第8章热电式传感器案例.ppt

第8章 热电式传感器;本章知识要点;在工业生产过程中，温度通常是需要测量和控制的重要参数之一。 热电式传感器：温度变化→电量变化 将温度变化转化为电动势或电阻的方法最为普遍。;8.1 热电偶;8.1.1 热电偶测温原理 1、热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。;（1）两种导体的接触电动势; 同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。;(3)热电偶回路中产生的总热电势 ;产生热电势的条件： ①热电偶不同电极材料 ②两端温度不同;结论： 1）两热电极相同时，总电动势为0。 2）两接点温度相同时，总电动势为0。 3）热电偶产生的热电动势大小与材料和接点温度有关，与其尺寸、形状等无关。 ;热电偶的分度表;S型(铂铑10-铂)热电偶分度表 ; 在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。; 在热电偶测温回路中，Tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为T、T0时的热电势EAB(T, T0)等于热电偶AB在接点温度T、Tc和Tc、T0时的热电势EAB(T, Tc)和EAB(Tc, T0)的代数和，即 ;（3）标准导体（电极）定律;例：;（4）均质导体定律 由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。 ; 为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有： 普通型热电偶 特殊热电偶 －铠装型热电偶 －薄膜热电偶等。 ;普通型热电偶; 优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。 ;薄膜热电偶; 国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐8种标准化热电偶（已列入工业标准化文件中，具有统一的分度表）。我国已采用IEC标准生产六种热电偶。;标准化热电偶的主要性能和特点 ; 8.1.3 热电偶的冷端温度补偿▲▲ 热电偶产生的热电动势只有在冷端温度不变的条件下，才与工作温度成单值函数关系。 但是在实际应用中，由于热电偶冷端离工作端很近，且又处于大气中，这样冷端温度难以保持恒定，会带来测量误差，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。 ; 热电偶长度 一般为350～2000mm左右，较短。要保证冷端温度不变，可以把热电极加长，使其远离工作端。这样, 冷端温度比较稳定。;常用补偿导线 ; 在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0℃恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0℃。 这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。 ; 当冷端温度t0不等于0℃，需要对热电偶回路的测量电势值EAB（t，t0）加以修正。当工作端温度为t时，分度表可查EAB(t,0)与EAB(t0,0)。 根据中间温度定律得到： ;例：用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB（t，t0）为39.17mV, 求加热炉温度。 ;(4) 冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）; 8.1.4 热电偶测温线路; 特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联， 可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。;2、测量两点间温度差（反向串联）;3、测量平均温度（并联或正向串联） ;优点：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，可立即发现断路。 缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。;8.2 热电阻 热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。 热电阻广泛用来测量－200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。 ;热电阻的结构 ; 1. 常用热电阻 对用于制造热电阻材料的要求： 1）电阻值与温度变化具有良好的线性关系 2）电阻温度系数大，以便对温度变化敏感，便于精确测量 3）电阻率高，热容量小，从而具有较快的响应速度 4）在测量范围内 具有稳定的物理、化学性质 5）容易加工，价格尽量便宜 ; (1) 铂热电阻▲▲ 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。缺点：价格高。 按IEC标准，铂热电阻的使用