热电偶传感器1

1、目录：1热电偶的工作原理与结构类型；2 热电偶的型号构成及选用方法；3怎样用其进行温度测量：4 常见热电偶测温系统的组成与功能。第一节热电偶的工作原理一、热电效应从实验到理论：热电效应k 1821年，徳国物理学家赛贝克I（J两种不h«J金屈刃I成闭介 回路.并用酒精灯加热其中-个接触点（称为结点）.发现 放在冋路中的指南针发生偏諾（说明什么？），如果用两盏 叫桥灯对两个结点同时加热,指南针的偏转角反而减小（乂 说网什么？）O显然,指南针的偏转说明回路中仃电动势产工并仃电流 在回路中流动，电流的強弱仃两个结点的温差冇关。第一节热电偶的工作原理一、热电效应从实验到理论：热电效应h 两种不

2、同的金属用相援触时，由于不同金属内门山电的密 度不同.两金屬A和B的接植点处会发生自由电子的扩散现1（ |'1山电何彳从斛叟大的金属A扩散到密度小的金属B,使A失去电r 帯止电.B得到电产带负电，从希廉生热电势。第一节热电偶的工作原理一、热电效应热电效应的定义：L 站两种不同材料的岛相和B川接成个闭介冋路. '讪个 ife点（一个称为作端或热端I,另-个称为n山端或冷瑞-） 温度竹可时，在回路中就会产牛緞电势，形成电流,此现象称 为热电效应。A1 BEab（Iq）二、热电势分别为导体A和B的自由电子密度.接触电动势* In “Ae玻耳兹曼常数.T傩处的温度.Nr %二、热电势第

3、一节热电偶的工作原理温差电动势/温差电动势E& /c) = 一 rc) = £n(r) 一 EQ)回路中总热电动势:E.e，G)= E.a + E&, 4)一 £(r0) 一 04”, t0)E朋(t, t0) = /；矽(z) E朋(q)Eg)汤姆逊温度系数。ill F温差电动势很小, 而n 的极性相反,两者相互 抵消，可忽略不计。显然,热电偶冋路的 热电动势 与热电偶 电穫材料和两接点的温 度有契！当电极材料 一定时候，热电偶回路的成为温度 即空保持冷端T数，则有： 温I八有单值函数的关系一一热电偶的匸作原理。EAB(f)"©)t &

4、gt; 4, Na > Nb的函数z差.即冷端为常，此时热电偶回路 只与热端三、热电偶测温基本定律第一节热电偶的工作原理1）均质鄆M由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、 长度以及温度分布如何均不产生热电动势。2）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温 度相同，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。+三、热电偶测温基本定律3）标准热电极定律当两接点的温度为时，利用A、B导体组成的热电偶的热电动势等于A、C导体组成的热电偶和C、B导体组成的热电偶的 热电动势代数和，即4）中间温度定律热电偶在两接点温度t、时的热电动势等于该热电偶在接 点温度为t、

5、5和J、t°时的相应热电动势的代数和。中间温度定 律可以用下式表示：中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。第二节 热电偶的材料.结构及种类1热电偶的材料根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都 可以作为热电极组成热电偶.在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的 条件：(1) 温度测量范围广(-2692800D；(2) 性能稳定和复现：(3) 物理化学性能好；第二节 热电偶的材料.结构及种类2、热电偶的结构第二节 热电偶的材料.结构及种类2、热电偶的结构2）铠装热电偶的结构皑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、运用同比例压缩延伸工艺、

6、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、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。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，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。a）外於阳b>第二节 热电偶的材料、结构及种类2、热电偶的结构3）隔爆型热电偶结构特点：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，当接线盒内一旦

7、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。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 境气体爆炸）。厚壁保护管压铸的接线盒电缆线糠洛-鎳硅热电偶,分度号“K” ；镰箔-毎白铜热电偶，分度号“E” ；2）非标准型热电偶非标准型热电偶包括钳铐系、铁铐系及鹄铢系热电偶等。K热电偶分度表较岀珂电，以出电是呈也 比査的热势可看热势否线TflMxnMHft魅brnMMfir3amVrmVcVcmV-3?0oooon2?0101MO22 350 1a441to

8、0场280U M2<<a23.，% 1-2M) 404200 F290U.WMO»-«J240d MM)1 203m12.209*?0-<2624011231012624<so24 15S 1-23)-4 IM<02B2SS2013 040<024 4S0 1,K)-<03<602 4M330n60024 W 1<200-SS91TO2 SSI34013>7<6100330 |iW-s.?»SO333JCA4.SW02025.?SS 1180s.s$o903 M236014.7156302617 1

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11、护P伯住心怕 曲恪-標琏E樓馅旳汗C斛癩F tt-WW 偈如对数58接姣盒形氏2阴激式3防;*氏工作蠣形氏：G变概面1保IPT1径0： ei6u (lCrl8Ni9Ti)2： ei6u *1"貫3> 0257518质(草层丨第二节热电偶的材料、结构及种类5、热电偶冷端温度补偿由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有将冷端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的被测温度。由于很难保证冷端温度在恒定oc,故常采取一些冷端补偿措施，主要有:补偿导线法、温度修正法、冷端恒温法、补偿电等几种。第二节 热电偶的材料、结构及种类(温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法、和补偿电桥法)5、冷端补偿温

12、度修正法测量值再加上冷端温度到0 C的热电势，如今可利用计算 机进行自动计算补偿。例：用K型热电偶测温度，冷端为40 -C,测得的热电势 为29. 188(mV),求被测温度t解：已知 e(t, 40)=29. 188 (mV)査 E(40, 0)=1. 611 (mV)E(t, 0)=29. 188+1.611=30. 799 (mV)査K型分度表得：T=740 *C崩尼实质：中间温度定律:：(温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法、和补偿电桥法)5、冷端补偿补偿导线一原理导线，实 价、线径100温度 的热电偶 的热电特 属热电偶 达到冷端 减小误差。由于受到贵金属材料价格的限制不可能做很长，而

13、要使直 冷端不受测温对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采 用补偿导线可以做到这一点。TV “所谓补偿际上是一种廉较粗，在0范围内与配接有相同或相近性，作为贵金的延伸线，以温度的修正和第二节热电偶的材料、结构及种类(温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法.和补偿电桥法)1)热电偶的补偿导线只能与相应型号的热电偶配合使用,且必须同极性相连接。5.冷端补偿补偿导线一注意事项2)热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100C,否则 由于热电偶特性不同带来新的误差。3) 只有新延伸的冷端温度恒定或所配显示仪农内具有冷 端温度自动补偿时，使用补偿导线才有意义.4) 具体常用热电偶补偿导线的特性见书页表4-

14、1。5、冷端补偿吋补偿导线法根据川间温i度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温 度一致，是不会影响热电动势输岀的。下面以炉温测量为例说明补偿导线的修正作用.如采用银链-银硅(K)热电偶测炉温，热端为800P ,冷 端为50 r ,加补偿导线后冷端为20问采用补偿导线后的温度是多少.先分别査表得：E (800,0) =33. 277mV, E(50, 0)=2. 022mV、E(20, 0)=0. 798mV0 则不补偿时输入仪表的热电势为：E(800, 50)=33. 277-2. 022=31. 255mV (相当于751 *C ), 采用补偿导线后则为：E(800, 20)=33. 27

15、7-0. 798=32. 479mV (相当于781 *0 ),第二节 热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿冷端恒温法(温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法、和补偿电桥法)将热电偶的冷端置于温度为0C的恒温器内 主要用于实验室或精密的温度测量。-其他恒温器”if、热电01线 (H戍寻线、冰ut冰水混令物(0C)试诗新的冷華冰浴空按筑$理第二节热电偶的材料、结构及种类X（温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法、和补偿电桥法）偿电路产生一个补偿电动势y补偿电桥法原理线图I ek，g = E.a 辛审料为阻值附近的灵敏度，使得 的热电动势中去，达完全补偿$右图中不随温度变化的猛铜电阻， 为具有正电阻温度系

16、数 的铜电阻，由这4个电阻组 成一个不平衡电桥。5、冷端补偿电桥一注意事项第二节热电偶的材料、结构及种类（温度修正法、补偿导线法、冷端恒温法、和补偿电桥法）1）由于电桥是在劃U平衡的.采用这种方法补偿时.必 须把显示仪农的机械零点调整到20-Co2）冷端补偿只能与柑应即:的热电偶配合使, 不能配 错冷端补偿器的型号,否则会发生较吝误差% 3）不能接错冷端补偿器的极性,杏则不但起不到补伏作 用,反而引起更人误差。4）有些仪器内部已含有冷端补偿电路,不必再对此类电 路做冷端补偿。电桥补偿法是利用不平衡电桥产牛的不平衡电爪来I动补 偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，町购买与被 补偿热电偶对

17、应型号的补偿电桥。第三节 热电偶的应用及配套仪表T生产的热电偶均符介ITS 901肠温杯所观定的杯川箕二發裡罪摆好“山丿、川家乂规定9毎-种标准热电偶配卖的 蟹表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的动圈 式显示仪衣命名为XC系列。有指示型（XCZ）和指示调节型（XCT） 飞系列品种。与K型热电偶配套的励圈仪表和；为XCZ 101或XCT rtiWa 診式仪表也有指示型 血）和指示调节型（XMT）等 几种系列品种XCZ系列指针式显示仪表点列动圈式仪 衣测贰机构的核心部 件是个磁电式虽伏 ilo动圈式仪农与热 电偶配套测温时，热 电偶、连接导线（补 偿导线）、调整电阻 和显示仪表组成了

18、 个闭合回路。1热电偶2补偿导线3冷端补偿器4 一外接调整 电阻5铜导线6-动圈7张丝8磁钢（极靴）指针10-刻度面板XMZ系列智能数字显示仪表特点：K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；4、具有超量程指示、断线指示等 故障自诊断功能；SflSflWBS88 M«5、采用开关电源，电压适应范围 宽，仪表体积小、重量轻。6. 220VAC或24VDC供电电DCL I* TaXMT系列热电偶智能数字显示控制仪农的特点带冷端温度自动补偿$具有超最程指示、断线指示等故障自诊断功能; 双屏显示、副屏显示内容可设定；最多可带4路报警控制继电器输出；每个报警控制点的回差可设定；: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。sass?wasaa® I * I 它能将热电偶（或热电阻）的输入信号线性地转换成与温度成比 例的电流（电压）信号*供给显示、 控制仪炭及计算机集散系统，广泛 用于冶金、石油化工、