自动检测技术第3版马西秦第7章热电偶传感器幻灯片.pptVIP

第七章 热电偶传感器 热电偶传感器基于热电效应原理而工作。属于有源传感器，使用时不需要外加电源，可以方便地测量炉子、管道中的气体或液体温度，也可以测量固体表面温度。 结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、便于远距离传送。。 第一节 热电偶的工作原理 1.两种不同导体 2.接成闭合回路 3.两个接点处温度不同 一、热电效应 回路中会产生热电动势。 热电动势 （电荷扩散） 温差电动势: 同一导体上因两端温度不同引起。 接触电动势: 两种不同导体的接触引起。 热电偶回路总电动势 热电偶回路中的温差电动势很小，忽略之，可得 （t0端以B为正） 结论： 热电偶回路中热电动势的大小：（1）取决于两接点间的温度差，（2）取决于两种不同电极的材料。与电路形状无关。 如果冷端温度t0不变，被测温度t可通过温差电动势获得。 一、热电偶基本定律 1.均质导体定律：如果构成热电偶的两种材料相同，不会产生热电动势。 利用该定律，可以检查两种热电极材料是否相同，或一种热电极材料是否均匀。 2.中间导体定律：断开热电偶回路，接入第三种导体，只要两个新接入点等温，则回路总热电动势不变。 该定律说明在冷端接入放大电路，不会影响结果。 3.标准电极定律：如果已知两种导体分别对第三种导体的热电动势，则前两种导体之间的热电动势可求。 3.中间温度定律： 如热电偶在两端接点温度t、t0时的热电动势为 在两端接点温度t、tn时的热电动势为 在两端接点温度tn、t0时的热电动势为 则： 根据该定律，热电偶本身的导线如果不够长，可以用同样性质（同样热电特性）的补偿导线加以延长。延长后的热电动势与延长线的中间温度无关，只与延长后的两端温度有关。 第二节 热电偶材料、结构和种类 对制成热电偶的材料的要求： （1）温度测量范围广，温度线性度好，测量精确度高，输出热电动势大。 （2）热电性能稳定。 （3）物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。 我国标准热电偶有六种： 铜-康铜 镍铬-考铜 镍铬-镍硅 镍铬-镍铝 铂铑10-铂 铂铑30-铂铑6 非标准热电偶： 铂铑13-铂 铂铑-铱 等 发展中产品： 镍铬-康铜 铁-康铜 一、热电偶材料 1.普通工业热电偶的结构 （1）热电极 （2）绝缘管 （3）保护套管 (4) 接线盒 二、热电偶结构 2.铠装热电偶的结构 （1）露端型 （2）接壳型 （3）绝缘型 (4) 圆变截面型 (5) 扁变截面型 热电极 绝缘管 保护套管 接线盒 二、热电偶种类 1.标准型热电偶 （1）铂铑30-铂铑6 分度号B 0—1700度 （2）铂铑10-铂 分度号S 0--1600度 （3）镍铬-镍硅 分度号K -200--1200度 (4) 镍铬-康铜 分度号E -200--900度 (5) 铁-康铜 分度号J -200--750度 (6) 铜-康铜 分度号T -200--350度 标准热电偶的热电动势见表7-1。 2.非标准型热电偶 铂铑系、铱铑系、钨铼系热电偶，用于高温测量，可达2500度。 第三节 热电偶的冷端补偿 一、冷端恒温法 标准热电偶的热电动势表是以冷端温度为0度的情况下给出的。只有在冷端温度不变时，热端温度才能通过热电动势检测出来。如果冷端温度因环境而变化，会严重影响温度测量数据的精度。因此冷端温度变化必须进行修正和补偿。 1.采用0度恒温器，保持冷端温度为0度。 2.采用其他恒温器，保持冷端温度一定。 二、补偿导线法 利用与热电偶热电特性一致的补偿导线，将热电偶延伸到恒温的冷端，如仪表室。 冷端温度为t1不为t0(0度)时，可以通过计算获得冷端为t0(0度)时的热电动势： 三、计算修正法 四、电桥补偿法 冷端 热端 漆包铜电阻 当温度升高 阻值增大 + - - - + + + - 恒定电阻 冷端升温 不 变 变 大 变 小 补偿条件： 例如在冷端温度变化范围0—50度情况下，铂铑10-铂热电偶的△e=0.299,电流I1=0.5mA,补偿电阻的温度系数a=0.00391/度,补偿电阻大