【传感器】热电偶.ppt

本章主要内容： 7.1 热电偶传感器的工作原理 7.2 热电偶的种类及结构 7.3 热电偶自???端（冷端）温度的补偿 7.4 热电偶测温线路 7.5 热电偶的应用 ;本章教学目标及重点、难点;7.1 热电偶的工作原理;一.热电效应;1. 两种不同材料导体的组合称为热电偶。 2. 导体A、B 称为热电极。 3. 两个接点中，一个接点称为热端，也称为测 量端或工作端，测温时它被置于被测介质(温度 场)中；另一个接点称为冷端，又称参考端或自 由端。 ;热电动势 （电荷扩散）;接触电势：是由于两种不同导体的自由电子密度不同 而在接触处形成的电动势。接触电势的数值取决于两 种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电 势eAB(t)和eAB(t0)可表示为: ;温差电动势：是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势，其大小表示为： 和 。;热电偶回路总电动势;三.热电偶基本定律;2. 中间导体定律;在两端接点温度tc、t0时的热电动势为： ;（在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T、Tc和Tc、T0时热电动势的代数和）; 如果已知两种导体分别对第三种导体的热电势，则前两种导体之间的热电动势可求：;四. 热电偶的分度表;S型(铂铑10-铂)热电偶分度表 ;7.2 热电偶材料、结构和种类; 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 ;三、热电偶种类;7.3 热电偶的冷端补偿; 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：;四、电桥补偿法; 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，补偿电阻大小可按补偿条件选择：;7.4 热电偶测温线路;二、测量两点间温度差;三、测量多点平均温度-----热电偶并联;7.5 热电偶应用; 常用炉温测量控制系统如图所示。毫伏定值器给出给定温度的相应毫伏值，热电偶的热电势与定值器的毫伏值相比较，若有偏差则表示炉温偏离给定值，此偏差经放大器送入调节器，再经过晶闸管触发器推动晶闸管执行器来调整电炉丝的加热功率，直到偏差被消除，从而实现控制温度。;END;五、采用PN结温度传感器作冷端补偿;六、采用集成温度传感器作冷端补偿; 这是采用该补偿器的热电偶测量电路，测温范围为0～250°C，用运放OP193作为放大器，相应的输出电压为0～2.5V（灵敏度为10mV/C）。图中，经 TMP35补偿后的输出加到OP193的同相端，调节电位器RP1，改变放大器的增益，使温度在250°C时，输出2.5V即可。 ;给出一个带冷端补偿及非线性校正的热电偶测温基本电路。 ;冷端补偿: 采用电流型集成温度传感器AD592,其输出电流与绝对温度成正比。在0℃时，AD592输出电流为273.2μA，灵敏度为1μA/ ℃。 对于K型热电偶，在25℃中心范围，具有40.44μV/℃的温度系数.。 AD592输出电流在电阻Ra上转换为补偿电压。当环境温度为T时，适当调整Rw2，使得Ra上的压降为（273.2+T）μA╳40.44Ω，其中T μA╳40.44Ω提供40.44μV/℃的冷端补偿。 另一项（273.2μA╳40.44Ω）使热电偶正极对地存在11.05mV的误差电压即,解决的方法是在运算放大器OP07的反相输入部分加偏置电压抵偿。在电路中，通过AD538的4脚引出10V电压，经R1及R2分压，由于R1=1.1Ω，R2=10k，故R1上的压降为11mV,从而引入了抵偿电压。 ;非线性校正: 测温电路配用K型热电偶 ; 测温范围:0℃--600℃; 要求相应的输出电压为0V—6V(6000mV) K型热电偶0℃和600℃时的热电势分别为0mV和24.902mV ,测温电路放大倍数应为:6000mV/24.902mv≈240.94 若电路为线性,被测温度为300℃时,测温电路的输出电压为: 12.207mV×240.94 ≈2941.15mV≠3000mV,仪表的指示并不是300 ℃.这是由热电偶本身的非线性造成的. 利用高次多项式实现线性化。 热电偶的温差电势可近似表示为：; 将600℃时的温差电势Uin=24.902mV代入上式，得到输出Uout=600mV，要得到满量程时6V的输出，将上式扩大10倍后得到：;对式（7-15）进行系数转换后得到：;分析输出电压表达式: Uout=