教学课件热电式传感器.ppt

第7章热电式传感器;7.1热电偶;先看一个实验——热电偶工作原理演示;7.1.1热电偶测温原理

1、热电效应：两种不同材料的导体〔或半导体〕组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，那么在该回路中就会产生电动势的现象。;2、两种导体的接触电动势;同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。;4、热电偶回路中产生的总热电势;影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关

结论：

1〕两热电极相同时，即nA(t)=nB(t)、nA(t0)=nB(t0)，总电动势为0。

2〕两接点温度相同时(t=t0)，总电动势为0。

3〕热电偶产生的热电动势大小与材料(nA,nB)和接点温度(t,t0)有关，与其尺寸、形状等无关。

4〕热电偶在接点温度为t1，t3时的热电动势等于此热电偶在接点温度为t1，t2与t2，t3两个不同状态下的热电动势之和，即;5〕电子浓度取决于热电偶材料的特性和温度，当A、B选定后，热电动势EAB(t，t0)就是两接触点t喝t0的函数差，即

EAB(t，t0)=f(t)-f(t0)

当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，那么总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即;热电偶的分度表;;在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，那么对回路的总热电势没有影响。;测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路;〔2〕中间温度定律;中间温度定律;中间温度定律的应用;〔3〕标准导体〔电极〕定律;标准导体定律的意义;例：;〔4〕均质导体定律

由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。;为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有：

普通型热电偶

特殊热电偶

－铠装型热电偶

－薄膜热电偶等。

;普通型热电偶结构;优点：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。;薄膜热电偶;热电极材料的选取;;标准化热电偶的主要性能和特点;热电偶的冷端温度补偿▲▲

当热端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式：;热电偶一般做得较短，一般为350～2000mm。

在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。;常用补偿导线;在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0℃恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0℃。

这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。;当冷端温度t0不等于0℃，需要对热电偶回路的测量电势值eAB〔t，t0〕加以修正。当工作端温度为t时，分度表可查eAB(t,0)与eAB(t0,0)。根据中间温度定律得到：;例子：用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB〔t，t0〕为39.17mV,求加热炉温度。;(4)冷端温度自动补偿法〔电桥补偿法〕;7.1.4热电偶测温线路;特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。;测量两点间温度差〔反向串联〕;测量温度之和;特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。;8.1.5热电偶的应用;常用炉温测量控制系统如下图。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，假设有偏差那么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。;作业：