传感器技术课件-热电式传感器.pptxVIP

4.8 热电式传感器;1. 热电偶测温原理－热电效应;热电动势由两部分电动势组成，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。;（1 ）接触电势;接触电势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。 ;对于任何一种导体，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。;温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。导体A两端的温差电动势可用下式表示：;由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，nAnB 则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：;由此可以得出以下结论：;由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。;;为什么所有的曲线均过原点（零度点）？;（1）中间导体定律;如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：; 在炼钢厂中有时直接将廉价热电极(易耗品，例如镍铬-镍硅热偶丝，时间稍长即熔化)插入钢水中测量钢水温度，如图所示：试说明 1)为什么不必将工作端焊在一起? 2)要满足哪些条件才不影响测量精度?采用上述方法是利用了热电偶什么定律？ 3)如果检测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？为什么？; 用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度t0时，问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？;;证明：;即该定则为使用分度表奠定了理论基础。;;（3） 标准（参考）电极定律;两式相减得：;由此可见，当任一电极B,C,…与一标准电极A组成的热电偶所产生的热电势为已知时，就可以利用上述定律求出这些电极任意组合而成热电偶时的热电势。 由于纯铂丝的物理化学性能稳定，溶点教高，易提纯，所以在工程上常用作标准电极。;3. 常用热电偶及其结构、特点;几种常用热电偶的测温范围及特点 ;标准化热电偶热电势和温度的关系;;普通装配型热电偶的外形;接线盒;铠装型热电偶外形;铠装型热电偶;薄膜型热电偶; 热电偶的特点 结构简单，制造容易，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需要进行配制。 因为它的输出信号为电动势，因此测量时，可不要外加电源。输出灵敏度一般为μV／℃，室温下的典型输出电压为毫伏数量级。 测量范围广，可从－269℃～1800℃。 测量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。 便于远距离测量、自动记录及多点测量。 ;4. 热电偶参考端（冷端）的补偿;（1） 冷端恒温法;在实际生产中．冷端测度往往不是0°C，而是某一恒值温度Tm ，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。;（2） 热电偶导线补偿;按照补偿原理分为延长型和补偿型两种补偿导线;（3） 参考端(冷端)温度自动补偿法（电桥补偿法）;利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。 设计时，在20℃下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0 ，电桥对仪表读数无影响。 ;3. 用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为30℃(且恒定)，求池水的真实温度。;;4.8.2 热电阻; 取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484? 。 ;金属热电阻 材料的选择： 选择电阻随温度变化成单值连续关系的材料，最好是呈线性或平滑特性，这一特性可以用分度公式和分度表描述。 有尽可能大的电阻温度系数。电阻温度系数一般表示为在某一温度间隔内，温度变化1 ℃时的电阻相对变化量，单位为1/℃。 有较大的电阻率，以便制成小尺寸元件，较小测温热惯性。 测温范围内物理化学性能稳定。 复现性好、易于得到高纯物质，价格便宜等。 工业热电阻：热电阻材料主要是铂、铜、镍、铟、锰等。用的最多的是铂和铜。 铂热电阻 Pt10、Pt100 铜热电阻 G（R＝53欧）、Cu50、Cu100; 1）铂电阻 铂电阻的电阻体是用直径为0.02mm～0.07mm的铂丝，按一定规律绕在云母、石英或陶瓷支架上而制成的。铂丝绕阻的端头与银线相焊，并套以瓷管加以绝缘保护。 铂电阻主