椒ǖ姆椒? 1、冷端恒溫、冷端恒溫法法：使參考端使參考端（冷端）溫度處于（冷端）溫度處于0 0 C C 或某一恒定溫度或某一恒定溫度 （冰浴法冰浴法 將熱電偶的冷端置于裝有冰水混

36、合物的恒溫將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在容器中，使冷端的溫度保持在0 0 C C不變。此法稱不變。此法稱冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t t0 0不等于不等于0 0 C C而引入的誤差，而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室和實驗室和校驗熱電偶校驗熱電偶的的中。中。2021-12-2855冰浴法冰浴法2021-12-2856 在冰瓶中的在冰瓶中的冰水混合物冰水混合物，溫度保持，溫度保持在在0 0 C C不變。不變。2021-12-2857（2 2）將冷端置入盛油的容器內(nèi)）將冷端置入盛油的容器內(nèi), ,利用利用油的熱

37、惰油的熱惰性性使節(jié)點溫度保持一致并接近室溫。使節(jié)點溫度保持一致并接近室溫。（3 3）將冷端置入充滿絕緣物的鐵管中）將冷端置入充滿絕緣物的鐵管中, ,把鐵管把鐵管埋在埋在1.5-2m1.5-2m或更深的地下，以保持恒溫?；蚋畹牡叵?，以保持恒溫。（4 4）將冷端置于）將冷端置于恒溫器恒溫器中中, ,恒溫器可自動控制恒溫器可自動控制溫度恒定。溫度恒定。2 2、補償導線、補償導線法法補償導線補償導線： 是指在一定的溫度范圍內(nèi)（是指在一定的溫度范圍內(nèi)（0 0100100 C C），其），其熱電性能與相應熱電偶的熱電性能相同的熱電性能與相應熱電偶的熱電性能相同的廉價廉價導線。導線。 其其作用是把熱電偶參

38、考端移至離熱源較遠及作用是把熱電偶參考端移至離熱源較遠及環(huán)境溫度較恒定的地方環(huán)境溫度較恒定的地方2021-12-28582021-12-2859 測溫時，熱電偶長度受一定限制，使得冷端測溫時，熱電偶長度受一定限制，使得冷端溫度直接受到溫度直接受到被測介質(zhì)溫度被測介質(zhì)溫度和和周圍環(huán)境溫度周圍環(huán)境溫度的的影響，難以處于影響，難以處于0 0 C C，而且不穩(wěn)定，而且不穩(wěn)定。 根據(jù)根據(jù)中間溫度定律中間溫度定律，E EABAB（t t，t t0 0）= =E EABAB（t t，t tn n）+ +E EABAB（t tn n，t t0 0）當熱電極當熱電極A A 、B B與補償導線與補償導線A A，、

39、 B B，相連接后相連接后 由于由于E EA A, ,B B, ,（ t tn n ，t t0 0）= =E EABAB（t tn n，t t0 0）仍然可以看作僅由熱電極仍然可以看作僅由熱電極A A 、B B組成的回路。組成的回路。 補償導線在補償導線在0 0100100 C C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢熱電偶的熱電勢相等相等，所以，所以不影響不影響測量精度。測量精度。 采用相對廉價的補償導線，可采用相對廉價的補償導線，可延長熱電偶的延長熱電偶的冷冷端端，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設。曲，便于敷設。

40、 注意注意：補償導線只起延長熱電極的作用，并不：補償導線只起延長熱電極的作用，并不能消除冷端溫度不為能消除冷端溫度不為0 0 C C時的影響，因此還應該時的影響，因此還應該用補正方法將其補正到用補正方法將其補正到0 0 C C。2021-12-2860補償導線外形補償導線外形 2021-12-2861AB屏蔽層屏蔽層保護層保護層3 3、冷端溫度校正、冷端溫度校正法法：即是通過計算來補正即是通過計算來補正。 當熱電偶的冷端溫度當熱電偶的冷端溫度t t0 0 0 0 C C時，由于熱端與冷端的溫時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢E E

41、ABAB（t t，t t0 0）與冷端為與冷端為0 0 C C時所測得的熱電勢時所測得的熱電勢E EABAB（t t，0 0 C C）不等。）不等。 若冷端溫度高于若冷端溫度高于0 0 C C，則，則E EABAB（t t，t t0 0） E EABAB（t t，0 0 C C）。）。 根據(jù)熱電偶的根據(jù)熱電偶的中間溫度定律中間溫度定律，可以利用下式計算并修可以利用下式計算并修正測量誤差：正測量誤差： E EABAB（t t，0 0 C C）= =E EABAB（t t，t t0 0）+ +E EABAB（t t0 0，0 0 C C）2021-12-28622021-12-2863、電橋補償法

42、、電橋補償法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓，來自動補利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓，來自動補償熱電偶因償熱電偶因冷端溫度變化冷端溫度變化而引起的而引起的熱電動勢的變熱電動勢的變化值化值?？少徺I與被補償熱電偶對應型號的補償電?？少徺I與被補償熱電偶對應型號的補償電橋。橋。 電橋通常取在電橋通常取在2020時處于平衡狀態(tài)時處于平衡狀態(tài)，此時橋，此時橋路輸出電壓路輸出電壓U Uabab=0=0，電橋無補償作用。，電橋無補償作用。 若環(huán)境溫度升高冷端溫度升高熱電偶的熱電勢若環(huán)境溫度升高冷端溫度升高熱電偶的熱電勢降低降低 u u的阻值增大電橋失去平衡橋路有電壓的阻值增大電橋失去平衡橋路有電壓U Uaba

43、b輸出輸出2021-12-2864U Uabab上升與上升與X X下降迭加，使下降迭加，使ABAB幾乎保持不變，幾乎保持不變，實現(xiàn)了實現(xiàn)了溫度補償溫度補償?shù)淖饔谩５淖饔?。但U Uabab無法始終跟蹤無法始終跟蹤X X的變化，所以冷端補償只能在的變化，所以冷端補償只能在一定范圍內(nèi)起溫度一定范圍內(nèi)起溫度補償作用補償作用。用于電橋補償?shù)难b置稱為用于電橋補償?shù)难b置稱為熱電偶冷端補償器。熱電偶冷端補償器。所謂冷端溫度補償器（一個不平衡電橋），實所謂冷端溫度補償器（一個不平衡電橋），實質(zhì)上就是一個產(chǎn)生直流信號的毫伏發(fā)生器，將它質(zhì)上就是一個產(chǎn)生直流信號的毫伏發(fā)生器，將它串接串接在熱電偶的測量線路中，就可以

44、在測量時使在熱電偶的測量線路中，就可以在測量時使讀數(shù)得到自動補償。讀數(shù)得到自動補償。2021-12-2865 XT-WBC熱電熱電偶冷端補償器偶冷端補償器2021-12-2866可購買與被補償熱電偶對應型號的補償電橋?？少徺I與被補償熱電偶對應型號的補償電橋。 補充介紹一種新型溫度傳感器補充介紹一種新型溫度傳感器PN結(jié)溫度傳感器：結(jié)溫度傳感器：2021-12-2867 PN PN結(jié)溫度傳感器是結(jié)溫度傳感器是利用半導體硅材料的利用半導體硅材料的PNPN結(jié)其正向結(jié)其正向?qū)妷号c溫度變化呈線性關系的原理，將感受到的導通電壓與溫度變化呈線性關系的原理，將感受到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓輸出的感溫元件。溫度信

45、號轉(zhuǎn)換成電壓輸出的感溫元件。 PNPN結(jié)溫度傳感器具有體積小、線性度好、靈敏度高、結(jié)溫度傳感器具有體積小、線性度好、靈敏度高、反應速度快、無需冷端補償?shù)葍?yōu)點。反應速度快、無需冷端補償?shù)葍?yōu)點。 兼有熱電偶、鉑電阻及熱敏電阻的主要優(yōu)點，又在兼有熱電偶、鉑電阻及熱敏電阻的主要優(yōu)點，又在一定程度上克服了它們各自固有的缺點，贏得了一定程度上克服了它們各自固有的缺點，贏得了“科科學的眼睛學的眼睛”、“理想的感溫元件理想的感溫元件”的美譽。的美譽。 DA型線性型線性PN結(jié)溫度傳感器結(jié)溫度傳感器2021-12-2868幾種溫度傳感器的比較幾種溫度傳感器的比較 在溫度測量與控制系統(tǒng)中熱電偶在溫度測量與控制系統(tǒng)中熱電偶鉑電阻鉑電阻熱熱敏電阻用得較多，敏電阻用得較多，PNPN結(jié)溫度傳感器是近期新產(chǎn)品。結(jié)溫度傳感器是近期新產(chǎn)品。它們的各自特性如下：它們的各自特性如下： 1 1熱電偶熱電偶測溫范圍寬，重復性好，但測溫范