2章有源传感器.pptVIP

0755三、工业热电偶的结构 1．结构 工业用热电偶是要进行封装保护的处理的，普通型工业用热电偶的封装形式如图6-5所示。主要有热电极（热电偶电极），绝缘材料，保护套管和接线盒等组成。为了便于安装，在保护套管上一般还设有安装法兰盘。 2．常用热电偶 可以根据测温范围将热电偶分为高温型和常温型两大类；也可以根据组成热电偶的材料将热电偶分为普通 金属热电偶和贵金属热电偶两大类。一般情况下，高温型热电偶大多是由贵金属材料构成的。同时贵金属热电偶的性能比较稳定，常常用来作为基准来使用。而普通金属热电偶虽然温差电系数比较大，但由于存在高温氧化等原因，测温范围一般都比较小。如康铜 —— 铜热电偶的一次项温差电系数可达40.865×10-6 V/℃，但由于二次项温差电系数达7.66×10-8 V/℃，切与一次项的温差电系数符号相反，所以当测温范围超过533.5℃后，热电势便不再是温度的单值函数了。（教材此处有误） 1.测量电路基本原理 根据中间导体定律，把第三种电极C换成毫伏表及其连接线，并保持C及C的两个结点温度一致且为T0，就可以测量温度T了。此时在一定的温度范围内，热电势为的T单值函数。如右上图所示，当容器内充满冰水混合液时，T0=0℃。 ? 2.单点测温的基本电路 在实际应用中，由于测量仪表常常要远离被测量的场所，即从热电偶到测量仪表的连线（如右下图中的C、D）较长。而热电偶的材料A、B往往是贵金属，所以连接导线通常不采用与热电偶相同的材料。虽然只要保证测量仪表、连接导线和连接导线与热电偶的结点温度相同（T0），测量仪表和连接导线就不会对测温产生任何影响，这种等温条件实际中是难以满足的。 测温原理示意图 2.3.2 热电偶测量电路 两种解决办法： ⑴ C、D采用相同的导线来连接。使用中，只要保证连接导线与热电偶的两个连接点的温度均为T1，测量仪表及仪表与连接导线结点的温度均为T0即可。（连接导体与中间温度定律） ⑵ C、D使用“补偿导线” 来连接。要求补偿导线的冷端温差热电势特性与热电偶的冷端温差热电势特性相同，即，此时测得的温差热电势为，相当于将热电偶的冷端延长到了T0端。可以利用中间温度定律证明。 3．两点间温度差的测量 右图所示的是一种测量两个温度T1、T2之差的实用电路。要求使用两只完全相同的热电偶，配用相同的连接导线，按图示的结线方式连接，即可测得两个 热电势之差，从而得到它们的温度差。仪表读数: 4．测量仪表 由于热电偶的热电势较小，对测量仪表的要求相应较高，不能使用内阻并不太高的普通电压表。所以实验室中常用电位差计来测量热电偶的热电势（电位差计在补偿状态下内阻为无穷大）；工业现场一般可用自动补偿式电位差计或数字式仪表，目前数字式电压表的内阻可达109Ω以上，可认为内阻是无穷大的，并具有放大功能，目前已获得广泛的应用。虽然利用中间温度定律来对自由端温度进行补偿的方法比较繁琐，但由于其补偿精确，在计算机技术普及的今天，是可以轻而易举地实现。 热电偶的温差热电势很小，如铜 — 康铜热电偶的热电势灵敏度在0℃附近约为0.039mV/℃，在25℃附近为0.041mV/℃，所以当需要对此电势进行放大时，放大器的输入失调电压和输入失调电压的漂移必须很小才行，否则将会引入较大的测温误差。所以放大器的器件应使用特殊元件。 斩波稳零高精度运算放大器IC7650的主要性能指标：（典型值） 失调电压：0.5μV 失调电压温漂：0.01μV/℃ 失调电压时漂：0. 1μV/M 输入阻抗：1012Ω 开环增益：120dB 1403为精密电压基准源(8脚，现较少使用)。在本图中分别调节W2 和W1使： 设：AD590的温度灵敏度为KP ， 则： 即可。 绝对温度与摄氏温度间的换算 由于tP = 0℃时，UB = UP，所以， t = 0℃时OP07输出为零。 高精度低漂移运算放大器OP07的 主要性能指标：（典型值） 开环增益：110dB 失调电压：10μV 失调电压温漂：0. 1μV/℃ 失调电压时漂：0. 2μV/M 输入阻抗：8×107Ω UP UB tP 为热电偶的自由端温度。 2.4 光电式传感器