第四章-电量的测量

第四章电量检测装置4.1热电偶传感器优点：结构简单，动态性能好，测温范围广（-180℃~2800℃），输出信号便于传输和处理。4.1.1热电偶测温原理热电效应：将两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个将点温度不同时（T>T0），回路中会产生热电势ＥＡＢ（Ｔ，Ｔ０），这种现象称为热电效应。ＥＡＢ（Ｔ，Ｔ０）大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定。第1页，共15页。１.接触电势（帕尔帖电势）

当两种不同的导体紧密接触的时候，由于其内部的自由电子密度不同，设NA>NB，这样在单位时间内由导体A扩散到导体B的自由电子的数目就要比由导体B扩散到A的电子数多。导体A因失去电子带有正电，导体Ｂ因得到电子带有负电，这样Ａ、B接触处形成一定的电位差，称为接触电势（帕尔帖电势）。2.温差电势（汤姆逊电势）是由同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。设均质导体A，T>T0，两端的温度不同，电子能量就不同。高温端的电子能量大，电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到平衡。在导体A两端产生一定的电位差，及温差电势（汤姆逊电势）。第2页，共15页。★A、B两个电极材料相同，回路热电势为零；热电偶的两个接点的温度相同，回路的热电势为零。EAB（T，T0）=f(T)-f(T0)第3页，共15页。4.1.2热电偶的基本定律热电偶的热电势仅取决于热电偶的材料和两个接点的温度，与温度沿热电极的分步及热电极的形状无关。在热电偶回路中，只要接入的第三导体两端温度相同，对回路总的热电势没有影响。当温度为（T，T0）时，用导体A、B组成的热电偶的热电势等于用A、C组成热电偶和用C、B组成的热电偶的热电势代数和。第4页，共15页。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。当两种不同的导体紧密接触的时候，由于其内部的自由电子密度不同，设NA>NB，这样在单位时间内由导体A扩散到导体B的自由电子的数目就要比由导体B扩散到A的电子数多。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。采用与热电偶热电相同或相近的补偿导线，将热电偶的原冷端引至温度恒定的新冷端，此方法为补偿导线法。输出电压大，电容、时间常数小，适合以电压为输出，高输入阻抗的场合。串联方式：C‘=C/nU‘=nUq‘=q★选用较大的m和d来提高灵敏度。设均质导体A，T>T0，两端的温度不同，电子能量就不同。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。1压电式传感器的工作原理从原理上讲压电传感器不宜测量静态物理量，其高频响应好。当两种不同的导体紧密接触的时候，由于其内部的自由电子密度不同，设NA>NB，这样在单位时间内由导体A扩散到导体B的自由电子的数目就要比由导体B扩散到A的电子数多。测量时需把压电传感器用电缆接于高阻抗的前置放大器，作用（1）把它的高输出阻抗变成低输出阻抗；4.1.3热电偶的冷端处理和补偿采用与热电偶热电相同或相近的补偿导线，将热电偶的原冷端引至温度恒定的新冷端，此方法为补偿导线法。★热电特性相同是指在100℃以下温度范围内，补偿导线产生的热电势等于工作热电偶在此温度范围内产生的热电势，即：第5页，共15页。补偿方法：（1）延长型。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。（2）采用补偿型，即采用与热电偶热电特性相同或相近的其它材料做补偿导线。

第6页，共15页。2.0℃恒温法（冰浴法）第7页，共15页。EAB(T,0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)4.冷端温度自动补偿法（补偿电桥法）第8页，共15页。4.2压电式传感器优点及应用:体积小、重量轻、结构简单、动态性能好；可测量与力相关的物理量，如各种动态力、机械冲击与振动，应用于声学、医学、力学、宇航等方面。4.2.1压电式传感器的工作原理★压电效应：当某些电介质在受到一定方向的压力或拉力而产生变形时，其内部将产生极化现象，在其表面产生电荷，若外力去掉时，它们又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成电能的现象称为正压电效应。第9页，共15页。反过来，在电介质两个电极面上，加以交流电压，那么压电元件会产生机械振动，当去掉交流电压，振动消失，这种将电能转换成机械能的现象称为逆压电效应。正压电效应：引爆器；防爆装置；声控装置；超声波接收器逆压电效应：晶体振荡器、超声波发送器。第10页，共15页。4.2.2压电元件的等效电路及连接方式★测量变化频率较低参数时，必须保证负载RL具有很大的数值，保证有很大的时间常数RLCa,不至于造成较大误差，RL达到百兆以上，一般其后接前置放大器。2.连接方式：并联：C‘=nCU‘=Uq‘=nq输出电荷大，时间常数大，适合测慢变信号，以电荷为输出的场合。串联方式：C‘=C/nU‘=nUq‘=q输出电压大，电容、时间常数小，适合以电压为输出，高输入阻抗的场合。第11页，共15页。4.2.3压电式传感器的测量电路测量时需把压电传感器用电缆接于高阻抗的前置放大器，作用（1）把它的高输出阻抗变成低输出阻抗；二是放大传感器输出的信号。★当作用在压电元件上的力为静态力时，前置放大器输出电压为零。原因是电荷会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄露电阻漏掉。从原理上讲压电传感器不宜测量静态物理量，其高频响应好。第12页，共15页。当两种不同的导体紧密接触的时候，由于其内部的自由电子密度不同，设NA>NB，这样在单位时间内由导体A扩散到导体B的自由电子的数目就要比由导体B扩散到A的电子数多。设均质导体A，T>T0，两端的温度不同，电子能量就不同。★选用较大的m和d来提高灵敏度。当两种不同的导体紧密接触的时候，由于其内部的自由电子密度不同，设NA>NB，这样在单位时间内由导体A扩散到导体B的自由电子的数目就要比由导体B扩散到A的电子数多。1压电式传感器的工作原理优点及应用:体积小、重量轻、结构简单、动态性能好；★测量变化频率较低参数时，必须保证负载RL具有很大的数值，保证有很大的时间常数RLCa,不至于造成较大误差，RL达到百兆以上，一般其后接前置放大器。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。采用与热电偶热电极相同的材料做补偿导线，直接将热电偶的热电极延长至温度恒定的新冷端，用字母“X”附在热电偶分度表后表示延长型补偿。★压电传感器与电压放大器配合使用时，第一，电缆不宜过长，否则，Cc加大，灵敏度下降；（2）采用补偿型，即采用与热电偶热电特性相同或相近的其它材料做补偿导线。采用与热电偶热电相同或相近的补偿导线，将热电偶的原冷端引至温度恒定的新冷端，此方法为补偿导线法。EAB(T,0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)导体A因失去电子带有正电，导体Ｂ因得到电子带有负电，这样Ａ、B接触处形成一定的电位差，称为接触电势（帕尔帖电势）。采用与热电偶热电相同或相近的补偿导线，将热电偶的原冷端引至温度恒定的新冷端，此方法为补偿导线法。★压电传感器与电压放大器配合使用时，第一，电缆不宜过长，否则，Cc加大，灵敏度下降；第二，要使电压灵敏度为常数，应使压电片与前置放大器的连接导线为定长，以保证Cc不变。第13页，共15页。