熱電偶應(yīng)用教材課件

1、2022/10/71熱電偶傳感器 2022/10/31熱電偶傳感器 2022/10/72熱電偶測溫的主要優(yōu)點(diǎn) 1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表； 2、測溫范圍廣：下限可達(dá)-270C ，上限可達(dá)1800C以上； 3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員會的標(biāo)準(zhǔn)。2022/10/32熱電偶測溫的主要優(yōu)點(diǎn) 2022/10/73先看一個實(shí)驗熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端） 第1節(jié) 熱電偶的工作原理 左端稱為：測量端（工作端、熱端） 熱電極B熱電勢AB2022/10/33先看一個實(shí)驗熱電偶

2、工作原理演示 結(jié)論2022/10/74熱電偶中總的熱電勢為 在總熱電勢中，溫差電勢跟接觸電勢相比小得多，故可忽略不計，從而熱電勢可表示為2022/10/34熱電偶中總的熱電勢為 在總2022/10/75 下頁上頁返回T0一定時，結(jié)論：1.兩電極材料相同，輸出電勢為0；2.熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，電動勢為0；溫差越大，電勢越大。3.電動勢大小與熱電偶尺寸無關(guān)2022/10/35 下頁上頁返回T0一定時，2022/10/76一般是用實(shí)驗方法來求取這個函數(shù)關(guān)系，通常是令T0=0C，然后在不同的測量端溫度下精確地測出回路中總熱電勢，并將所測得的結(jié)果繪成曲線，或列成表格（常常稱為熱電偶分度表），以供在使用

3、的時候查閱。 下頁上頁返回2022/10/36一般是用實(shí)驗方法來求取這個函數(shù)關(guān)系，通常2022/10/772022/10/372022/10/78 3）中間溫度定律 熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T，Tm時的熱電勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為Tm ，T0和 T，Tm 時相應(yīng)的熱電勢的代數(shù)和，即 若T0=0 ，則有 下頁上頁返回該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)。實(shí)際中利用熱電偶測溫時，參考端溫度常常不為0C，可以利用熱電偶的此定律進(jìn)行熱電勢修正。2022/10/38 3）中間溫度定律下頁上頁返2022/10/79第2節(jié) 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu) 八種國際通用熱電偶： B:鉑銠30鉑銠6 、R:鉑銠13鉑 、

4、S:鉑銠10鉑 、 K:鎳鉻鎳硅 、N:鎳鉻硅鎳硅 、 E:鎳鉻銅鎳、 J:鐵銅鎳 、 T:銅銅鎳 用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲2022/10/39第2節(jié) 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu) 八種2022/10/710熱電偶名稱 分度號 適用溫度（oC） 特 點(diǎn) 鎳鉻銅鎳 E-40800 優(yōu)點(diǎn)：適用于還原氣氛中，靈敏度 高，價格低缺點(diǎn)：使用溫度區(qū)窄，易氧化，高 溫具有滯后現(xiàn)象 鎳鉻鎳硅 K-401000 優(yōu)點(diǎn)：線性度好，適用于氧化性氣 體，耐金屬蒸汽，價格便宜缺點(diǎn)：略有滯后現(xiàn)象，高溫還原氣 氛中易腐蝕 鉑銠10鉑 S0+1400 優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，可作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，可 在氧化性和中性介質(zhì)中使用缺點(diǎn)：鉑分子易揮

5、發(fā)而變質(zhì)，熱電勢 小，成本高 鉑銠30鉑銠6 B+300+1700 優(yōu)點(diǎn)：可長期應(yīng)用于1600 oC高溫，適 合于氧化及中性介質(zhì)中使用缺點(diǎn)：常溫時熱電勢小，價格高 下頁上頁返回2022/10/310熱電偶名稱 分度號 適用溫度（oC） 熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標(biāo)”（簡稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。 本教材p345的附錄E列出了工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅（K）

6、熱電偶的分度表。熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用如何利用熱電偶的分度表 假設(shè)熱電偶的冷端溫度為0C，請根據(jù)本教材附錄E工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的分度表，查出100C 、0C、 100C 時的熱電勢。如何利用熱電偶的分度表 假設(shè)熱電偶的冷端溫度為0CK熱電偶的分度表 比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？K熱電偶的分度表 比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電2022/10/714普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭2022/10/314普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭2022/10/715普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 接線盒引出線套管 固定螺紋 （出廠時用

7、塑料包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護(hù)管 2022/10/315普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 接線盒2022/10/716隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線2022/10/316隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒2022/10/717隔爆型熱電偶 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計時采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)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(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場

8、常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。2022/10/317隔爆型熱電偶 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆2022/10/718其他熱電偶外形小形K型熱電偶2022/10/318其他熱電偶外形小形K型熱電偶2022/10/719功能要求： 1)設(shè)定溫度顯示、實(shí)時溫度顯示；2)目標(biāo)溫度值設(shè)定；3)手動加熱設(shè)定值；4)手動/自動設(shè)定；熱電偶應(yīng)用設(shè)計一個加熱爐溫度控制系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)：測溫范圍：0-1000C分辨率：1 C測量誤差：1 C2022/10/319功能要求： 1)設(shè)定溫度顯示、實(shí)時溫度2022/10/720任務(wù)要求：1.總體方案確定2.選擇溫度傳感器3

9、.設(shè)計傳感器信號處理電路2022/10/320任務(wù)要求：2022/10/7211. 總體設(shè)計思路2022/10/3211. 總體設(shè)計思路2022/10/7223. 操作模式 本系統(tǒng)可用3個按鍵實(shí)現(xiàn)模式切換和參數(shù)修改操作，所以這3個鍵分別定義為模式鍵，數(shù)值增加鍵和數(shù)值減少鍵； 用8個數(shù)碼管顯示模式和對應(yīng)的參數(shù)，左邊4個數(shù)碼管顯示模式值，右邊4個數(shù)碼管顯示相應(yīng)模式對應(yīng)的參數(shù)值。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，應(yīng)該設(shè)計4種模式，各模式的定義如下：2022/10/3223. 操作模式 本系統(tǒng)可用3個按鍵2022/10/723 模式0：溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時值顯示（前4位數(shù)碼管顯示溫 度設(shè)定值，后4位顯示實(shí)時溫度值）

10、；模式1：設(shè)置和顯示溫度設(shè)定值（01200）；模式2：設(shè)置和顯示手動輸出值（0100）模式3：手動/自動切換（1：手動；0：自動） 2022/10/323 模式0：溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時值2022/10/724二、溫度測控電路設(shè)計1. 溫度檢測電路 2022/10/324二、溫度測控電路設(shè)計1. 溫度檢測電路2022/10/725 本系統(tǒng)采用鎳鉻-鎳硅（K分度）熱電偶作為溫度傳感器。冷端處于室溫，熱端為加熱爐溫度，單片機(jī)的A/D通道可以直接采集熱電偶信號，經(jīng)冷端溫度補(bǔ)償后，再查表K分度則可以得到熱端溫度值。 室溫的測量可以通過AD590將室溫變化為電壓信號，經(jīng)放大后直接送給單片機(jī)的A/D通道，單

11、片機(jī)程序自動完成熱電偶信號的采集和冷端信號的采集，計算出實(shí)際的溫度測量值。 2022/10/325 本系統(tǒng)采用鎳鉻-鎳硅（K分度）2022/10/7262.溫度控制電路 周波控制方式實(shí)際上是通過調(diào)節(jié)一定時間周期內(nèi)的供電時間比例（即交流周波數(shù)）來控制加熱對象在本周期內(nèi)獲得的電能，從而控制其溫度。由于控制加溫的時間比例實(shí)現(xiàn)起來相對簡單，因此周波控制方式在溫度控制系統(tǒng)獲得了比較廣泛的應(yīng)用，本系統(tǒng)確定采用周波控制方式。 2022/10/3262.溫度控制電路 2022/10/727 單片機(jī)的I/0腳輸出低電平時，控制SSR使加熱元件接通220V交流電源，加熱元件獲得電能，溫度升高；I/0腳輸出高電平時

12、，SSR開路，加熱元件兩端無電壓，停止加熱，對象的溫度開始下降。2022/10/327 單片機(jī)的I/0腳輸出低電平時，控2022/10/728 采用控制時間比例控制的具體方法：設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期T，以T為周期對溫度進(jìn)行采樣，獲得溫度測量值；根據(jù)設(shè)定值和測量值的偏差，進(jìn)行PID運(yùn)算； 將PID的輸出轉(zhuǎn)換為SSR的通斷時間百分?jǐn)?shù)。PID的輸出為0，則SSR接通時間為0，即本周期無輸出；如果PID輸出為100，則SSR接通時間為T，即本周期為全輸出；如果PID的輸出為MV，則SSR的接通時間為TMV，斷開時間為TTMV。例如：T=120秒，PID計算結(jié)果為75%，則本次2分鐘內(nèi)就應(yīng)加溫90秒，停30秒。 2022/10/328 采用控制時間比例控制的具體方法2022/10/729三、 PID控制算法的實(shí)現(xiàn)位置式PID算法計算公式如下：Pout(t)=Kp*e(t)+KiSum_e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1);其中，e(t)為基本偏差，表示當(dāng)前測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間的差值，結(jié)果可以是正或負(fù)，設(shè)定目標(biāo)作為