项目8-热电偶测温传感器的安装与测试PPT.ppt

项目8 热电偶测温传感器的安装与测试 项目描述 本项目安装并测试一台热电偶测温传感器。 把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶。热电偶测量精度高，测量范围广，构造简单，使用方便，在工业测温中得到了广泛应用。 知识和能力目标； 掌握热电效应概念及热电偶基本定律。 熟悉热电偶传感器的基本结构、类型及常用热电偶。 能正确熟练查找热电偶分度表。 熟悉电偶补偿导线的作用，掌握热电偶冷端补偿方法。 知识准备 一、熟悉热电效应 （一）热电效应及基本概念 1．热电效应 将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，如图8-1所示，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，这种现象称为“热电效应”。两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的两个结点，一个称为 测量端（工作端或热端），另一个称为参 考端（自由端或冷端）。 热电势由两部分组成，一部分是两种导体 的接触电势，另一部分是单一导体的温差 电势。 图8-1 热电偶回路原理 2．接触电势 当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。 3．温差电动势 如图8-2（b）所示，将某一导体两端分别置于不同的温度场T、T0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。 4．热电偶的电势 设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，热电偶回路所产生的总电动势包括接触电动势 、 ；温差电动势 、 一般地，在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势，所以温差电动势可以忽略不计，上式可改写成 （5-4） 综上所述，可以得出以下结论: （1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总电势为0; （2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为0; 3．标准电极定律（参考电极定律） 如图8-4所示，已知热电极A、B分别与标准电极C组成热电偶在结点温度为（T，T0）时的热电动势分别为和，则在相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势为 参考电极定律大大简化了热电偶的选配工作。只要获得有关热电极与参考电极配对的热电动势，那么任何两种热电极配对时的热电动势均可利用该定律计算，而不需要逐个进行测定。 例?8.1 已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1?084.5,0）=13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的EBC（1?084.5,0）=8.354（mV）。求铂铑30-铂铑6在相同温度条件下的热电动势。 解：由标准电极定律可知，，所以 EAB（1?084.5,0）=EAC（1?084.5,0）?EBC（1?084.5,0）=13.937?8.354=5.583（mV） 4．中间温度定律 热电偶在两结点温度分别为T、T0时的热电势等于该热电偶在结点温度为T、Tn和Tn、T0相应热电势的代数和，即 中间温度定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。:只要远配与热电偶热电特性相同的补偿导线，便可使热电偶的参考端延长，使之远离热源到达一个温度相对稳定的地方而不会影响测温的准确性。 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据，其等效示意图如图8-5所示。 在实际热电偶测温回路中，利用热电偶这一性质，可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。 例?5.2 镍铬-镍硅热电偶，工作时其自由端温度为30℃，测得热电势为39.17mV，求被测介质的实际温度。 解：由t0=0℃，查镍铬-镍硅热电偶分度表，E（30，0）=1.2mV，又知E（t，30）=39.17mV，所以E（t，0）= E（30，0）+E（t，30）=1.2mV+39.17mV=40.37mV。再用40.37mV反查分度表得977℃，即被测介质的实际温度。 二、认识热电偶基本结构 （一）热电偶基本结构类型 1．普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成，其结构如图8-6所示。 2．铠装型热电偶 铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体，如图5-8所示。它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装型热电偶的主要优点是测温端热容量小，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，因此被广泛用在许多工业部门中。 3．薄膜热电偶 用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工