热电偶应用教材课件

1、2022/10/71热电偶传感器 2022/10/31热电偶传感器 2022/10/72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电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达1800C以上； 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。2022/10/32热电偶测温的主要优点 2022/10/73先看一个实验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。 热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端） 第1节 热电偶的工作原理 左端称为：测量端（工作端、热端） 热电极B热电势AB2022/10/33先看一个实验热电偶

2、工作原理演示 结论2022/10/74热电偶中总的热电势为 在总热电势中，温差电势跟接触电势相比小得多，故可忽略不计，从而热电势可表示为2022/10/34热电偶中总的热电势为 在总2022/10/75 下页上页返回T0一定时，结论：1.两电极材料相同，输出电势为0；2.热电偶两结点温度相同，电动势为0；温差越大，电势越大。3.电动势大小与热电偶尺寸无关2022/10/35 下页上页返回T0一定时，2022/10/76一般是用实验方法来求取这个函数关系，通常是令T0=0C，然后在不同的测量端温度下精确地测出回路中总热电势，并将所测得的结果绘成曲线，或列成表格（常常称为热电偶分度表），以供在使用

3、的时候查阅。 下页上页返回2022/10/36一般是用实验方法来求取这个函数关系，通常2022/10/772022/10/372022/10/78 3）中间温度定律 热电偶AB在接点温度为T，Tm时的热电势等于该热电偶在接点温度为Tm ，T0和 T，Tm 时相应的热电势的代数和，即 若T0=0 ，则有 下页上页返回该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。实际中利用热电偶测温时，参考端温度常常不为0C，可以利用热电偶的此定律进行热电势修正。2022/10/38 3）中间温度定律下页上页返2022/10/79第2节 热电偶的种类及结构 八种国际通用热电偶： B:铂铑30铂铑6 、R:铂铑13铂 、

4、S:铂铑10铂 、 K:镍铬镍硅 、N:镍铬硅镍硅 、 E:镍铬铜镍、 J:铁铜镍 、 T:铜铜镍 用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝2022/10/39第2节 热电偶的种类及结构 八种2022/10/710热电偶名称 分度号 适用温度（oC） 特 点 镍铬铜镍 E-40800 优点：适用于还原气氛中，灵敏度 高，价格低缺点：使用温度区窄，易氧化，高 温具有滞后现象 镍铬镍硅 K-401000 优点：线性度好，适用于氧化性气 体，耐金属蒸汽，价格便宜缺点：略有滞后现象，高温还原气 氛中易腐蚀 铂铑10铂 S0+1400 优点：稳定性好，可作标准热电偶，可 在氧化性和中性介质中使用缺点：铂分子易挥

5、发而变质，热电势 小，成本高 铂铑30铂铑6 B+300+1700 优点：可长期应用于1600 oC高温，适 合于氧化及中性介质中使用缺点：常温时热电势小，价格高 下页上页返回2022/10/310热电偶名称 分度号 适用温度（oC） 热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此标准，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。 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）温度必须为0C。 本教材p345的附录E列出了工业中常用的镍铬-镍硅（K）

6、热电偶的分度表。热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用如何利用热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度为0C，请根据本教材附录E工业中常用的镍铬-镍硅（K）热电偶的分度表，查出100C 、0C、 100C 时的热电势。如何利用热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度为0CK热电偶的分度表 比较查出的3个热电势，可以看出热电势是否线性？K热电偶的分度表 比较查出的3个热电势，可以看出热电2022/10/714普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰2022/10/314普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰2022/10/715普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒引出线套管 固定螺纹 （出厂时用

7、塑料包裹）热电偶工作端（热端） 不锈钢保护管 2022/10/315普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒2022/10/716隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒电缆线2022/10/316隔爆型热电偶外形厚壁保护管压铸的接线盒2022/10/717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

8、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）。2022/10/317隔爆型热电偶 结构特点：隔爆2022/10/718其他热电偶外形小形K型热电偶2022/10/318其他热电偶外形小形K型热电偶2022/10/719功能要求： 1)设定温度显示、实时温度显示；2)目标温度值设定；3)手动加热设定值；4)手动/自动设定；热电偶应用设计一个加热炉温度控制系统，技术指标：测温范围：0-1000C分辨率：1 C测量误差：1 C2022/10/319功能要求： 1)设定温度显示、实时温度2022/10/720任务要求：1.总体方案确定2.选择温度传感器3

9、.设计传感器信号处理电路2022/10/320任务要求：2022/10/7211. 总体设计思路2022/10/3211. 总体设计思路2022/10/7223. 操作模式 本系统可用3个按键实现模式切换和参数修改操作，所以这3个键分别定义为模式键，数值增加键和数值减少键； 用8个数码管显示模式和对应的参数，左边4个数码管显示模式值，右边4个数码管显示相应模式对应的参数值。根据系统的功能需求，应该设计4种模式，各模式的定义如下：2022/10/3223. 操作模式 本系统可用3个按键2022/10/723 模式0：温度设定值和温度实时值显示（前4位数码管显示温 度设定值，后4位显示实时温度值）

10、；模式1：设置和显示温度设定值（01200）；模式2：设置和显示手动输出值（0100）模式3：手动/自动切换（1：手动；0：自动） 2022/10/323 模式0：温度设定值和温度实时值2022/10/724二、温度测控电路设计1. 温度检测电路 2022/10/324二、温度测控电路设计1. 温度检测电路2022/10/725 本系统采用镍铬-镍硅（K分度）热电偶作为温度传感器。冷端处于室温，热端为加热炉温度，单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经冷端温度补偿后，再查表K分度则可以得到热端温度值。 室温的测量可以通过AD590将室温变化为电压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道，单

11、片机程序自动完成热电偶信号的采集和冷端信号的采集，计算出实际的温度测量值。 2022/10/325 本系统采用镍铬-镍硅（K分度）2022/10/7262.温度控制电路 周波控制方式实际上是通过调节一定时间周期内的供电时间比例（即交流周波数）来控制加热对象在本周期内获得的电能，从而控制其温度。由于控制加温的时间比例实现起来相对简单，因此周波控制方式在温度控制系统获得了比较广泛的应用，本系统确定采用周波控制方式。 2022/10/3262.温度控制电路 2022/10/727 单片机的I/0脚输出低电平时，控制SSR使加热元件接通220V交流电源，加热元件获得电能，温度升高；I/0脚输出高电平时

12、，SSR开路，加热元件两端无电压，停止加热，对象的温度开始下降。2022/10/327 单片机的I/0脚输出低电平时，控2022/10/728 采用控制时间比例控制的具体方法：设定一个标准的加温周期T，以T为周期对温度进行采样，获得温度测量值；根据设定值和测量值的偏差，进行PID运算； 将PID的输出转换为SSR的通断时间百分数。PID的输出为0，则SSR接通时间为0，即本周期无输出；如果PID输出为100，则SSR接通时间为T，即本周期为全输出；如果PID的输出为MV，则SSR的接通时间为TMV，断开时间为TTMV。例如：T=120秒，PID计算结果为75%，则本次2分钟内就应加温90秒，停30秒。 2022/10/328 采用控制时间比例控制的具体方法2022/10/729三、 PID控制算法的实现位置式PID算法计算公式如下：Pout(t)=Kp*e(t)+KiSum_e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1);其中，e(t)为基本偏差，表示当前测量值与设定目标值之间的差值，结果可以是正或负，设定目标作为