電氣檢測(cè)技術(shù)精品課件

1、電氣檢測(cè)技術(shù)第1頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五主要性能特點(diǎn) 熱電偶能滿足溫度測(cè)量的各種要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫精度高，測(cè)溫范圍寬(-269-2800)，響應(yīng)時(shí)間較快，穩(wěn)定性較好，在測(cè)溫領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 電氣檢測(cè)技術(shù)2第2頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五一、熱電偶的測(cè)溫原理熱電效應(yīng)： 兩不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的閉合回路，兩接點(diǎn)分別置于溫度各為t及t0(tt0)的熱源中，回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。 A、B為熱電極， t為工作端或熱端，t0為自由端或冷端。 熱電勢(shì)大小由組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成，熱電動(dòng)勢(shì)的大小與這兩種導(dǎo)體的材料及節(jié)點(diǎn)

2、溫度值有關(guān)。電氣檢測(cè)技術(shù)3第3頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五1、接觸電動(dòng)勢(shì) A、B接觸時(shí)，由于材料不同，(A自由電子密度 ，B為 ，且 )，A擴(kuò)散到B中電子較多，A失電子帶正電，B帶負(fù)電接觸處產(chǎn)生接觸電場(chǎng)，該電場(chǎng)阻礙電子擴(kuò)散，達(dá)到電子漂移動(dòng)態(tài)平衡，接觸電勢(shì)大小取決于導(dǎo)體性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度值，與金屬尺寸無關(guān)。該接觸電勢(shì)為： k波爾茲曼常數(shù) t溫度值 e-電子電荷量電氣檢測(cè)技術(shù)4第4頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五2、溫差電動(dòng)勢(shì) 由于導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。高溫端電子的能量大，向低溫端漂移，在高溫端由于失電子而帶正電，低溫端帶負(fù)電，在同一導(dǎo)體

3、的兩端形成溫差電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)用如下的形式表示： 及 分別為導(dǎo)體A及B在兩端溫度為t及t0時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)。 電氣檢測(cè)技術(shù)5第5頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五3、熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì) 設(shè)工作端溫度為t，冷端溫度t0，取 方向?yàn)閰⒖颊较?，則回路的總電動(dòng)勢(shì)為： 電氣檢測(cè)技術(shù)6第6頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五說明 金屬中，自由電子的數(shù)目極多，溫度不能顯著的改變它的自由電子的濃度，所以同一金屬中，溫差電動(dòng)勢(shì)極小，可忽略，因此熱電偶回路中起決定作用的是兩個(gè)接點(diǎn)處產(chǎn)生的與材料及該處溫度都有關(guān)的接觸電動(dòng)勢(shì)，上式可以寫成： 實(shí)際工程應(yīng)用中，一般就采用上式來表

4、示回路的熱電動(dòng)勢(shì)，該電勢(shì)比較精確。 電氣檢測(cè)技術(shù)7第7頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 實(shí)際使用標(biāo)定熱電偶時(shí)，使t0為常數(shù)，此時(shí)，熱電偶的電勢(shì)可寫為： 熱電偶回路一個(gè)端點(diǎn)保持溫度不變，回路的總電動(dòng)勢(shì)只隨另一個(gè)端點(diǎn)的溫度變化而變化，兩個(gè)端點(diǎn)的溫差越大，回路的總熱電勢(shì)也越大。電氣檢測(cè)技術(shù)8第8頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五說明 不同類型的熱電偶，溫度與輸出電勢(shì)間的函數(shù)關(guān)系不同。通常令t0 =0，在不同的溫差(t-t0)情況下，精確測(cè)出回路總熱電勢(shì)，繪制成表格或曲線，獲得熱電偶的分度表。電氣檢測(cè)技術(shù)9第9頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星

5、期五二、熱電偶的基本定律 1、回路熱電勢(shì)大小只與組成熱電偶的金屬材料及接點(diǎn)處溫度有關(guān)，與熱電偶形狀、大小無關(guān)。 2、熱電偶必須采用兩種不同的材料，可驗(yàn)證金屬材料是否勻質(zhì)。 3、接點(diǎn)處溫度相同，熱電偶回路總電勢(shì)為零。 4、熱電勢(shì)與A、B的中間溫度無關(guān)，只與接點(diǎn)處的溫度有關(guān)。電氣檢測(cè)技術(shù)10第10頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五5、中間導(dǎo)體定律： 熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要接入的第三種材料的導(dǎo)線兩端的溫度相等，該導(dǎo)線的引入不會(huì)影響回路的熱電勢(shì)。 據(jù)此，可將第三種導(dǎo)線換成測(cè)試儀表或連接導(dǎo)線，只要保持兩接點(diǎn)處溫度相等，就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而不影響的結(jié)果。電氣檢測(cè)技術(shù)

6、11第11頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五證明：回路總電動(dòng)勢(shì)為： 電氣檢測(cè)技術(shù)12第12頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五證明：電氣檢測(cè)技術(shù)13第13頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 6、當(dāng)接點(diǎn)處溫度為t，t0，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電勢(shì)總和。即： 電氣檢測(cè)技術(shù)14第14頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 為使熱電勢(shì)與被測(cè)溫度成單值函數(shù)關(guān)系，需把熱電偶冷端的溫度按保持恒定，并消除冷端0所產(chǎn)生的誤差。由于熱電偶分度表是以冷端溫度0為標(biāo)準(zhǔn)的，故實(shí)際使用時(shí)

7、應(yīng)注意這一點(diǎn)。 電氣檢測(cè)技術(shù)15第15頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五1、補(bǔ)償導(dǎo)線法 補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(0-100)，熱電性能與其所連接的熱電偶的熱電性能相同的一種廉價(jià)的導(dǎo)線。電氣檢測(cè)技術(shù)16第16頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 補(bǔ)償導(dǎo)線的作用 1) 用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)線，節(jié)約貴金屬； 2) 將冷端遷移至離被測(cè)對(duì)象(熱源)較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，便于冷端溫度的修正和減小測(cè)量誤差； 3) 用較粗的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，減小熱電偶回路的內(nèi)阻，以利顯示儀表的正常工作。電氣檢測(cè)技術(shù)17第17頁，共33頁，2022年，

8、5月20日，6點(diǎn)5分，星期五使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)注意點(diǎn) 1) 各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用；使用時(shí)必須同極性相連； 2) 熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接處的溫度不應(yīng)超過100,否則會(huì)由于熱電特性不同帶來新的誤差； 3) 延長(zhǎng)后的冷端的溫度值恒定或。 在熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線使用中，必須要同極性連接，當(dāng)極性接反時(shí)，將會(huì)帶來很大的誤差。 電氣檢測(cè)技術(shù)18第18頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 例：已知熱電偶的靈敏度為：0.0411mV/ ，AB分別為AB的同極補(bǔ)償導(dǎo)線。極性接錯(cuò)時(shí)，相對(duì)誤差為多大?電氣檢測(cè)技術(shù)19第19頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 解：如果不接錯(cuò)

9、極性，回路的電勢(shì)為： 當(dāng)接錯(cuò)補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線A與B及A與B分別組成熱電偶，接觸點(diǎn)溫度為T1，此時(shí)回路電勢(shì)為： 電氣檢測(cè)技術(shù)20第20頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 極性接錯(cuò)引入的相對(duì)誤差為： 熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線需配套使用，兩者不匹配時(shí)，會(huì)帶來很大誤差，這是使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)需要注意的。電氣檢測(cè)技術(shù)21第21頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五2、冷端溫度的修正方法 分度表在冷端溫度0時(shí)獲得，冷端溫度不為0時(shí)，對(duì)儀表示值修正，獲正確讀數(shù)。修正公式為： EAB(t,t0)是測(cè)量獲得的熱電動(dòng)勢(shì)，冷端誤差為 誤差不為零，但為定值，是可以找出變化規(guī)律的系統(tǒng)誤差，

10、只要在回路中加入相應(yīng)的修正電壓，或加入適當(dāng)?shù)牡男拚娐罚撜`差完全可被消除。 電氣檢測(cè)技術(shù)22第22頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五四、常用熱電偶及其特性 1、鉑銠鉑熱電偶(S) 鉑銠鉑熱電偶屬于貴金屬熱電偶，該熱電偶的正極為鉑銠合金，該熱電偶能測(cè)量較高的溫度，能長(zhǎng)時(shí)間在0-1300的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，短時(shí)間可測(cè)到1600，可用于高溫及精密測(cè)量。 缺點(diǎn)： 在還原性氣體中易受損壞，材料為貴金屬，成本較高。電氣檢測(cè)技術(shù)23第23頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五2、鎳鉻鎳鋁(鎳鉻鎳硅) 非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種，應(yīng)用最廣。正極為鎳鉻。高溫下抗氧化的能

11、力很強(qiáng)，可長(zhǎng)期工作在1000環(huán)境中，短時(shí)間內(nèi)可工作在1300的環(huán)境中。線性度好，接近直線，熱電動(dòng)勢(shì)大（相同溫差下，熱電勢(shì)為鉑銠鉑熱電偶的4-5倍），價(jià)格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的熱電偶。 電氣檢測(cè)技術(shù)24第24頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 鎳鋁電極在長(zhǎng)期高溫使用時(shí)較易氧化，用鎳硅來取代鎳鋁，鎳硅電極的抗氧化性及熱電性能要優(yōu)于鎳鋁。我國(guó)采用鎳鉻鎳硅作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用來檢定工業(yè)用鎳鉻鎳鋁熱電偶。 這種熱電偶易受還原性氣體的影響，在不加保護(hù)的情況，只能用于低于500的工作環(huán)境中。電氣檢測(cè)技術(shù)25第25頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五五、熱電偶常用測(cè)量電

12、路 1、基本測(cè)量電路 2、溫差測(cè)量電路 3、平均溫度測(cè)量電路 4、溫度求和電路 電氣檢測(cè)技術(shù)26第26頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五1、基本測(cè)量電路 C、D為補(bǔ)償導(dǎo)線，冷端溫度T0，E為銅導(dǎo)線。回路總熱電勢(shì)EAB(T,T0)，流過毫伏表的電流為： 式中：RZ為熱電偶內(nèi)阻，RC為導(dǎo)線(包括銅線，補(bǔ)償導(dǎo)線)內(nèi)組，RM為儀表的內(nèi)阻(包括負(fù)載電阻) 電氣檢測(cè)技術(shù)27第27頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五六 熱電偶實(shí)際測(cè)溫電路 使用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，選擇或設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)量電路必須要考慮三件事： 1、采用什么樣的放大電路？ 2、非線性誤差如何校正? 3、冷端如何

13、處理? 電氣檢測(cè)技術(shù)28第28頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五1、熱電偶放大電路 設(shè)測(cè)量的溫度范圍為：0-600 輸出量程電壓為： 0-6V 查表得，K型熱電偶輸出電壓-溫度對(duì)應(yīng)如下： 溫度： 溫差電勢(shì)(mV)： 0 0 100 4.095 200 8.137 300 12.207 600 24.902 可以看出，在量程內(nèi)，輸出是非線性的。 電氣檢測(cè)技術(shù)29第29頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五設(shè)計(jì)放大電路如下：電氣檢測(cè)技術(shù)30第30頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五電路說明： 1) 電阻R1和電容C構(gòu)成一階無源低通濾波器對(duì)輸入信號(hào)濾波，A1是同相輸入的比例放大器，采用高精度、低溫漂的OP07運(yùn)算放大器； 2) 為獲得量程輸出，放大電路的增益為： 選取：R2=510歐、 R3=120千歐、W1=3千歐即可。電氣檢測(cè)技術(shù)31第31頁，共33頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)5分，星期五 3) 濾波電容若有較大的漏電流，將產(chǎn)生很大的偏移電壓。例如，若C1有0.2u