第三章-热电检测器件.pptVIP

目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N，E，J和T，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏度，其中B，R，S属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。 热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成。 铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。 热电偶的电信号需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线称为补偿导线。 不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。 补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。 补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明确，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。 一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。 结论：使用补偿导线时需要注意： 1、不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同 2、连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应 3、补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测量带来误差。 注意：多个热电偶使用时有串联和并联之分，串联可提高测量灵敏度，并联用于测平均温度。 由于热电偶测量的是温度差，为了确定热端的实际温度，冷端温度必须是已知的。冷端温度为0°C (冰点)时是一种最简单的情况，这种情况下，热端测量电压是结点温度的直接转换值。美国国家标准局(NBS)提供了各种类型热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找表。所有数据均基于0°C冷端温度。利用冰点作为参考点，通过查找适当表格中的VH可以确定热端温度。 在热电偶应用初期，冰点被当作热电偶的标准参考点，但在大多数应用中获得一个冰点参考温度不太现实。如果冷端温度不是0°C，那么，为了确定实际热端温度必须已知冷端温度。考虑到非零冷端温度的电压，必需对热电偶输出电压进行补偿，既所谓的冷端补偿。 为了实现冷端补偿，必须确定冷端温度，这可以通过任何类型的温度检测器件实现。 在通用的温度传感器IC、电热调节器和RTD中，不同类型的器件具有不同的优、缺点，需根据具体应用进行选择。 对于精度要求非常高的器件，经过校准的铂RTD能够在很宽的温度范围内保持较高精度，但其成本很高。 精度要求不是很高时，热敏电阻和硅温度传感器IC能够提供较高的性价比，热敏电阻比硅IC具有更宽的测温范围，而传感器IC具有更高的线性度，因而性能指标更好一些。 总之，必需根据系统的实际需求选择冷端温度测量器件，需要仔细考虑精度、温度范围、成本和线性指标，以便得到最佳的性价比。 热电偶的参数 1、灵敏度（响应率） 开路电压同温升的关系为： M12为SeeBack常数。 设负载电阻为RL，直流辐射下： 交流辐射下： 热电偶的参数 所以热电偶的灵敏度为： 直流响应率： 交流响应率： 2、响应时间，一般较慢。 例题：某器件的热容为100uF，热导为0.2/欧，求其最高工作频率？ 3、最小可探测功率： 热电偶的最小可探测功率取决于热噪声和温度起伏噪声。 例题：某热电探测器的信噪比为20，试求接收辐射功率5uW时，该探测器的最小可探测功率？ 热电偶的应用实例 盐浴炉温度控制系统 热电偶的应用实例 功能： 盐浴炉温度控制系统用S型热电偶检测温度信号，有冷端补偿，温度信号通过放大、采样保持、模数转换再送单片机保存，采用分段查表法获取各点温度。选用可控硅过零触发自动控制盐浴炉温度，控制周期为2s。可按预设温度曲线进行加热，并可实时显示加温曲线。 系统采用晶闸管调功实现盐浴炉的温度控制，即通过控制晶闸管导通与关断的周波数比率，从而达到调功的目的。晶闸管的触发由单片机控制，通过单片机编程可方便地实现按预定温度曲线进行加热。 盐浴炉炉温由热电偶测量，通过信号放大、采样保持、A/D转换，再由单片机进行数据处理及线性化校正，以实现盐浴炉实际温度的检测和显示。 盐浴炉常用温度在800～1200℃之间，热电偶作为测温元件，对它的选择将直接影响检测精度。 这里选用S型铂铑-铂热电偶，其测温范围为0～1300℃。 考虑到热电偶线性度稍差，故采取分段方法处理。每10℃分一段，800～1200℃之间共分40段，在每一段中取各段中点的热电势率K作为各段诸点热电热率的平均值。该近似修正方法误差小，不超过放大电路和A/D转换等环节所产生的误差。热电偶温度检测与放大电路如下图。