傳感器-熱電式傳感器

1、傳感器_熱電式傳感器第1頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日 7.2 熱電偶傳感器熱電阻與熱電偶的區(qū)別第一，信號的性質(zhì)不同，溫度的變化，使熱電阻產(chǎn)生電阻值變化；使熱電耦產(chǎn)生感應電壓的變化。第二，檢測的溫度范圍不一樣，熱電阻是低溫檢測（0-150度），熱電耦是高溫檢測（0-1000度）。第三，從材料上分，熱電阻是一種金屬材料，熱電耦是雙金屬材料。 第2頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日7.2 熱電偶傳感器一、工作原理熱電效應兩種不同材料A、B組成閉合回路，兩節(jié)點AB1，AB2 處于不同溫度T和T0，回路中形成一熱電勢和相應的熱電流 i ， 該現(xiàn)象稱為

2、熱電效應7.2.1 熱電偶工作原理及其工作定律熱電勢由兩部分組成：溫差電勢和接觸電勢。第3頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日1. 接觸電勢EAB(T)A、B兩種金屬在溫度T 時的接觸電勢；接觸電勢的大小與溫度T高低及兩種導體中的電子密度NA、NB間差異有關(guān)。TEAB(T)+BANANB1、接觸電勢第4頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日2. 溫差電勢EA(T，T0)導體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0高低端的絕對溫度； AEA(T,To)TT0第5頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日3. 回路總電勢EAB(T，

3、T0) = EAB(T) EAB(T0) EA(T,T0) EB(T,T0) 考慮溫差電勢較接觸電勢可忽略不計,有：EAB(T，T0) = EAB(T) EAB(T0)第6頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日 二、熱電耦工作定律（一）均質(zhì)導體定律 構(gòu)成熱電偶的基本定律（二）中間導體定律 熱電偶測量的基本定律（三）連接導體定律 電路中應用補償導線節(jié)約貴金屬（四）中間溫度定律 計算修正的依據(jù)（五）參考電極定律 熱電偶選配依據(jù)第7頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日(一) 均質(zhì)導體定律（1）由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論其導體是否存在溫度梯度，回路中沒

4、有電流(即不產(chǎn)生電動勢)；TT0AA熱端冷端TT0AB熱端冷端反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。第8頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日（2）當材料（A，B）一定時，熱電勢 僅與熱電偶兩端點溫度有關(guān)：EAB(T，T0) = EAB (T) EAB (T0)若使EAB (T0) =C時，則：EAB(T，T0) = EAB (T) Cf (T) 即熱電勢為熱端溫度T的單值函數(shù)，這就是熱電偶測溫原理TT0AB熱端冷端第9頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日（二）中間導體定律1）一個由幾種不同導體材料連接成的

5、閉合回路，只要它們彼此連接的接點溫度相同，則此回路各接點產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。0E總 EAB(T) EBC(T) ECA(T) 第10頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日2）將A、B構(gòu)成的熱電偶的T0端斷開，接入第三種導體C，只要保持第三導體兩端溫度相同，接入導體C后對回路總電動勢無影響。EABC(T，T0) EAB(T) EBC(T0)ECA (T0)EAB(T) EAB(T0)EABC(T，T0) EAB(T，T0) 第11頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日圖示：第三種材料接入熱電偶回路的兩種情況圖b，在材料A中加入第三導體C，使C兩端點溫

6、度相同為T2，不影響原回路總電勢。EAB(T1,T0)=EAB(T1)-EAB（T0）T0T123ABEABT2CT0(c)圖c，在AB右節(jié)點加入第三導體C，不影響原回路總電勢。EAB（T1, T0）=EAB（T1）-EAB（T0）(b)T0T1ABCEABAT2T2(a)T0T1BAEAB第12頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日意義：可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等。第13頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日(三） 連接導體定律EABBA（T，Tn，T0） EAB（T） EBB（ Tn） EBA（ T0

7、） EAA（Tn） EAB（T） EB A（ T0 ） EBB（ Tn） EAA（Tn）是運用補償導線進行測溫的理論基礎(chǔ)在熱電偶回路中，接入連接導線A、B ，各接點溫度為：T Tn T0則回路總電勢為第14頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日應用：補償導線原理引入與A、B同樣熱電特性的材料(即補償導線) A、B則回路總電動勢不變，仍為EABBA（T1，Tn，T0） EAB(T1)EAB(T0) = EAB (T1，T0) 即：接入AB后不管接點溫度Tn如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補償導線原理。BABT1Tn TnAET0例第15頁，共47頁，2022年，5月20

8、日，16點21分，星期日熱電偶補償導線知識由于熱電偶 的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。 第16頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日補償導線類型1 延長型補償導線又稱延長型導線，其合金絲的名義化學成分及熱電動勢標稱值與配用的熱電偶相同。2. 補償型補償導線又稱補償型導線，其合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶不同，但其熱電動勢值在0100或0200時與配用熱電偶的熱電動勢標稱值相同。 第17頁，共47頁，2022年，5月

9、20日，16點21分，星期日（四）中間溫度定律 對于材料A、B，若已知熱電勢EAB(T1, T0)、 EAB(T0, T2)B T0 T1 AABBA T2 則：EAB（T1, T2）=EAB（T1, T0）+EAB（T0, T2）或：EAB（T1, T2）=EAB（T1, T0）EAB（T2, T0）第18頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日應用：熱電偶分度表在工程應用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。表分度表中，參考端溫度為:0攝氏度 當冷端溫度 T00 時，EAB(T，T0) 是熱電偶熱端T對于0和冷端T0 對于0時的熱電勢之差 BAB(

10、T，T0) EAB(T，0） EAB(T0 ，0)第19頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日熱電勢單位：V第20頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日第21頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日例1例2第22頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日例：用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500，而這時冷端溫度為60。試問：實際溫度應 T 為多少？E（60，0） E（T，60）60 TE（T，0）0 E（500，0） 2.436mv 23.076mvE（557，0）

11、20.64mvE（T，0） E（T，60） E（60，0）T 為557 表1表2第23頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20，此時顯示儀表的指示值應為多少？顯示儀表指示值應為538.4。 顯示誤差為18.6 E（557，0）0E（0，20） 557 E（557，20）20 E（ 538.4 ，0） 0.798mV 23.076mv22.278mV E（ T ，0）E(557，20）=E（557，0）E（20，0）表1表2第24頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日(五）參考電極定律如果任意兩種導體材料的熱電勢是已

12、知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，T0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CBT0TEAB(T,T0)AB它們相互間熱電勢的關(guān)系為：EAB（T, T0）= EAC（T, T0） EBC（T, T0）第25頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日意義：方便熱電偶的配選工作。由各種材料A、B與標準電極C（鉑）組成的熱電偶分度表，可求出任何二種材料電極A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢。在工藝制作上，大大方便了熱電偶的配選工作。第26頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日例題3：銅-鉑構(gòu)成熱電偶在（100，0）下熱電動勢為0.75mV；康銅-鉑構(gòu)成

13、熱電偶在（100，0）下熱電動勢為3.35mV；問銅-康銅構(gòu)成熱電偶時在（100，0）下熱電動勢為多少？ 0100銅鉑E銅-鉑(100,0)0.75mV鉑康銅E康銅-鉑(100,0)3.35mVE銅-康銅(100,0)康銅銅4.10mV第27頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日7.2.2 熱電偶傳感器一、熱電偶材料1、熱電偶材料應滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；化學性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕；熱電勢高，導電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。第28頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日2、標準熱電偶：標準

14、熱電偶：指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶。有相應的分度表、線性化集成電路。有與其配套的顯示儀表可供選用。我國從1991年開始采用（ITS-90）新標準，共有八種標準化了的通用熱電偶B、 R 、 S、 K、N、 E、 J、T ，寫在前面的熱電極為正極，寫在后面的為負極。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日八種國際通用熱電偶特性表 名 稱分度號測溫范圍/C100C時的熱電勢/mV1000C時的熱電勢/mV鉑銠30-鉑銠6 B 5018200.0334.834鉑銠13-鉑R-5017680.64710.506鉑銠10-鉑S-50

15、17680.6469.587鎳鉻-鎳硅K-27013704.09641.276鎳鉻硅鎳硅N-27013002.74436.256鎳鉻銅鎳 （康銅）E-2708006.319鐵銅鎳 （康銅）J-2107605.269銅銅鎳 （康銅）T-2704004.279第30頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日第31頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日熱電偶產(chǎn)品型號第32頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日（1）普通熱電偶（2）薄膜熱電偶二、熱電偶的結(jié)構(gòu)第33頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日（3）鎧裝熱電偶將熱電極、

16、絕緣材料和金屬保護套管加工成一個堅實的整體，經(jīng)復合拉伸后形成的熱電偶；細：一般直徑為18mm；長：長度一般為120m；第34頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日（4）表面熱電偶溫度計凸型： 固體平面溫度測量2.弓型： 固體圓形、球形表面溫度測量3.針形：導電固體表面溫度測量第35頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日熱電偶產(chǎn)品熱電偶、熱電偶插件、溫度變送器第36頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日安裝形式第37頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日熱電偶溫度計第38頁，共47頁，2022年，5月20日，16點2

17、1分，星期日三、 熱電偶的溫度補償原因為保證輸出熱電勢是被測溫度T的單值函數(shù)，必須使冷端溫度T0保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)。方法： 0 恒溫法 計算修正法 補正系數(shù)法冷端補償器法 軟件處理法第39頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日1、 0 恒溫法（冰點槽法）把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里。這種辦法僅限于科學實驗中使用。mVABABTCC儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液T0第40頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日2. 計算修正法以普通室溫為參考端實際溫度Tn，利用公式計算EAB(T,0)=EAB(T,Tn

18、)+EAB(Tn,0)第41頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日3. 補正系數(shù)法參考端實際溫度tn乘上系數(shù)k，加到由EAB(t，tn) EAB(t1，0)查分度表所得的溫度上t1，成為被測溫度t。用公式表達即 t t1 k t n例：已知參考端溫度為30，鎳鉻考銅熱電偶測得溫度600。查表75，對應于600的補正系數(shù)k=0.78則被測溫度： t = 6000.7830623.4（）第42頁，共47頁，2022年，5月20日，16點21分，星期日4、延伸熱電極法 補償導線法用補償導線將顯示/測量儀表位置延伸到遠離被測點的冷端。注意：型號、極性隨著熱電偶的標準化，補償導線也形成了標準系列。國際電工委員會也制定了