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第4章 环境量传感器 课题1：热电偶 课时安排：2 教材分析 难点： 热电偶冷端补偿方式 重点： 热电效应，热电偶冷端补偿方式 教学目的和要求 1、了解热电效应； 2、掌握影响热电动势的因素有哪些；掌握热电偶冷端补偿方式 采用教学方法和实施步骤： 讲授、课堂讨论、分析、实物展示 教学内容 温度传感器是利用材料或元件的温度特性测温的。要求材料只对温度敏感，且重复性好，滞后和时效小，灵敏度和精度高。常用的有热电偶、热电阻、热敏电阻及集成温度传感器。热电偶测温系统可实现远距离温度自动测量、显示或记录、报警及温度控制等，它的测温范围为：-270～+1800℃，是广泛应用的温度检测系统. 热电偶的原理：通过测量电势来测量温度的一种感温元件。是接触式温度传感器与温度显示仪表配合使用。 1、热电效应：将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，当两接点分别置于两种不同的温度时，则在回路中产生热电势，形成回路电流.这种现象称塞贝克效应，即热电效应. 2、两种不同导体的组合称为热电偶，相应的电动热和电流称为热电动势和热电流。导体A、B称为热电极，置于被测温度（T）一端称为工作端（热端），另一端（T0）称为参考端（冷端）。 3、热电偶回路产生的热电势由接触和温差电势两部分组成. 热电偶的材料均匀时，回路热电势的大小仅与材料和端点的温度有关，与热电偶的尺寸形状无关。 热电偶的使用温度与线径有关，线径越粗使用温度越高。***同种金属导体不能构成热电偶，热电动势两端温度相同不能测温。 　当热电极材料确定后，热电偶的总的热电势EAB(t,t0)成为温度t和t0的函数之差。如果使冷端温度固定不变，则热电势就只是温度t的单值函数了。这样只要测出热电势的大小，就能判断测温端温度t的高低，这就是利用热电现象测温的基本原理。 二、基本定律： 1、中间温度定律?? 2、中间导体定律 三、热电偶的结构和种类： 1、普通型：通常由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等主要部分组成. 2、铠装热电偶： 它是由金属套管、绝缘材料和热电极经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体. 3、薄膜热电偶 4、表面热电偶 5、浸入式热电偶. K（镍铬-镍硅）、B（铂铑30-铂铑6）、S（铂铑10-铂） 三、热电偶的冷端处理. 当冷端温度保持不变时，热电势才是被测热端温度的单值函数。在工程测量中，冷端距离热源近，且暴露在空气中。加温度补偿或修正措施。 冷端恒温法0℃：置于冰水混合物中保持0℃----常用于实验室；在实验室条件下，通常是把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，使冷端保持0℃。 冰浴法 2)冷端温度计算校正法一般与热电偶配套使用的指示仪表刻度是根据分度表数值，而分度表是在时得到的，所以当时，指示仪的示值就必须加以修正，修正方法如下：---中间温度定律 3) 补偿导线在使用中，由于热电偶电极长度有限，且冷端易受环境温度的变化而波动，可以采用一种廉价补偿导线将热电极延伸，使冷端远离现场，到达一个相对稳定的环境中去一种廉价的金属电极，在之间和所连接的热电极具有相同的热电性能。起到一个延伸电极作用。 　K型热电偶测温，已知冷端温度为30℃，毫伏表测得的热电势为38.52mV，求热端温度。 [解] ?由分度表查得 E(30,0)=1.20mV 计算 E(t,0)=(38.52+1.20)mV=39.72mV 查分度表得热端温度 t=960℃。 4）补偿电桥法：是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。不平衡电桥(即补偿电桥)是由电阻R1、R2、R3和Rcu组成。其中R1=R2=R3=1Ω；Rs是用温度系数很小的锰铜丝绕制而成的；Rcu是由温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻。  四、热电偶的安装 1)注意插入深度。一般热电偶的插入深度应为：金属保护管直径的15～20倍，非金属保护管的10～15倍。对细管道内流体的温度测量应尤其注意。 2)若被测物体很小，安装时应注意不要改变原来的热传导及对流条件。 3)含有大量粉尘气体温度的测量，最好选用铠装热电偶。 （3）热电偶的测温电路 利用热电偶测量大型设备的平均温度时，可将热电偶串联或并联使用。 1）串联时热电动势大，精度高，可测较小的温度信号或者配用灵敏度较低的仪表。缺点是只要一支热电偶发生断路则整个电路不能工作，而个别热电偶的短路将会导致示值偏低。 2）并联时总电动势为各个热电偶热电动势的平均值，可以不必更改仪表的分度。缺点是如果有一支热电偶断路，而仪表却反映不出来。 作业 P4-3、10、11  课题2：热电阻、热敏电阻 课时安排：2 教材分析 难点： 热电阻的测量电路 重点： 热电阻、热敏电阻的原理、测量电