工程测试技术二

工程测试技术

第三章传感器原理及应用本章学习要求：了解传感器的分类；掌握常用传感器测量原理；了解测量电路；了结智能传感器的概念；了解典型传感器的应用。本章目录3.1概述（4学时）3.2电阻式传感器3.3电感式传感器（2学时）3.4电容式传感器3.5磁电式传感器3.6压电式传感器3.7热电式传感器（2学时）3.8光电式传感器（2学时）3.9其它类型的传感器3.10传感器选用原则2传感器分类工作机理分类电阻式电感式光电式压电式电容式变阻器式应变片式热敏式光敏式磁阻式气敏式自感式互感式磁电式极距变化型面积变化型介质变化型涡流式可变磁阻型热电式半导体式电阻丝式机械式33.7热电式传感器 利用热电效应制作的传感器。

热电偶是工业和试验室中温度测量应用最多的器件，它的特点是测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动态响应较好；输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。43.7.1

热电效应

1821年德国物理学家T.J.Seebeck发现将两种不同材料的导体串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应，又称塞贝克效应。 热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定。51.接触电势K-玻耳兹曼常数；e-电子电荷量；T-接触处的温度；NA，NB

-分别为导体A和B的自由电子密度。B自由电子扩散EAB接触电势的形成过程NANBNBNA62.温差电势（汤姆逊电势）

δ-汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生 的电动势值，它与材料的性质有关。73.热电偶回路的总热电势84.结论热电极A和B为同一种材料时，NA=NB，δA=δB，则有，EAB(T,T0)=0；若热电偶两端处于同一温度下，T=T0，则有，EAB(T,T0)=0。热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。当T0=0℃时，则有：9热电势势存在在必须须具备备两个个条件件：两种不不同的的金属属材料料组成成热电电偶；；它的两两端存存在温温差。。当冷端端温度度T0恒定（（如T0=0℃℃）时时，E与T之间间有唯唯一对对应的的单值值函数数关系系，因因此就就可以以用测测量到到的热热电势势E来来得到到对应应的温温度值值T。。热电偶偶热电电势的的大小小，只只与导导体A和B的材材料和和冷热热端的的温度度有关关，与与导体体的粗粗细长长短及及两导导体接接触面面积无无关。。103.7.2热热电偶偶的基基本定定律1均均质导导体定定律由一种种均质质导体体组成成的闭闭合回回路，，不论论导体体的横横截面面积、、长度度以及及温度度分布布如何何均不不产生生热电电动势势。如果热热电偶偶的热热电极极是非非匀质质导体体，在在不均均匀温温度场场中测测温时时将造造成测测量误误差。。所以以热电电偶材材料的的均匀匀性是是衡量量热电电偶质质量的的重要要技术术指标标之一一。TT0112.中中间导导体定定律在热电电偶回回路中中接入入第三三种材材料的的导体体，只只要其其两端端的温温度相相等，，该导导体的的接入入就不不会影影响热热电偶偶回路路的总总热电电动势势。TT0V为用测测量仪仪表测测量回回路的的热电电动势势提供供理论论依据据。123.中中间间温度度定律律两种均均质导导体A,B组组成热热电偶偶，当当其两两接点点处在在温度度T和和Tn时，产产生的的热电电动势势为EAB(T,Tn)而当当两接接点的的温度度处在在Tn和T0时产生生的热热电动动势为为EAB(Tn,T0)，则则此热热电偶偶处在在温度度T和和T0两接点点的热热电动动势EAB(T,T0)应为为：为在热热电偶偶分度度和工工业测测量温温度中中使用用补偿偿导线线提供供了理理论基基础。。133.7.3热热电电偶的的冷端端处理理和补补偿热电偶偶的热热电势势大小小不仅仅与热热端温温度的的有关关，而而且也也与冷冷端温温度有有关，，只有有当冷冷端温温度恒恒定，，才能能通过过测量量热电电势的的大小小得到到热端端的温温度。。热电偶偶的冷冷端处处理和和补偿偿:当热电电偶冷冷端处处在温温度波波动较较大的的地方方时，，必须须首先先使用用补偿偿导线线将冷冷端延延长到到一个个温度度稳定定的地地方，，再考考虑将将冷端端处理理为００℃。。141.补补偿导导线热电偶偶补偿偿导线线功能能：其一实实现了了冷端端迁移移；其二是是降低低了电电路成成本。组成：补偿偿导线线合金金丝、、绝缘缘层、、护套套和屏屏蔽层层。补补偿导导线又又分为为延长型型和补偿型型两种延长形形：补偿导导线合合金丝丝的名名义化化学成成分及及热电电势标标称值值与配配用的的热电电偶相相同。。补偿型：：其合金丝丝的名称称化学成成分与配配用的热热电偶不不同，但但其热电电势值在在100℃以下下时与配配用的热热电偶的的热电势势标称值值相同。。15使用补偿导线线时注意问题题：补偿导线只能能用在规定的的温度范围内内（0~100℃）；热电偶和补偿偿导线的两个个接点处要保保持温度相同同；不同型号的热热电偶配有不不同的补偿导导线；补偿导线的正正、负极需分分别与热电偶偶正、负极相相连。162.常用的的几种冷端处处理方法1).热电电偶冷端温度度恒温法适用于实验室室中的精确测测量和检定热热电偶时使用用。172).计算算修正法在实际应用中中，热电偶的的参比端往往往不是0℃℃，而是环环境温度，这这时测量出的的回路热电势势要小，因此此必须加上环环境温度与冰冰点之间温差差所产生的热热电势后才能能符合热电偶偶分度表的要要求。可用室温计测测出环境温度度T1，从分度表中中查出E(T1,0)值，，然后加上热热电偶回路热热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分分度表即可得得到准确的被被测温度值。。18计算示例用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，，热电偶参比比端温度为30℃。测得的热热电势为28mV，求热端温度度。反查K分度表表T=701.5℃计算修正曲线线193).冷端端补偿电桥法法利用直流不平平衡电桥产生生的电势来补补偿热电偶冷冷端温度变化化而引起的热热电势的变化化值。203.7.4标标准化热热电偶为了得到实用用性好，性能能优良的热电电偶，其热电电极材料需具具有以下性能：(1)优良良的热电特性性；(2)良好好的物理性能能；(3)优良良的化学性能能；(4)优良良的机械性能能；(5)足够够的机械强度度和长的使用用寿命；(6)制造造成本低，价价值比较便宜宜。211.标准化化热电偶工艺上比较成成熟，能批量量生产、性能能稳定、应用用广泛，具有有统一分度表表并已列入国国际和国家标标准文件中的的热电偶。标标准化热电偶偶可以互相交交换，精度有有一定的保证证。国际电工委员员会（IEC）共推荐了了8种标准化化热电偶，分分度号为：S,R,B,K,N,E,T和J。222.标准化化热电偶技术术数据热电偶名称分度号新热电极识别E(100,0)(mV)测温范围（℃）允许偏差极性识别长期短期使用温度允差铂铑10-铂S正亮白较硬0.6460~13001600≤600±1.5℃负亮白柔软＞600±0.25%铂铑13-铂R正较硬0.6470~13001600＜600±1.5℃负柔软＞1100±0.25%铂铑30-铂铑10B正较硬0.0330~16001800600~900±4℃负稍软＞800±0.5%镍铬-镍硅K正不亲磁4.0960~12001300±2.5℃负稍亲磁±1.5%镍铬硅-镍硅N正不亲磁2.774-200~12001300±2.5℃或±0.75%负稍亲磁镍铬-康铜E正暗绿6.319-200~760850-40~900±2.5℃或±0.75%负亮黄铜-康铜T正红色4.279-200~350400±1℃负银白色铁-康铜J正亲磁5.269-40~600750-40~750±2.5℃或±0.75%负不亲磁233.标准化化热电偶的特特性种类优点缺点B适于测量1000℃以上的高温；常温下热电动势极小，可不用补偿导线；抗氧化、耐化学腐蚀。在中低温领域热电动势小，不能用于600℃以下；灵敏度低；热电动势的线性不好。R、S精度高、稳定性好，不易劣化；抗氧化、耐化学腐蚀；可作标准。灵敏度低；不适用于还原性气氛(尤其是H2、金属蒸气)；热电动势的线性不好；价格高。K热电动势线性好；1000℃下抗氧化性能良好；在廉金属热电偶中稳定性更好。不适用于还原性气氛；同贵金属热电偶相比时效变化大；因短程有序结构变化而产生误差E灵敏度最高；同J型相比，耐热性能良好；两极非磁性。不适用于还原性气氛；热导率低具有微滞后现象。T热电势线性好；低温特性好；产品质量稳定性好；可用于还原性气氛使用温度低；铜正极易氧化；热传导误差大。243.7.5热热电偶结结构型式为保证热电偶偶的正常工作作，热电偶的的两极之间以以及与保护套套管之间都需需要良好的电电绝缘，而且且耐高温、耐耐腐蚀和冲击击的外保护套套管也是必不不可少的。1.普通型装配式式结构2.柔性安装型铠铠装结构251.普通通型装配式1-接线柱；；2-接线座座；3-绝缘缘套管；4-热电极1-测量端；；2-热电极极；3-绝缘缘套管；4-保护管；5-接线盒262.柔性性安装型铠装装结构测量端的热容容量小，响应应速度快，绕绕性好，可弯弯曲，可以安安装在狭窄或或结构复杂的的测量场合，，耐压、耐振振、耐冲击。。273.7.6热热电偶安装装注意事项1.插入入深度要求测量端应有足足够的插入深深度，应使保保护套管的测测量端超过管管道中心线5~10mm。2.注意意保温为防止传导散散热产生测温温附加误差，，保护套管露露在设备外部部的长度应尽尽量短，并加加保温层。3.防止止变形应尽量垂直安安装。在有流流速的管道中中必须倾斜安安装，若需水水平安装时，，则应有支架架支撑。289、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。13:06:2513:06:2513:0612/29/20221:06:25PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2213:06:2513:06Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。13:06:2513:06:2513:06Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2213:06:2513:06:25December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。29十二二月20221:06:25下下午13:06:2512月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月221:06下午午12月-2213:06December29,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/2913:06:2513:06:2529December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。1:06:25下午1:06下下午13:06:2512月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。13:06:2513:06:2513:0612/29/20221:06:25PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2213:06:2513:06Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。13:06:2513:06:2513:06Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2213:06:2513:06:25December29,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。29十十二月20221:06:25下午午13:06:2512月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月221:06下下午午12月月-2213:06December29,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/2913:06:2513:06:2529December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。1:06:25下下午1:06下下午午13:06:2612月月-229、杨柳散散和风，，青山澹澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读一切好好书如同和过过去最杰出的的人谈话。13:06:2613:06:2613:0612/29/202