第8g章 热电式传感器 58页.ppt

1、第1、8章热电传感器、8.1热电偶传感器8.2热电阻传感器8.3热敏电阻传感器、2、教育基本要求和焦点、热电偶、热电阻和热敏电阻基本概念确定热电偶基本规律、基本类型、温度补偿方法、使用热电偶测量温度的方法确定热电阻的内部引出方法，以及确定热敏电阻的电阻温度特性索引表、3热电偶测温原理热电效应：如果两个不同材料的导体(或半导体)形成一个闭环，并且两个触点温度t和T0不同，则该电路中发生emf现象。热电偶、热电极热端(测量端或工作端)、冷却端(参考端或自由端)、4、热电偶电路、热电偶温度测量系统示意图、5、接触电动势、接触电动势的值取决于两个不同导体的材料特性和接触点的温度。两个触点的接触电动势e

2、AB(T)和eAB(T0)可能表示由于徐璐其他两个导体的自由电子密度不同而在接触中形成的电动势。6，同一导体两端不同温度引起的电动势。大小表示：温差电动势，机理：高温终端的电子能量大于低温终端，高温终端运行到低温终端的电子多于低温终端，结果，高温终端失去电子，产生正电，在低温终端获得额外的电子，产生负电，导体两端形成温差电动势。7，热电偶回路中发生的总热电势，eab (t，t0)=eab (t) EB (t，t0) eab (t0) ea (t，t0)，忽略温差电动势也就是说，如果仅测量eAB(T，T0)的大小，则可以获得测量的温度T。这是热电偶测温的原理。讨论，9，热电偶分度表，由其他金属组

3、成的热电偶，温度和热电动势之间的其他函数关系一般通过实验方法确定，并以表的形式列出在不同温度下测量的结果，填写热电势和温度的比较表，即分度表。每10分钟检查一次。中间值通过插值计算。10，S型(铂铑10-铂)热电偶分度表，11，在热电偶温度测量电路内访问第三导体时，不影响第三导体两端温度相同的一个电路的总热电电势。中间导体的定律，应用：使用热电偶的温度测量必须引入电路的连接导线和仪表，访问导线和仪表不会影响电路的热电势。2 .热电偶基本定律，12，测量仪器和引线为第三导体的热电偶回路，13，中间温度定律，eAB(t，t0)=eAB(t，tc) eAB(tc，t0)，对于热电偶温度回路与中间温度

4、定律的应用相同，根据该定律，连接与热电偶热电偶特性相似的导体a和b，热电偶冷却端可以延伸到温度恒定的地方，从而为热电偶电路应用补偿导线提供了理论依据。 该定律是基准温度计算和修正方法的理论基础。在实际热电偶测温电路中，可以使用热电偶这一特性修改基准端温度非零的热电势。16，标准导体(电极)定律，17，标准导体定律的意义，一般用作标准电极的高纯铂丝，测量由各种金属构成的热电偶的热电动势，可以根据标准电极定律计算各种金属形成徐璐热电偶的热电动势。，18，均匀导体定律是由两个均匀导体组成的热电偶，热电动势的大小仅与两种材料和两个触点温度相关，与热电偶的大小、形状和整个电极上的温度分布无关。也就是说，

5、热电偶必须由两种不同特性的同质材料组成。意义：两个热电极材料成分相同，有助于确认材料的均匀性。19，为了适应徐璐不同生产对象的温度测量要求和条件，热电偶结构：普通热电偶手套热电偶薄膜热电偶等。3 .热电偶结构形式，20，普通热电偶结构，21，优点：温度测量绝热容量小，快速动态响应；机械强度高，灵活，可安装在结构复杂的设备上。手套热电偶，22，薄膜热电偶，特点：热触点可以小热容(m)，小热容，快速响应速度(s)等特点，适用于小面积表面温度和快速变化的动态温度测量。23，工程热电偶材料必须满足条件：热电势和温度关系尽可能接近线性关系，理化性能稳定，易于加工，重现性好，便于批量生产，交换性好。4 .

6、热电偶类型，国际电子委员会(IEC)建议世界上所有国家/地区使用7个标准化热电偶(包括在行业标准化文档中，并且具有统一索引表)。我国按IEC标准生产了热电偶，按标准索引表制作了相应的显示仪表。24，标准化热电偶的主要性能和特性，25，标准化热电偶的主要性能和特性，26，5。热电偶的补偿导线和冷触点温度的补偿方法如果列端温度为t，则索引表中对应的热电潜在eAB(t，0)和热电偶实际生成的热电潜在eAB(t，t0)之间的关系可以根据中间温度定律得出：eAB(t，0)=eAB(t，0)，27，热电偶一般较短，一般为3502000毫米。在实际温度测量中，将热电偶输出的电位信号传输到离现场数十米的控制室

7、的显示设备或控制仪表上，冷却端温度t0才能更稳定。(1)热电偶补偿导线，解决方法：工程中使用一种补偿导线。在0100温度范围内，补偿线和指定热电偶需要相同的热电特性。28，一般补偿导线，29，实验室和精密测量，一般将冷端温度放在充满0温度调节器或冷水混合物的容器中，使冷端温度保持在0。这是理想的补偿方法，但在业界使用很不方便。(2)当冷端0恒温方法，30，冷端温度t0不等于0时，必须校准热电偶电路的测量电位值eAB(t，t0)。百分度表格检查作业结束温度为t时的eAB(t，0)和eAB(t0，0)。根据中间温度定律：eAB(t，0)=eAB(t，t0) eAB(t0，0)，(3)冷端温度修正方

8、法，31，范例使用镍铬镍硅热电偶已知冷却端温度t0=30，获得加热炉温度的热电势eAB(t，t0)为33.29mV。解决方案：检查镍铬镍硅热电偶分度表eAB(30，0)1.203 mV。例如，eAB(t，0)=eab (t，t0) eab (t0，0)=33.29 1.203=34.493 mv，镍铬镍硅热电偶分度表中的t，32，(4)冷端温度自动修正方法(桥式修正方法)，33，热电偶一般温度测量线一般温度测量线；(b)带补偿器的温度测量线；(c)具有温度变送器的温度测量线；(d)带集成温度变送器的温度测量线，6 .热电偶测温线，特定点的温度测量，34，在特殊情况下，热电偶可以串行或并行使用，

9、但只是相同分度号的热电偶，冷却端必须在相同的温度下。可以获得热电势的大输出，例如热电偶正向串扰，并提高灵敏度。测量两点温差时，可以使用热电偶反转。可以使用热电偶来并行测量平均温度。35，两点之间的温差测量(反向串行)，36，平均温度测量(并行或非反转串行)，特征：热电偶发生故障时难以检测。当然，整体温度测量系统的运行也不会中断。优点：热功率大，仪表的灵敏度大幅度提高，防止热电偶并联线路的缺点，表明立即有开路。缺点：只要有热电偶断路，整个温度测量系统就会停止工作。37，8.2热阻传感器热阻传感器利用导体或半导体的电阻值随温度变化的原理进行温度测量。热阻，热敏电阻。热电阻广泛用于测量200850范

10、围内的温度，在某些情况下，低温可以测量到1K，高温可以测量到1000。标准铂电阻温度计是准确度高，再现国际温度计的标准仪器。38，热阻结构，电阻线起到一定形状云母、石英或陶瓷塑料支架的双线和绕组、支撑支撑和绝缘作用。热阻传感器、热阻传感器、热阻传感器由热阻、连接导线和显示设备组成，40，1。常用热阻的要求：尽可能大、稳定的电阻温度系数和电阻R-t关系优选线性理化性能稳定性再现。目前最常用的热电阻是铂热电阻和铜热电阻。41，(1)铂热阻铂热阻，其特点是高精度、良好的稳定性、可靠的性能，广泛应用于温度传感器。IEC标准规定，铂电阻的温度范围为-200850。铂电阻的特性方程式为-2000的温度范围

11、内Rt=R01 At Bt2 Ct3(t-100)，42，0850的温度范围内Rt=R0(1 At Bt2)，在ITS90中，这些常数为a=3.908310目前我国规定工业用铂热电阻为R0=10和R0=100，他们的分度号分别为Pt10和Pt100，其中Pt100是商用的。铂电阻的其他百分度号也具有相应的百分度表，即Rt-t的关系表，因此，如果在实际测量中测量热电阻的值Rt，则可以在百分度表中找到相应的温度值。44，铂电阻分度表，45，(2)铜热电阻可在测量精度不高、温度低的情况下使用铜热电阻进行温度测量，测量范围为-5050。铜热阻在测量范围内，电阻值和温度的关系几乎是线性的，可以近似为Rt

12、=R0(1 t)=4.2810-3/2百分度号Cu50(R0=50)和Cu100(R0=100)。46，铜热阻分度表索引号：cu50，47，铜热阻特性，铜热阻温度系数大，线性度好，价格便宜。缺点：电阻率低，电阻体体积大，热惯性好，稳定性差，超过100，氧化容易，应只用于低温和无侵袭性的介质。48、用热电阻传感器测量温度时，测量电路经常使用桥式电路。热阻与传感系统相距一定距离，因此热阻的引出对测量结果有很大影响。热阻内部引线方式有2种，3种，4种。2 .热阻测量电路，49，内部引线，50，2线头，该引线简单，成本低，但由于引线电阻和引线电阻的变化，产生了额外的误差。二线制适用于铅不长，温度测量精度低的情况。工业测量，一般精度，52，4线制，实验室，高精度测量，53，8.3热敏电阻，热敏电阻是使用随温度变化而变化很大的半导体电阻值制作的热敏电阻，其特点是电阻率随温度变化很大。54，8.3.1热敏电阻的电阻温度特性，大部分：负温度系数。不同值下的热敏电阻温度特性，温度越高，电阻越小，具有明显的非线性。NTC热敏电阻具有较高的负电阻温度系数，特别适用于100300之间的温度测量。PTC