热电偶传感器ppt课件

1、2 热电偶温度传感器热电偶温度传感器1、学习热电偶的概念及其特点2、学习热电偶的根本定律3、学习热电偶测温原理4、学习热电偶的构造及规范热电偶5、学习热电偶的冷端温度补偿法1、热电偶的概念及其特点2、热电偶的根本定律3、热电偶测温原理4、热电偶的构造及规范热电偶5、热电偶的冷端温度补偿法 热电偶主要用来丈量中高温，它的测温范围大，适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地域的温度丈量。热电偶测温原理热电偶测温原理热电效应和热电动势 热电偶是利用热电效应的原理制成的。热电效应和热电动势热电效应和热电动势 将两种不同资料的导体或半导体将两种不同资料的导体或半导体A和和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体焊接起来

2、，构成一个闭合回路。当导体A和和B的两个的两个交接点交接点t和和t0之间存在温差时，两者之间便产生电动势之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因此在回路中构成一个大小的电因此在回路中构成一个大小的电流流,这种景象称为热电效应，这种景象称为热电效应， 也称塞贝尔效应。也称塞贝尔效应。 导体导体A、B称热电极；温度称热电极；温度t处称为热端、任务端或丈量端；温度处称为热端、任务端或丈量端；温度t0称为冷端、参考端或称为冷端、参考端或自在端。由这样一种构造，并将温度值转换成热电动势的传感器叫做热电偶传感器。自在端。由这样一种构造，并将温度值转换成热电动势的传感器叫做热电偶传感器。看一个实验热电偶任务

3、原理演示 结论：当两个结点温度不一样时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不一样时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A自在端参考自在端参考端、冷端端、冷端 丈量端任务丈量端任务端、热端端、热端 热电极热电极B B热电势热电势AB空中加油空中加油请他分析一下，这种加油方式在怎样的条件下才可请他分析一下，这种加油方式在怎样的条件下才可进展？进展？热电偶热的电动势的特点热电偶热的电动势的特点1、当电极资料不同，并且热端温度、当电极资料不同，并且热端温度t和冷端温度和冷端温度t0不同时，热电偶回路才会有热电动势不同时，热电偶回路才会有热电动势;当热当热电极资料选定后，热端温度电极资料选定后

4、，热端温度t和冷端温度和冷端温度t0的温差越大，热电动势就越大。的温差越大，热电动势就越大。2、热电动势的产生是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电势两部分组成。普通情况、热电动势的产生是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电势两部分组成。普通情况下，热电偶的接触电势远大于温差电势，因此回路中热电动势的方向取决于热端的接触电下，热电偶的接触电势远大于温差电势，因此回路中热电动势的方向取决于热端的接触电势方向，电子密度大的导体势方向，电子密度大的导体A为正极，电子密度小的导体为正极，电子密度小的导体B为负极。为负极。热电偶的根本定律热电偶的根本定律1、中间导体定律、中间导体定律 在热电偶回

5、路中接入第三种资料的导体，只需其两端的温度相等，该导体的接入就不在热电偶回路中接入第三种资料的导体，只需其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。会影响热电偶回路的总热电动势。ABT(a)插入中间导体T01T02ABTt01t02mV(b)应用电路图2-3-2 热电偶插入中间导体表示图2、中间温度定律 在热电偶丈量电路中，热端温度为t，冷端温度为t0，中间温度为t1,那么t,t0的热电动势等于t,t1与t1，t0热电动势的代数和。3、规范电极定律 只需测得规范电极与各种金属组成的热电偶的热电动势，那么任何两种电极配对组合成的热电偶的热电动势就可根据规范电极定律定律计算出，

6、而不需求逐个测定。热电偶根本定律1假设热电偶两种电极材质一样，那么无论两接点的温度如何，总电动势一直为零。2假设热电偶两接点温度一样，虽然A、B材质不同，回路中的总电动势依然为零。3热电偶产生的热电动势大小与资料和接点温度有关，与其尺寸、外形无关。热电偶测温原理热电偶测温原理 热电动势的大小与热电极热电动势的大小与热电极A、B的长度和直径无关，只与热电极的资料和冷、热两端的的长度和直径无关，只与热电极的资料和冷、热两端的温度有关。假设热电极的资料选定，冷端的温度温度有关。假设热电极的资料选定，冷端的温度t0确定，那么热电动势就只与热端温确定，那么热电动势就只与热端温度度t有关，所以可以经过丈量

7、热电动势的大小得到热端的温度值，这就是热电偶测温度有关，所以可以经过丈量热电动势的大小得到热端的温度值，这就是热电偶测温度的任务原理。的任务原理。1、热电偶传感器是将 变化量转变为微小的 变化量，经放大后用来控制执行机构的。2、热电偶是利用 效应制成的，热电动势由 电势和 电势组成。3、 的数值越大，热电偶的输出热电动势就越大。 A.热端直径 B.热端和冷端的温度 C.热端和冷端的温差 D.热电极的电导率温度温度电动势电动势热电热电接触接触温差温差C简答题 热电偶测温必需具备的条件是什么？ 答：两种不同资料的导体A和B组成一个闭合电路，两交接点的温度不同热电偶的构造热电偶的构造 热电偶通常由热

8、电极、绝缘管、维护套管和接线盒等几个主要部分组成。 为满足不同消费对象的测温要求和条件，热电偶的构造方式有：普通型电偶、铠装型热电偶、薄膜型热电偶。普通型热电偶普通型热电偶 工业丈量上运用最多的是普通型热电偶。工业丈量上运用最多的是普通型热电偶。 普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装螺纹安装法兰安装法兰普通装配型热电偶的构造放大图 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任务端热端热电偶任务端热端 不锈钢维护管不锈钢维护管 丈量锅炉烟道中的烟气温度应选用 型的热电偶。 A.普通 B.铠装 C.薄膜A铠装热电偶铠装热电偶 铠装型热电偶是把电极、绝缘

9、资料熔铸在一同，外套金属维护管经拉伸加工而成，它可铠装型热电偶是把电极、绝缘资料熔铸在一同，外套金属维护管经拉伸加工而成，它可以做得很长、很细，在运用中可以随丈量需求进展弯曲。以做得很长、很细，在运用中可以随丈量需求进展弯曲。铠装型热电偶铠装型热电偶 1-热电极；热电极；2-绝缘资料；绝缘资料；3-金属套管；金属套管；4-接线盒；接线盒；5-固定安装固定安装铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 维护套维护套管铠体管铠体 BA绝缘绝缘 资料资料铠装型热电偶横截面铠装型热电偶横截面 丈量50m深的岩石钻孔中的温度应选用 型的热电偶。 A.普通

10、B.铠装 C.薄膜B薄膜型热电偶薄膜型热电偶 薄膜型热电偶采用真空镀膜技术，由两种金属薄膜衔接而成的一种特殊构造的热电偶，薄膜型热电偶采用真空镀膜技术，由两种金属薄膜衔接而成的一种特殊构造的热电偶，其构造表示图如下图。适用于微小面积上的外表温度的丈量以及快速变化的外表温度其构造表示图如下图。适用于微小面积上的外表温度的丈量以及快速变化的外表温度的丈量。的丈量。 丈量CPU散热片的温度应选用 型的热电偶 A.普通 B.铠装 C.薄膜C规范热电偶规范热电偶 从实际上说，任何两种不同资料的导体都可以组成热电偶，但为了做到准确、可靠以及稳定的丈量温度，对热电偶资料必需进展一定的选择，其原那么为：1热电

11、势变化尽量大；2热电势与温度的关系尽量接近线性；3理化性能稳定，易加工，有良好的互换性。目前工业上常用的4种规范热电偶的组成资料为：1铂铑30铂铑6热电偶WRLB分度号为B型， 测温范围01800 这种资料组成的热电偶的熔点高，可用于较高温度的丈量，误差小，普通适用于较为精细的温度丈量。但它热电动势小，不能用于金属蒸汽和复原介质中。2铂铑10铂热电偶WRLL分度号为S型， 测温范围01600 这种资料组成的热电偶可长期丈量高达1600的温度，其性能稳定，精度高，适宜在氧化性介质或中性介质中进展丈量，室温下热电动势小，不需求进展冷端补偿和修正，可作为规范热电偶。3镍铬镍硅热电偶WREU分度号为K

12、型 ， 测温范围-20013004镍铬康铜WREA分度号为E型， 测温范围-200900 后两者资料组成的热电偶的热电动势较大，易测温，但测温范围小。 组成热电偶的两种资料中，写在前面的为正极，写在后面的为负极。参考端温度为0时，把热电偶的热电动势与任务端温度之间的关系制成表格，称为热电偶的分度表。作业作业1 1、请写出热电效应的概念、请写出热电效应的概念2 2、 热电偶测温必需具备的条件是什么？热电偶测温必需具备的条件是什么？3 3、请写出中间导体定律和中间温度定律、请写出中间导体定律和中间温度定律4 4、热电偶是由哪几部分组成，有哪些构造方式、热电偶是由哪几部分组成，有哪些构造方式热电偶测

13、温及参考端温度补偿热电偶测温及参考端温度补偿 热电偶的缺陷是存在冷端温度补偿问题。根据热电偶丈量原理可知，当冷端温度坚持不变时，热电偶回路的热电动势与热端温度成单值对应关系。 在实践测温时，由于热电偶普通做的比较短，长度有限，冷端温度会直接遭到被测介质的温度和周围环境的影响，无法坚持恒定，因此会产生丈量误差。 为了消除温度误差的影响，常采用以下几种补偿方法1、补偿导线法2、冷端补偿法 冷端0恒温法 冷端温度修正法 电桥补偿法 1. 补偿导线法补偿导线法 由于遭到资料价钱的限制不能够做很长，而要使其冷端不受测温对象的温度影响，必需使冷由于遭到资料价钱的限制不能够做很长，而要使其冷端不受测温对象的

14、温度影响，必需使冷端远离温度对象，采用补偿导线可以做到这一点。端远离温度对象，采用补偿导线可以做到这一点。 所谓补偿导线，实践上是一对资料化学成分不同的导线，在所谓补偿导线，实践上是一对资料化学成分不同的导线，在0150温度范围内与配接的热电温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价钱相对要廉价。偶有一致的热电特性，但价钱相对要廉价。补偿导线法补偿导线法补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层维护层维护层1组成：补偿导线由合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。2热电偶补偿导线功能： 其一实现了冷端迁移； 其二是降低了电路本钱。AB屏蔽层屏蔽层维护层维护层运用补偿导线时留意问题：1补偿导线只能用在规定的温度范

15、围内0100；2热电偶和补偿导线的两个接点处要坚持温度一样；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；3补偿导线的正、负极需分别与热电偶正、负极相连； 补偿导线的作用是对热电偶冷端延伸。冷端补偿法冷端补偿法 由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只需将冷端温度坚持恒定才干使热电势正确反由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只需将冷端温度坚持恒定才干使热电势正确反映热端的被测温度。映热端的被测温度。 由于很难保证冷端温度在恒定由于很难保证冷端温度在恒定0故常采取一些冷端补偿措施，主要有：冷故常采取一些冷端补偿措施，主要有：冷 端恒温法端恒温法 、补、补偿导线法偿导线法 、 计算修正法。计算修正法。1、冷端

16、、冷端0恒温法恒温法 ：使参考端冷端温度处于：使参考端冷端温度处于0 C 1冰浴法冰浴法 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度坚持在将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度坚持在0 C不变。此法不变。此法称冰浴法，它消除了称冰浴法，它消除了t0不等于不等于0 C而引入的误差。而引入的误差。 由于冰融化较快，所以普通只适用于实验室和校验热电偶的安装中。由于冰融化较快，所以普通只适用于实验室和校验热电偶的安装中。冰浴法 在冰瓶中的冰水混合物，温度坚持在在冰瓶中的冰水混合物，温度坚持在0 0C C不变。不变。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

17、 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 2、冷端温度修正法、冷端温度修正法 将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之坚持温度恒定，防止由于环境温度的动摇而引入将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之坚持温度恒定，防止由于环境温度的动摇而引入误差。这类恒温器的温度不为误差。这类恒温器的温度不为0，需对热电偶进展冷端温度修正。，需对热电偶进展冷端温度修正。 ) 0 ,(),() 0 ,(00tEttEtEABABAB 用分度号为S的铂铑10铂热电偶测炉温，其冷端温度为30，而直流电位差计

18、测得的热电动势为9.527mV，试求被测温度。mVEtEtE654. 9) 0 ,30()30,() 0 ,(解：查铂铑10铂热电偶分度表，得E(30,0)=0.173mV，根据中间温度定律得 再查该分度表得被测温度t=1010。假设不进展校正，那么所测9.527mV对应的温度为995，误差15。 用分度号为S的铂铑10铂热电偶测炉温，其冷端温度为40，而直流电位差计测得的热电动势为5.413mV，试求被测温度。3、电桥补偿法、电桥补偿法 利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。 利

19、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。不平衡电桥由电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。四个桥臂和桥路电源组成。 在某一温度时电桥平衡(R1 = R2 = R3 = RCu)，此时Uab=0 ，电桥对仪表读数无影响。当环境温度改动使冷端温度变化时，热电偶的热电动势变化 ；与此同时，RCu的阻值也随之改动，因此使电桥失去平衡，a、b间有输出电压 。假设使 与 数值相等，符号相反，相加后为零，仪表读出的热电动势便不受冷端温度的影响，就

20、可起到自动补偿的作用。1U2U1E2E课堂小结：课堂小结： 1、 将两种不同资料的导体或半导体将两种不同资料的导体或半导体A和和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和和B的两个的两个执着点执着点1和和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因此在回路中构成一个大小的电流因此在回路中构成一个大小的电流,这种景象称为热电效应，这种景象称为热电效应， 也称塞贝尔效应。也称塞贝尔效应。2、回路中所产生的电动势，叫热电势。、回路中所产生的电动势，叫热电势。3、热电偶的根本定律：中间导体定律、中间温度定律、规范电极定律。、热电偶的根本

21、定律：中间导体定律、中间温度定律、规范电极定律。4、热电动势的大小只与热电极的资料和冷、热两端的温度有关。假设热电极的资料选定，冷、热电动势的大小只与热电极的资料和冷、热两端的温度有关。假设热电极的资料选定，冷端的温度端的温度t0确定，那么热电动势就只与热端温度确定，那么热电动势就只与热端温度t有关，所以可以经过丈量热电动势的大有关，所以可以经过丈量热电动势的大小得到热端的温度值，这就是热电偶测温度的任务原理。小得到热端的温度值，这就是热电偶测温度的任务原理。5、热电偶通常由热电极、绝缘管、维护套管和接线盒等几个主要部分组成。6、热电偶的构造方式有：普通型电偶、铠装型热电偶、薄膜型热电偶。7、

22、参考端温度为0时，把热电偶的热电动势与任务端温度之间的关系制成表格，称为热电偶的分度表。8、补偿方法1、补偿导线法2、冷端补偿法 冷端0恒温法 冷端温度修正法 电桥补偿法1、简述热电偶与热电阻的丈量原理的异同。2、设一热电偶任务时产生的热电动势可表示为EAB(t , t0)，其中A、B、t、t0各代表什么意义？ t0在实践运用时常应为多少？3、什么是热电偶？4、用分度号为S的铂铑10铂热电偶测炉温，其冷端温度为20，而直流电位差计测得的热电动势为5.413mV，试求被测温度。 5、用热电偶测温时，为什么要进展冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？6、热电偶在运用时为什么要衔接补偿导线？1、简述热电偶与热电阻的丈量原理的异同。2、设一热电偶任务时产生的热电动势可表示为EAB(t , t0)，其中A、B、t、t0各代表什么意义？ t0在实践运用时常应为多少？答：(1)一样点：都能测温度且只能直接测温度量 (2)不同点：热电阻传感器原理为阻值大小变化对应温度变化，而热电偶传感器为热电动势大小变化对应温度变化 答：A、B：两热电极 t：热端温度，即被测温度 t0 ：冷端温度 t0 ：常应为03、什么是