六 热电偶传感器.ppt

1、2020/9/3,1,六 热电偶传感器,学习内容: 1、热电偶的工作原理； 2、理解中间计算修正定律，掌握冷端补偿方法。,2020/9/3,2,第一节 热电偶的工作原理,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、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需要选择。 3、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达 1800C以上； 4、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员 会的标准。,2020/9/3,3,一、热电效应：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,

2、一端称为：自由端、参考端、冷端,一端称为：测量端、工作端、热端,热电极B,热电势,A,B,2020/9/3,4,结论,热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势 与冷端热电势之差，是两个结点的温差t 的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T ）- eAB （ T0 ）,热电势大致与两个结点的温差t 成正比,A(nAnB),B,T0,T,eAB(T0),eAB(T),eAB(T),EAB（T，T0）(T T0),2020/9/3,5,第二节 热电偶的种类及结构,一、热电偶的种类 1、八种国际通用热电偶： B:铂铑30铂铑6 S:铂铑10铂 R:铂铑13铂 K:镍铬镍硅 N:镍铬硅镍硅 T:

3、铜铜镍 E:镍铬铜镍 J:铁铜镍,2、几种常用热电偶的测温范围及热电势,2020/9/3,8,设冷端为0C，根据以下电路中的毫伏表的示值及K热电偶的分度表，查出热端的温度tx为7300C 。,t1,A,B,00C,接线盒1,t2,t3,Cu,Cu,Cu,Cu,tx,ux,+,+,-,-,30,mV,2020/9/3,9,二、结构形式1、普通装配型热电偶的外形,2020/9/3,10,2、铠装型热电偶外形,法兰,薄壁金属 保护套管（铠体）,铠装型热电偶横截面,绝缘 材料,A、B为两电极,2020/9/3,11,3、薄膜型热电偶结构与外形,薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.010.1m）,

4、具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。,2020/9/3,12,4、隔爆型热电偶外形,厚壁保护管,压铸的接线盒,2020/9/3,13,第三节 热电偶的冷端温度补偿,用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定， 因此将产生误差。一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。,冷端温度补偿的方法 一、冷端恒温法： 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0C不变。此法也

5、称冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。,2020/9/3,14,1、冰浴法,在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在0C不变。,2020/9/3,15,2、恒温器法： 将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40）。3、空调法： 将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。应该指出的是： 除了冰浴法是使冷端温度保持0外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。,2020/9/3,16,二、计算修正法,当热电偶的冷端温度t0 0C时，由于热端与

6、冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势EAB（t，t0）与冷端为0C时所测得的热电势EAB（t，0C）不等。若冷端温度高于0C，则EAB（t，t0）EAB（t，0C）。可以利用下式计算并修正测量误差： EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）,2020/9/3,17,举例,例：用镍铬-镍硅（K型）热电偶测炉温时，冷端温度t0=30，在直流毫伏表上测得的热电势EAB（t，30）=38.505mV，试求炉温为多少？ 解：查镍铬-镍硅热电偶分度表，得到 EAB（30，0）=1.203mV。 EAB（t，0）=EAB（t，30）+EAB（30，0） =（38.505+1.2

7、03）mV=39.708mV 反查K型热电的偶分度表，得到t=960。,2020/9/3,18,三、仪表机械零点调整法,用螺丝刀调节仪表面板上的“机械零点”，使指针指到气温t0（图中为40 C）的刻度上，进行冷端补偿，此法有一定误差，简单，工业中经常用。,机械零点,2020/9/3,19,四、电桥补偿法,Rl, R2, R3一般由电阻 温度系数很小的锰铜扮绕制， 阻值一般不随温度变化，Rt 由温度系数较大的铜线绕制， 由稳压电源提供电桥电源。 0时电桥平衡，R1=R2= R3=Rt, Uab=0，对测量无影响。 当环境温度变化时，Rt阻值随即变化，桥路失去 平衡，此时Uab与热电偶的热电动势E叠加，最后输出, 适当选择桥路电阻，使Uab正好补偿由于冷端温度变 化引起的热电动势变化值