关于热电偶传感器的调研报告

1、题目：热电式传感器传感器与检测技术调研报告姓 名 学 校 学 院 专业班级 学 号 2015 年 12 月 17 日目 录第一章 热电偶传感器发展现状简述11.1 热电偶传感器国内发展现状21.2 热电偶传感器国外发展现状2第二章 热电偶传感器的基本工作原理42.1热电偶测温原理42.2热电动势的测量42.3热电偶的基本定律52.4热电偶冷端温度误差及其补偿5第3章 热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用6 3.1 变成炉63.2淬火炉与回火炉73.3淬火油槽与中洗()及防锈油槽7第四章 自己对传感器技术的理解8参考文献9附录9 1第一章 热电偶传感器发展现状简述1.1 热电偶传感器国内

2、发展现状标准化热电偶工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产，同一型号可以互换，统一分度，并有配套仪表。难融金属热电偶中钨铼热电偶是最成功的，也是可测到1800以上工业热电偶中最好的热电偶。在宇航与核工业等高技术领域应用广泛。这种热电偶的特点是：电极丝的熔点高、强度大；极易氧化；热电势大，灵敏度高；价格便宜，钨镍热电极丝价格仅为s型热电偶的16，B型热电偶的118。一种设想是在钨铼热电偶保护管内制造出非氧化性气氛，使其在非氧化性气氛中工作，国内外均取得突破性进展，在冶金、化工等行业应用已取得满意效果。东北大学已研制的实体性抗氧化钨铼热电偶已获得国家专利。既可用于氧化、还原气氛，又可以在

3、两者交替的气氛中使用。自1992年起，沈阳冶炼厂用它替代铂铑系贵金属热电偶。结果表明：其使用寿命是铂铑系热电偶的12倍，而价格不足铂铑热电偶的一半，具有显著的经济效益和社会效益。当前，铂铑热电偶价格昂贵，推广抗氧化钨铼热电偶符合国情，势在必行。1.2 热电偶传感器国外发展现状美国Hoskins公司开发出一种复合管型铠装热电偶2300型，可长时间在1260条件下使用。它的特点是：采用特种镍基耐热合金作铠装热电偶套管材料；采用高精度N型或K型热电偶丝及高纯度MgO，以特殊的工艺制成复合管型铠装热电偶，高温下热稳定性高；生产工艺独特，可生产超常规的长热电偶(L=500m)，其直径为1o一64ram；

4、耐高温，抗氧化，使用寿命长。早在ITs一90温标实施前，加拿大人EH Mcla，en和EGMurdock就开始了对金铂热电偶进行研究。通过大量的实验工作发现，使用纯铂和纯金构成的热电偶具有良好的复现性。ITs一9p温标实施后，人们对高温铂电阻HTPRT使用到银凝固点(96178。C)的稳定性产生了质疑，这时，很多人寻求一种更好的测温元件，金铂热电偶成为众多国家研究的对象。美国NIST、英国NPL、韩国KRISS等研究机构都进行了研究，其中美国NIST的GwBums等人在他们的题目为金铂热电偶：研究数据及ITS一90温标下的参考函数中指出“在o1000。C温区内，金铂热电偶在两年的实验中在961

5、 oC。965。C累计1000h的条件下，在银凝固点(96178。C)的稳定性不超过土16mK，其在铝凝固点上进行的均匀性的研究表明它的不均匀性为2mK(浸入深度变化74cIn)。这些数据表明在银凝固点(96178"C)的稳定性比高温铂电阻温度计HTPRT更好”。目前 2国际上已经有了得到大家认可的金铂热电偶的分度表，金铂热电偶已经进入了应用阶段。我国已经开展了此项研究。 3 第二章 热电偶传感器的基本工作原理2.1热电偶测温原理 热电效应：将不同的导体或半导体组成闭合回路。当两个接合点温度T 和 T0不同时，则在该回路中就会产生电动势。两种不同材料的导体的组合称为热电偶。热电偶回路

6、产生的电动势包括<1>两种导体的接触电势 <2>单一导体的温差电势2.2热电动势的测量回路中A和B的接触电势：回路中的温差电势为：回路总热电势：在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为： 42.3热电偶的基本定律2.3.1均质导体定律 由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（或半导体）的截面和长度如何，也不论各处的温度如何，都不能产生热电势。2.3.2中间导体定律 在热电偶测温回路中接入第三种导体，只要保证其两端温度相，则不会影响回路的总热电动势。2.3.3中间温度定律 在热电偶测温回路中，Tn 为热电极上某一点的温度(中

7、间温度)，热电偶 AB 在接点温度为 T、 T0 时的热电势等于热电偶在接点温度为T、Tn 和Tn 、T0 时的热电势的代数和。2.3.4标准电极定律 如果已知热电极A、B分别与标准电极C组成热电偶在（T，T0）时的热电动势分别为EAC（T，T0）和EBC（T，T0），则2.4热电偶冷端温度误差及其补偿<1>热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电势EAB(T,T0)才是温度T的单值函数！<2>热电偶分度表中，热电势温度的对应值以T00为基础。 5第3章 热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用 在轴承生产中，轴承的主要零件内、外环，滚动体(钢球、滚子、滚针

8、)全部需要热处理，需要热处理的材料约占整个材料的80。轴承零件热处理工艺流程图(11PI)如图3所示。一般来说轴承热处理工艺比较单纯，而且轴承零件形状也简单，但对热处理要求却比较高，对设备也有几点要求：一是加热均匀：淬火炉温差要求10，淬火油温度3，回火炉6 q：，变成炉5。二是节能：在轴承生产企业，热处理是用电大户，rrPI热处理年耗电量占公司工业用电25以上，因此加热炉的炉型、结构以及采用材料都必须考虑节能。三是轴承批量大、产量高，因而要求高生产率，设备成套供应等。出于这样的考虑，轴承行业大多采用自动控制的高效连续网带炉热处理生产线。这里介绍热电偶在我国台湾第一大轴承生产企业7rPI热处理

9、连续网带炉自动控制中的应用。TPl专业生产深沟滚珠轴承，共有4条热处理生产线(中坜厂三条，上海厂一条)，台湾厂年产量l 700万颗，上海厂(一期)年产量200万颗。上海厂生产型号从608到6328，同时还为NTN等企业代工。公司的热处理生产线大多是根据其技术合作企业日本NTN生产线自行设计，由台湾三水公司制造的。上海厂生产线全部从台湾购进，并且生产线组立及全部的控制线路均由台湾三永公司工程师组立、调试，其中热电偶自动控制加热部分是重中之重。3.1变成炉网带炉在生产中，为保证处理的制品不至于脱碳或其他要求，必须通人保护气体(炉气)。炉气主要是由天然气(75甲烷)与空气按一定的比例混合，在触媒及高

10、温(1 050)的作用下，产生的多种成分的混合气体，而这个反应的容器以及相关的控制设备称为变成炉。变成炉加热温度很高，这里选择K_TYPE铠装热电偶，并选择相应的补偿导线。而且这个热电偶还装有sensor用来显示和控制生成炉气的成分。 63.2淬火炉与回火炉 淬火炉是热处理生产线的重要组成部分，而且对它的控制直接影响制品的质量。淬火炉分为4个区，分别由4个热电偶来自动控制加热器。在生产中，第一区设定温度为830，第二、三、四区设定温度为850。考虑到淬火炉的高温、传感器的热反应时间等因素，选择测量范围为0一1 000KTYPE热电偶。热电偶安装在网带炉顶部每个区的中间，炉内温度及气氛用搅拌风扇

11、来均匀。轴承热处理采用低温回火。回火炉分为3个区，每个区的设定温度为180，分别由3个热电偶来控制。根据实际需要，选择0300TTYPE铠装热电偶。同淬火炉一样，每个热电偶通过补偿导线连接到电器控制柜的温度显示及控制仪器上。仪器内部有冷端温度自动补偿线路，可以设定加热温度，报警温度上下限等参数。3.3淬火油槽与中洗()及防锈油槽 制品经过淬火炉加热保温一段时闯后，需要通过介质快速冷却来改变制品的内部组织结构以改善制品的机械特性和满足产品品质要求。考虑到轴承热处理要求较高(采用谷立思公司热处理油)，油槽的温度须保持在1lO±3。油槽控制在这个温度，可以有效提升制品光辉度降低“喇叭口”不

12、良品，控制制品的硬度、圆筒度、真圆度。这里选择灵敏度高、测温范围小的PE铠装热电偶(O300)来控制油槽的8支加热器。经过淬火处理后的制品温度保持在100左右的高温，而且制品上有残蟹的热处理油，在进行回火之前，须对制品进行清洗(2次清洗)。又考虑到，淬火处理后，制品内还有较多的残留奥氏体，为降低残留奥氏体，须对回火前的制品作低温处理(30)。因此在中洗()处，把温度控制在30以下。采用T_TYPE铠装热电偶控制制冷机。考虑到后续生产的时效性，回火后的制品须经过防锈处理，也就是让制品经过防锈油槽。防锈油是由7701和煤油按比例勾兑而成，易挥发。再者，回火出来的制品温度在170180，使得防锈油更

13、易挥发。从经济角度考虑(770l价格昂贵)，应把油槽温度控制在30以下。这里同样采用T一7rYPE铠装热电偶控制制冷机。 7第四章 自己对传感器技术的理解 人们为了从外界获取信息，必须借助于五官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中是远远不够的。所以就有了现在我们所讨论的传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已被全世界公认。传感器源源不断的向人类提供宏观和微观世界的种种信息，成为人们认识自然，改造自然的有力工具。 8参考文献1钱显毅，唐国兴传感器原理与检测技术北京，机械工业出版社，2011 2钱显毅传感器原理与应用南京，东南大

14、学出版社，2008 3徐湘元传感器原理与及其信号调理技术北京，机械工业出版社，2011 4张文娜，叶湘滨传感器技术北京，清华大学出版社，2011 5祁树胜传感器与检测技术北京，北京航空航天大学出版社，20110 6郑伟，向明东，陈伟昕热电偶精密技术的发展方向，现代测量与实验室管理，2002年 第4期 （5）7井娥林，曾光宇，王晓霞，刘霞热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用科 技情报开发与经济，2005年第15卷第21期（5） 8钱显毅，唐国兴传感器原理与检测技术机械工业出版社，2011 9Race.STStandard Method of THERMAL EMF TEST OF SIGNLE THERMOELE MATERIALES BY COMPARISON WITH A