第九章热电偶传感器

1、2021-10-151第九章第九章 热电偶传感器热电偶传感器章节导入：章节导入： 在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学研究得到广泛应用。研究得到广泛应用。本章要点本章要点:1、了解温度测量的基本概念和方法；、了解温度测量的基本概念和方法；2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点，、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点， 会对热电偶进行选型；会对热电偶进行选型；3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法，、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法， 并

2、会选择补偿导线。并会选择补偿导线。4、掌握控温仪表的接线方法。、掌握控温仪表的接线方法。2021-10-152第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 一、一、温度测量的基温度测量的基本概念本概念 温度标志着物温度标志着物质内部大量分子无规质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体温度越高，表示物体内部分子热运动越剧内部分子热运动越剧烈。烈。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！高温时的运动速度比低温时快！2021-10-153二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标。它规、

3、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。氏温标、热力学温标等。 2021-10-154几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温为37 37 C C 相当于华氏相当于华氏温度温度1.81.837+3237+32=98F=98F相当于热力相当于热力学温标学温标37+273=31037+273=310K K2021-10-155热力学温标（热力学温标（K

4、 K） 热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（单位是开尔文（K） 。19901990国际温标国际温标(ITS-90) (ITS-90) 从从1990年年1月月1日开始在全世界范围内采用日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计固定点，测量和重现这

5、些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01 C）等。）等。 2021-10-156三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照用途可分为温度传感器按照用途可分为 基准温度计和工业温度计；基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为按照测量方法又可分为 接触式和非接触式；接触式和非接触式；按工作原理又可分为按工作原理又可分为 膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，按输出方式分， 有自发电型、非电测型等。有自发电型、非电测型等。 2021-10-157 所利用的物理现象所利用的

6、物理现象传感器类型传感器类型测温范围测温范围/0C特点特点气体热膨胀气体热膨胀气体温度计气体温度计液体压力温度计液体压力温度计玻璃水银温度计玻璃水银温度计双金属片温度计双金属片温度计-250-25010001000-200-200300300-50-50350350-50-50300300不需要电源、耐用；感温部件不需要电源、耐用；感温部件体积较大体积较大接触热电动势接触热电动势钨铼热电偶钨铼热电偶铂铑热电偶铂铑热电偶其它热电偶其它热电偶100010002100210020020018001800-200-20012001200自发电型，标准化程度高，品自发电型，标准化程度高，品种多、可根据需

7、要选择；需注种多、可根据需要选择；需注意冷锻温度补偿意冷锻温度补偿热电阻热电阻铂热电阻铂热电阻热敏电阻热敏电阻-200-200900900-50-50200200标准化程度高；需要接入桥路标准化程度高；需要接入桥路得到输出电压得到输出电压PNPN结结电压结结电压硅半导体硅半导体-50-50150150体积小、线性好、测温范围小体积小、线性好、测温范围小温度温度颜色颜色示温涂料示温涂料液晶液晶-50-50130013000 0100100面积大、可得到温度图像、易面积大、可得到温度图像、易衰老、分辨力低衰老、分辨力低光辐射光辐射热辐射热辐射红外辐射温度计红外辐射温度计光学高温温度计光学高温温度计

8、热释电温度计热释电温度计光子探测器光子探测器-50-5015001500500500300030000 0100010000 035003500非接触式测量、反应快；易受非接触式测量、反应快；易受环境及被测体表面影响；标定环境及被测体表面影响；标定困难困难表：温度传感器种类及特点表：温度传感器种类及特点2021-10-158举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热散热风扇风扇低温时低温时显示蓝色显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色2021-10-159举例：举例：体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，耐用；不需要电源，耐用； 但感温部件

9、体积较大。但感温部件体积较大。 气体的体积与热力学气体的体积与热力学温度成正比温度成正比2021-10-1510举例：举例：红外温度计红外温度计2021-10-1511第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加 电源，可直接驱动动圈式仪表；电源，可直接驱动动圈式仪表；2、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需要选择。形状的限制，可按照需要选择。3、测温范围广：下限可达、测温范围广：下限可达-270

10、 C C ，上限可达，上限可达 18001800 C C以上；以上；4 4、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员 会的标准。会的标准。2021-10-1512一、热电效应：一、热电效应：先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A一端称为：一端称为：自由端、自由端、参考端、参考端、冷端冷端 一端称为：一端称为：测量端、测量端、工作端、工作端、热端热端 热电极热电极B B热电势热电势AB2021-10-1513

11、通过以上演示得出结论通过以上演示得出结论 热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差与冷端热电势之差，是两个结点的温差t t 的函数：的函数： E EABAB（T T，T T0 0）= =e eAB AB （ T T ）- - e eAB AB （ T T0 0 ）热电势大致与热电势大致与两个结点的温差两个结点的温差t t 成正比成正比A(nAnB)BT0TeAB(T0)eAB(T)eAB(T)E EABAB（T T，T T0 0）(T(T T T0 0) )2021-10-1514从实验到理论：热电效应从实验到理

12、论：热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，偏转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小指南针的偏转角反而减小 。 显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。点的温差有关。 2021-10-1

13、515第三节第三节 热电偶的种类及结构热电偶的种类及结构 一、热电偶的种类一、热电偶的种类 1 1、八种国际通用热电偶：八种国际通用热电偶： B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 R: R:铂铑铂铑1313铂铂 S:S:铂铑铂铑1010铂铂 K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍 J:J:铁铁铜镍铜镍 T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热热电偶的各种电偶的各种铂铂热电偶丝热电偶丝2 2、几种常用热电偶的测温范围及热电势、几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/ mVB铂铑铂

14、铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬 (铝铝) -2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍 (康康 铜铜)270800 C C?2021-10-15173 3、几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析 N N、K K、E E热电偶热电偶的测温上限较高的测温上限较高 E E、J J、K K、N N热热电偶的灵敏度较高电偶的灵敏度较高 R R、S S、B

15、B热电偶热电偶的灵敏度较低的灵敏度较低 多数热电偶的多数热电偶的线性较差线性较差 国际计量委员国际计量委员会公布了分度表，会公布了分度表，所以多采用查表法。所以多采用查表法。 因为绘制热电势因为绘制热电势-温度曲线或制定分度表时，总是将冷端置温度曲线或制定分度表时，总是将冷端置于于0这一规定环境中的缘故这一规定环境中的缘故所有曲线均过原点。所有曲线均过原点。4 4、热电偶的分度表、热电偶的分度表 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规定的定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且标准。按此标

16、准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。有相应的线性化集成电路与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为须为0 0 C C。 练习查练习查K K热热电偶的分度电偶的分度表：分别查表：分别查出出0 00 0C C、1001000 0C C的热的热电势。电势。 2021-10-1520 设冷端为设冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的示值及，根据以下电路中的毫伏表的示值及K K热电偶的分度表，查出热端的温度热电偶的分度表，查出热端的温度t tx

17、x为为7307300 0C C 。t1AB00C接线盒接线盒1t2t3CuCuCuCutxux+-30mV5、八种国际通用热电偶特性、八种国际通用热电偶特性 表：八种国际通用热电偶特性表名名 称称分分度度号号测温范围测温范围/100100时的时的热电热电势势/mV/mV1000的的热电热电势势/mV特特 点点铂铑铂铑3030- -铂铂铑铑6 6B B5050182018200.0330.0334.834熔点高，测温上限高，性能稳定，熔点高，测温上限高，性能稳定，准确度高，准确度高，100100以下热电势极小，以下热电势极小，所以可不必考虑冷端温度补偿；所以可不必考虑冷端温度补偿；价昂，热电势小

18、，线性差；只适价昂，热电势小，线性差；只适用于高温域的测量用于高温域的测量铂铑铂铑1313- -铂铂R-5017680.6470.64710.50610.506 使用上限较高，准确度高，性能使用上限较高，准确度高，性能稳定，复现性好；但热电势较小，稳定，复现性好；但热电势较小，不能在金属蒸气和还原性气氛中不能在金属蒸气和还原性气氛中使用，在高温下连续使用时特性使用，在高温下连续使用时特性会逐渐变坏，价昂；多用于精密会逐渐变坏，价昂；多用于精密测量测量铂铑铂铑1010- -铂铂S-50-50176817680.6460.6469.5879.587 优点同上；但性能不如优点同上；但性能不如R型热电

19、型热电偶；长期以来曾经作为国际温标偶；长期以来曾经作为国际温标的法定标准热电偶的法定标准热电偶铂铑铂铑3030表示该合金含表示该合金含70%70%的铂及的铂及30%30%的铑，以下类推。的铑，以下类推。镍铬镍铬- -镍硅镍硅K- -27013704.09641.276 热电势大，线性好，稳定性热电势大，线性好，稳定性好，价廉；但材质较硬，在好，价廉；但材质较硬，在10001000以上长期使用会引起热以上长期使用会引起热电势漂移；多用于工业测量电势漂移；多用于工业测量镍铬硅镍铬硅- -镍镍硅硅N- -27013002.74436.256 是一种新型热电偶，各项性是一种新型热电偶，各项性能均比能均

20、比K K型热电偶好，适宜于型热电偶好，适宜于工业测量工业测量镍铬镍铬- -铜镍铜镍（锰白铜）（锰白铜）E- -2708006.319热电势比热电势比K K型热电偶大型热电偶大50%50%左右左右线性好，耐高湿度，价廉；但线性好，耐高湿度，价廉；但不能用于还原性气氛；多用于不能用于还原性气氛；多用于工业测量工业测量铁铁- -铜镍铜镍（锰白铜）（锰白铜）J-2107605.269 价格低廉，在还原性气体中价格低廉，在还原性气体中较稳定；但纯铁易被腐蚀和氧较稳定；但纯铁易被腐蚀和氧化；多用于工业测量化；多用于工业测量铜铜- -铜镍铜镍（锰白铜）（锰白铜）T- -2704004.279 价廉，加工性能

21、好，离散性价廉，加工性能好，离散性小，性能稳定，线性好，准确小，性能稳定，线性好，准确度高；铜在高温时易被氧化，度高；铜在高温时易被氧化，测温上限低；多用于低温域测测温上限低；多用于低温域测量。可作量。可作-200-20000温域的计温域的计量标准量标准2021-10-1523二、结构形式二、结构形式1 1、普通装配型普通装配型热电偶的外形热电偶的外形安装螺纹安装螺纹安装法兰安装法兰2021-10-1524普通装配型普通装配型热电偶的结构热电偶的结构放大图放大图 接线盒接线盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）

22、 不锈钢不锈钢保护管保护管 2021-10-15252 2、铠装型热电偶外形、铠装型热电偶外形法兰法兰薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体） BA铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面绝缘绝缘 材料材料A A、B B为两电极为两电极2021-10-1526铠装热电偶的制造工艺：铠装热电偶的制造工艺： 把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接格的铠装偶体，再截取适当长

23、度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。 铠装热电偶特点：铠装热电偶特点： 内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。抗震、可弯曲、超长等优点。 2021-10-15273 3、薄膜型热电偶结构与外形、薄膜型热电偶结构与外形 薄膜热电偶是由两薄膜热

24、电偶是由两 种薄膜热电极材料种薄膜热电极材料, ,用真用真空蒸镀、化学凃层等办空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶。制成的一种特殊热电偶。 薄膜热电偶的热接薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄点可以做得很小（可薄到到0.010.1m0.010.1m）, ,具有具有热容量小热容量小, ,反应速度快等反应速度快等的特点的特点, ,热相应时间达到热相应时间达到微秒级微秒级, ,适用于微小面积适用于微小面积上的表面温度以及快速上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。变化的动态温度测量。1 12 23 34 45 5B BA A+ +- -冷端冷端冷端冷端11

25、工作端工作端 22薄膜热电极薄膜热电极 33绝缘基地绝缘基地44引脚接头引脚接头 55相同材料引出线相同材料引出线2021-10-15284 4、（补充）隔爆型热电偶外形、（补充）隔爆型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒2021-10-1529结构特点：结构特点： 隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，

26、因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。达到预期的防爆、隔爆效果。 使用场合：使用场合： 工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。爆炸）。2021-10-1530第四节第四节 热电偶冷端的延长热电偶冷端的延长 实际测

27、量时，热电偶长度有限，冷端温度直接受到被测物实际测量时，热电偶长度有限，冷端温度直接受到被测物温度和环境温度的影响。工业中采用冷端延长的方法，使冷温度和环境温度的影响。工业中采用冷端延长的方法，使冷端远离高温区。如果将热电偶做得太长、不经济，采用补偿导端远离高温区。如果将热电偶做得太长、不经济，采用补偿导线将冷端延长。线将冷端延长。一、可以证明：一、可以证明： 补偿导线在补偿导线在0 0100100 C C范围内的热电势与配套的热电偶的热电范围内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。势相等，所以不影响测量精度。二、补偿导线的好处：二、补偿导线的好处： （1 1）将自由端从温度

28、波动区延长到温度稳定区，使指示仪）将自由端从温度波动区延长到温度稳定区，使指示仪表的示数稳定。表的示数稳定。 （2 2）补偿导线比使用相同长度的热电极便宜许多。）补偿导线比使用相同长度的热电极便宜许多。 （3 3）补偿导线用铜及铜合金制作，单位长度直流电阻比热）补偿导线用铜及铜合金制作，单位长度直流电阻比热电极小得多，可以减小测量误差。电极小得多，可以减小测量误差。 （4 4）补偿导线用塑料做绝缘层，自身为柔软的铜合金，易）补偿导线用塑料做绝缘层，自身为柔软的铜合金，易于弯曲，便于敷设。于弯曲，便于敷设。 2021-10-1531三、补偿导线的注意事项：三、补偿导线的注意事项：（1 1）两根补

29、偿导线与两个热电极接点必须有相同温度）两根补偿导线与两个热电极接点必须有相同温度（2 2）补偿导线必须与相应的型号的热电偶配用）补偿导线必须与相应的型号的热电偶配用（3 3）必须在规定的温度范围内使用）必须在规定的温度范围内使用（4）极性切勿接反。）极性切勿接反。型号型号配用热电偶配用热电偶正正- -负负导线外皮颜色导线外皮颜色 正正- -负负SCSC铂铑铂铑1010- -铂铂红红- -绿绿KCKC镍铬镍铬 - - 镍硅镍硅红红- -蓝蓝WCWC5/265/26钨铼钨铼5 5- -钨铼钨铼2626 红红- -橙橙四、补偿导线型号四、补偿导线型号补偿导线型号（续）补偿导线型号（续）型号型号配用热

30、电偶配用热电偶正正-负负导线外皮导线外皮颜色颜色 正正-负负100 C时的时的热电势热电势/ mVRCR （铂铑（铂铑1313铂）铂）红红-绿绿 0.647NC N（镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅） 红红-黄黄2.744EXE 镍铬镍铬铜镍铜镍）红红-棕棕6.319JXJ（铁铁铜镍铜镍）红红-紫紫5.264TXT （铜铜铜镍铜镍 ） 红红-白白4.2792021-10-1533五、补偿导线外形五、补偿导线外形 红色红色A棕色棕色B屏蔽层屏蔽层保护层保护层2021-10-1534第五节第五节 热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿 用热电偶的分度表查毫伏数用热电偶的分度表查毫伏数- -温度时，必须满足温

31、度时，必须满足t t0 0=0=0 C C的条的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t t0 0不不但不是但不是0 0 C C，而且也不恒定，而且也不恒定， 因此将产生误差。一般情况下，因此将产生误差。一般情况下，冷端温度均高于冷端温度均高于0 0 C C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失热电偶的冷端损失 。冷端温度补偿的方法冷端温度补偿的方法一、冷端恒温法：一、冷端恒温法： 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端

32、的温度保持在冷端的温度保持在0 0 C C不变。此法也称冰浴法，它消除了不变。此法也称冰浴法，它消除了t t0 0不不等于等于0 0 C C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。实验室中。 2021-10-1535冰浴法接线图冰浴法接线图 1被测流体管道被测流体管道 2热电偶热电偶 3接线盒接线盒 4补偿导线补偿导线 5铜质导线铜质导线 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9试管试管 10新的冷端新的冷端 1 1、冰浴法、冰浴法 在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在

33、在0 0 C C不变。不变。2021-10-15362 2、恒温器法：、恒温器法： 将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如度略高于环境温度的上限（例如4040）。）。3 3、空调法：、空调法： 将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。温度恒定。应该指出的是：应该指出的是： 除了冰浴法是使冷端温度保持除了冰浴法是使冷端温度保持00外，后两种方外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述

34、几种方法予度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。以修正。 2021-10-1537二、计算修正法二、计算修正法 当热电偶的冷端温度当热电偶的冷端温度t0 0 C时，由于热端与时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势电势EAB（t，t0）与冷端为）与冷端为0 C时所测得的热电势时所测得的热电势EAB（t，0 C）不等。若冷端温度高于）不等。若冷端温度高于0 C，则，则EAB（t，t0）EAB（t，0 C）。可以利用下式计算并修）。可以利用下式计算并修正测量误差：正测量误差： EAB（t，0 C）=EAB（t，t0）+EA

35、B（t0，0 C）2021-10-1538举例说明举例说明例：用镍铬例：用镍铬- -镍硅（镍硅（K K型）热电偶测炉温时，冷端温型）热电偶测炉温时，冷端温度度t t0 0=30=30，在直流毫伏表上测得的热电势，在直流毫伏表上测得的热电势E EABAB（t t，3030）=38.505mV=38.505mV，试求炉温为多少？，试求炉温为多少？解：查镍铬解：查镍铬- -镍硅热电偶分度表，得到镍硅热电偶分度表，得到E EABAB（3030，00）=1.203mV=1.203mV。E EABAB（t t，00）= =E EABAB（t t，3030）+ +E EABAB（3030，00）= =（38

36、.505+1.20338.505+1.203）mV=39.708mVmV=39.708mV 反查反查K K型热电的偶分度表，得到型热电的偶分度表，得到t t=960=960。该方法适用于热电偶冷端温度较恒定的情况。在智该方法适用于热电偶冷端温度较恒定的情况。在智能化仪表中，查表及运算过程均可由计算机完成。能化仪表中，查表及运算过程均可由计算机完成。2021-10-1539三、仪表机械零点调整法三、仪表机械零点调整法 用螺丝用螺丝刀调节仪表刀调节仪表面板上的面板上的“机械零机械零点点”，使指，使指针指到气温针指到气温t t0 0（图中为（图中为40 40 C C）的刻）的刻度上，进行度上，进行冷

37、端补偿，冷端补偿，此法有一定此法有一定误差，简单，误差，简单，工业中经常工业中经常用。用。机械零点机械零点2021-10-1540四、电桥补偿法四、电桥补偿法 Rl, R2, R3 Rl, R2, R3一般由电阻一般由电阻温度系数很小的锰铜扮绕制，温度系数很小的锰铜扮绕制，阻值一般不随温度变化，阻值一般不随温度变化，RtRt由温度系数较大的铜线绕制，由温度系数较大的铜线绕制，由稳压电源提供电桥电源。由稳压电源提供电桥电源。 00时电桥平衡，时电桥平衡，R1=R2=R1=R2=R3=Rt, Uab=0R3=Rt, Uab=0，对测量无影响，对测量无影响 当环境温度变化时，当环境温度变化时，RtR

38、t阻值随即变化，桥路失去阻值随即变化，桥路失去平衡，此时平衡，此时UabUab与热电偶的热电动势与热电偶的热电动势E E叠加，最后输出叠加，最后输出, , 适当选择桥路电阻，使适当选择桥路电阻，使UabUab正好补偿由于冷端温度正好补偿由于冷端温度变化引起的热电动势变化值，即可使输出端指示出正变化引起的热电动势变化值，即可使输出端指示出正确温度。此方法选配繁琐，影响精度确温度。此方法选配繁琐，影响精度Rt-+ABabR1R2R3+-EABV2021-10-1541电桥补偿法电桥补偿法 XT-WBC热热电偶电偶 冷端补偿器。冷端补偿器。 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压电桥补偿法是利用

39、不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。自动电子电位计、温度变送器、数字式仪表等化值。自动电子电位计、温度变送器、数字式仪表等的测量电路已设置了冷端补偿器，热电偶与它们配套的测量电路已设置了冷端补偿器，热电偶与它们配套时不必另行配置冷端补偿器。时不必另行配置冷端补偿器。 2021-10-1542五、半导体集成温度传感器测量冷端温度五、半导体集成温度传感器测量冷端温度 现在普遍使用半导体集成温度传感器来测量室温。现在普遍使用半导体集成温度传感器来测量室温。它具有体积小、集成度高、准确度高、线性好、输出它具有体积小

40、、集成度高、准确度高、线性好、输出信号大、无需冷端补偿、不需要进行温度标定、热容信号大、无需冷端补偿、不需要进行温度标定、热容量小、外围电路简单等优点。只要将它置于热电偶冷量小、外围电路简单等优点。只要将它置于热电偶冷端附近，将该传感器的输出电压作简单的换算，就能端附近，将该传感器的输出电压作简单的换算，就能得到热电偶的冷端温度，从而用计算修正法进行冷端得到热电偶的冷端温度，从而用计算修正法进行冷端温度补偿。温度补偿。常用的集成温度传感器有：常用的集成温度传感器有： AD590AD590系列电流输出型温度传感器、系列电流输出型温度传感器、数字输出型集数字输出型集成温度传感器成温度传感器LM74

41、LM74、专用热电偶冷端温度补偿芯片、专用热电偶冷端温度补偿芯片MAX6675MAX6675等。等。2021-10-1543半导体集成温度传感器测量冷端温度举例半导体集成温度传感器测量冷端温度举例AD590Rf=100KR2=20K+6V+-6V-RP=4.7K20K273uAUo=(0.1V/0C)半导体集成温度半导体集成温度传感器的外形传感器的外形半导体集成温度传感器半导体集成温度传感器测量冷端温度线路测量冷端温度线路2021-10-1544半导体集成温度传感器测量冷端温度半导体集成温度传感器测量冷端温度 电流输出型的电流输出型的AD590AD590集成温度传感器的冷端温度。集成温度传感器

42、的冷端温度。是两线制器件，其测温范围是两线制器件，其测温范围-55+150-55+1500 0C C，灵敏度为，灵敏度为1uA/K1uA/K，0 00 0C C时该器件的输出电流为时该器件的输出电流为273uA273uA。电阻。电阻R Rl l将将电流转换成电压。由于输出信号所以其输出线即使电流转换成电压。由于输出信号所以其输出线即使长达长达200m200m，也不影响测量深度。若要达到与摄氏温，也不影响测量深度。若要达到与摄氏温度成正比的电压输出，可以用运算放大器的反相加度成正比的电压输出，可以用运算放大器的反相加法电路实现。法电路实现。2021-10-1545第六节第六节 热电偶的应用及配套

43、仪表热电偶的应用及配套仪表 由于我国生产的热电偶均符合由于我国生产的热电偶均符合ITS-90国际温标国际温标所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的动圈式显示为温度，而且均已线性化。国家标准的动圈式显示仪表命名为仪表命名为XC系列。有指示型（系列。有指示型（XCZ）和指示调节）和指示调节型（型（XCT）等系列品种。与）等系列品种。与K型热电偶配套的动圈型热电偶配套的动圈仪表型号为仪表型号为XCZ-101或或XCT-101等。数

44、字式仪表也有等。数字式仪表也有指示型（指示型（XMZ）和指示调节型（）和指示调节型（XMT）等几种系列）等几种系列品种。品种。 2021-10-1546一、一、XCZXCZ系列指针式显示仪表系列指针式显示仪表 XCXC系列动圈式仪表系列动圈式仪表测量机构的核心部件是测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。动一个磁电式毫伏计。动圈式仪表与热电偶配套圈式仪表与热电偶配套测温时，热电偶、连接测温时，热电偶、连接导线（补偿导线）、调导线（补偿导线）、调整电阻和显示仪表组成整电阻和显示仪表组成了一个闭合回路。了一个闭合回路。 1热电偶热电偶 2补偿导线补偿导线 3冷端补偿器冷端补偿器 4外接调整电阻外接调

45、整电阻 5铜导线铜导线 6动圈动圈 7张丝张丝 8磁钢（极靴）磁钢（极靴） 9指针指针 10刻度面板刻度面板 2021-10-1547二、二、XMZXMZ系列智能数字显示仪表系列智能数字显示仪表 特点：特点： 1、带冷端温度自动补偿；、带冷端温度自动补偿； 2、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部 参数可按键设定；参数可按键设定； 3、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行校准；、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行校准； 4、具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；、具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能； 5、采用开关电源，电压适应范围宽，仪

46、表体积小、采用开关电源，电压适应范围宽，仪表体积小、 重量轻。重量轻。 6、220VAC或或24VDC供电电源供电电源。2021-10-1548XMZXMZ系列智数字显示仪表外形系列智数字显示仪表外形 2021-10-1549XMTXMT系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点n带冷端温度自动补偿；带冷端温度自动补偿； n具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能； n双屏显示、副屏显示内容可设定；双屏显示、副屏显示内容可设定； n最多可带最多可带4路报警控制继电器输出；路报警控制继电器输出； n每个报警控制点的回差可设定

47、；每个报警控制点的回差可设定； n每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设定。警）可分别设定。2021-10-1550其他与热电偶的配套的仪表其他与热电偶的配套的仪表 数字式温度数字式温度 显示调节仪显示调节仪2021-10-1551 DDZDDZ型电动单元组合型电动单元组合 仪表中的变送单元之一：仪表中的变送单元之一： 轨装式温度变送器轨装式温度变送器 它能将热电偶（或热电阻）它能将热电偶（或热电阻）的输入信号线性地转换成与温度的输入信号线性地转换成与温度成比例的电流（电压）信号，供成比例的电流（电压）信号，供给显示、控制仪表及计算机集散给显示、控制仪表及计算机集散系统，广泛用于冶金、石油化工、系统，广泛用于冶金、石油化工、热电站、纺织、造纸等行业的测热电站、纺织、造纸等行业的测温控制系统中。温控制系统中。2021-10-1552根据常用电路设备的要求接线根据常用电路设备的要求接线利用利用 XMTXMT仪表仪表 组成热电偶组成热电偶 测温、控温电路测温、控温电路 热电偶热电偶2021-10-1553380V380V线圈线圈的交流接的交流接触器连接触器连接过程过程 当温当温度控制器度控制器测得的温测得的温度达到设度达到设定值时，定值时，5-6两端开两端开路，交流路，交流接触器失接