传感器与检测技术第4章讲解.ppt

图4-10 特殊热电偶结构图 1—工作端；2—绝缘基板；3—电极A；4—电极B；5—接线夹；6—引线 3．薄膜热电偶 所谓薄膜热电偶是指通过真空蒸镀（或真空溅射）的方法，把热电偶材料沉积在绝缘基板上面而制成的热电偶，其结构示意图如4-10（b）所示。由于采用蒸镀技术，热电偶可以做得很薄（微米级）。 薄膜热电偶使用温度范围为（-200～+500）℃时，热电极通常使用铜—康铜、镍铬—考铜、镍铬—镍硅等材料制成，绝缘基板材料采用云母，适用于各种表面的温度测量以及汽轮机叶片等温度的测量。当使用温度范围为（500～1800）℃时，热电极使用镍铬—镍硅、铂铑—铂铑等材料制成，绝缘基板则采用陶瓷材料制成，常用于火箭、飞机喷射的温度测量和钢锭、轧辊等表面温度的测量。 4．表面热电偶 表面热电偶适用于测量圆弧形表面的温度，其热电极做成带状，接点在中央作为测量端，而两端固定在装有手柄的弓形架上，手柄上装有毫伏表，使用时把热电极的中间贴在被测表面上。 5．消耗式热电偶 消耗式热电偶主要用于测量钢水温度，图4-11为其结构原理图。其中，热电极2是用铂铑10—铂或铂铑10—铂铑制成的，装在U型石英管3之中，后面接有补偿导线6，而补偿导线的另一端引至塑料插座7上。使用时可以将热电偶装在专用的工具上，迅速插入钢水的钢渣下（200～300）mm处，4s即可读数。为了保护石英管，在它的前面装有铝保护帽。 图4-11 消耗式热电偶结构原理图 1—保护帽；2—热电极；3—石英管；4—耐火材料；5—纸管；6—补偿导线；7—插座；8—棉花 4.3.3 典型测温线路 1．测量某点温度 图4-12是热电偶和一个仪表配用测量某点温度的基本连接电路。图（a）测量时，只要Ｃ的两端温度相等，则对测量精度无影响。图（b）是冷端在仪表外面的线路。如果配用的仪表是动圈式仪表，则其补偿导线电阻应尽量小。其中A,B是热电偶，A′,B′是补偿导线，C是接线柱，D是铜导线。 图4-12 热电偶与仪表配用测量某点温度的基本连接电路 2．测量两点温度的和与差 热电偶的测温线路如图4-13所示，其中图（a）是两支同一型号的热电偶正向串联，用来测量两点温度之和。若，则当使用多根热电偶串联测温时，可以成倍地提高总的热电动势的输出，大大提高测量的灵敏度，这称为热电堆。而图（b）是将两支同型号的热电偶反向串联，可以用来测量两点之间的温度差。 (a) 热电偶正向串联 (b) 热电偶反向串联 图4-13 热电偶的测温线路 3．平均温度的测量 热电偶测量平均温度的连接电路如图4-14所示。 图4-14（a）中，输入到仪表两端的毫伏值为三个热电偶输出热电动势的平均值，即 此电路的特点是：仪表的分度和单独配用一个热电偶时一样，其缺点是当某一热电偶烧断时不能很快地觉察出来。 在图4-14（b）中，输入到仪表两端的热电动势为三个热电偶产生的热电动势之总和，即 可直接从仪表读出平均值。本电路的优点是：热电偶烧断时可以立即知晓，另外可获得较大的热电动势。应用此种电路时，每一热电偶引出的补偿导线还必须回接到仪表的冷端。 注意：使用上述电路测量时，必须尽量避免测量点接地。 图4-14 热电偶测量平均温度的连接电路 4.4 K型热电偶数字温度仪 这里介绍的温度仪采用K型热电偶作为传感器，它的测量范围为0℃～1200℃。测量电路的元器件少，精度高，具有较高的技术水平。图4-15为K型热电偶数字温度仪的测量电路。热电偶的输出电压小，需要漂移很小的放大电路，同时，热电偶又存在非线性的特点，所以这里选用的测量电路，具有测量放大、温度补偿和非线性校正的多种功能。 图4-15中，AD595是具有热电偶断线报警功能的集成电路，热电偶通过CN接入＋IN,－IN两个输入端子。为了确保热电偶不断线，可以利用晶体管VT和发光二极管LED做断线报警。热电偶断线，VT导通，二极管点亮。 图4-15 K型热电偶数字温度仪测量电路 由于热电偶的热电势与被测温度之间存在着非线性的关系，因此AD595的Uo接入AD538专用集成平方电路，进行平方处理后，接入A1和A2做加法处理。A1是比例放大器，A2是反向加法器，这样可以完成非线性误差的补偿处理。这种传感器的灵敏度可以达10mV/V。图4-15中的A3和A4是另一路非线性补偿的处理电路，它与A1,A2组成两个量程的测量输出。无论是(0～600)℃还是(600～1200)℃的温度测量，接A/D转换或数字电压表就可以读取温度值。 4.5思考题 4.1 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端是50℃，电压表读数为60mV。求热电偶的测量端温度。 4.2 图4-16是镍铬—镍硅热电偶的测温线路，A′,