第八讲热敏传感器1.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六节 热敏传感器,热电偶传感器,热电阻传感器,热电偶传感器,热电偶的特点,热电偶工作原理,热电偶的基本定律,热电偶材料,热电偶结构,热电偶种类,热电偶的特点,结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出 信号便于远传等许多优点。,是一种有源传感器，测量时不需要外加电源，使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。,热电偶工作原理,热电效应：将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中，回路中产生一个方向于大小与导体的材料及两接点的温度有关的电动势，这种效应称为“热电效应”。,接触电动势,温差电动势,接触电动势,接触电动势是两种不同材料的导体接触时，由于导体的自由电子密度不同，电子在两个方向上扩散的速率不一样所造成的电压差。,温差电动势,温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。,在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分，可以不予考虑。,热点偶回路中的总的热电动势：,设,TT,0,式中，,为热电偶的热电动势；,是温度为,t,时工作端,T,的热电势；,是温度为,t,0,时自由端,T,0,的热电势。,热电偶的基本定律,均质导体定律,中间导体定律,标准电极定律,中间温度定律,均质导体定律,如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电偶回路内的总热电动势均为零。,中间导体定律,在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的电动势不变。,标准电极定律,当接点温度为,T,T,0,时，如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成 的热电偶，所产生的热电动势也就已知,。,通常选用高纯铂作为标准电极。当各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势已知，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势就可计算出来。,中间温度定律,热电偶在两接点温度,t,、t,0,时的热电动势等于该热电偶在接点温度为,t,、t,n,和,t,n、,t,0,时的相应电动势的代数和。,中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论基础。,当冷端温度不为,0,，可通过上式及分度表求得工作温度。,例,：,用镍铑-镍硅热电偶测炉温，当冷端温度为30时，测得热电势为39.17,mV，,实际温度是多少？,解：,由 =30，查分度表得,则：,再用40.37,mV,反查分度表可得977，即为实际炉温。,热电偶材料,温度测量范围广,性能稳定,物理化学性能好,作为热电极的材料，应满足地一般要求：,在同样的温差下，配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势与温度尽可能有良好的线性关系。,要求能在较宽的温度范围内应用时，其化学及物理性能保持稳定。,导体材料的 电阻温度系数和比热小，电导率高。,易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。,标准型热电偶,标准型热电偶。同一型号的标准型热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，故同一型号的标准热电偶互换性好，具有统一的分度表，有标准的显示仪器。,热电偶结构,普通工业热电偶的结构,铠装热电偶（又称缆式热电偶）,由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者经拉伸结合而成的。,测量端,薄膜热电偶,热电偶冷端的温度补偿,为什么要对热电偶进行温度补偿？,由于热电偶输出的电动势是两个结点温度差的函数。,为使热电动势与被测温度间呈单值函数关系，一般将,T,作为被测温度端，,T,0,作为参比温度端（冷端）。,通常使冷端,T,0,保持在0,c,，,但在实际中，热电偶的冷端受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。为此必须采用一些措施进行补偿或者修正，常用的方法有以下几种。,温度补偿措施,（,1,）,0,恒温法。,（,2,）冷端温度修正法。,修正公式为：,（,3,）补偿导线法。,常用补偿导线,补偿导线型号,配用热电偶分度号,补偿导线材料,绝缘层颜色,正极,负极,正极,负极,SC,S（,铂铑,10,-铂）,铜,镍铜,红,绿,KC,K（,镍铬-镍硅）,铜,康铜,红,（黄）,KX,K（,镍铬-镍硅）,镍铬,镍硅,红,黑,EX,E（,镍铬-康铜）,镍铬,康铜,红,蓝,JX,J（,铁-康铜）,铁,康铜,红,紫,TX,T（,铜-康铜）,铜,康铜,红,白,（,4,）仪表机械零点调整法。,（5,）补偿电桥法。,采用补偿电桥法必须注意下列几点：,补偿器接入测量系统时正负极性不可接反。,显示仪表的机械零位应调整到冷端温度补偿器设计时的平衡温度，如补偿器是按,t,0,=20,时电桥平衡设计的，则仪表机械零位应调整到20处。,因热电偶的热电势和补偿电桥输出电压两者随温度变化的特性不完全一致，故冷端补偿器在补偿温度范围内得不到完全补偿，但误差很小，能满足工业生产的需要。,热电偶测温电路,1、测量单点温度的基本测温电路,2、测量两点间温差,利用并联热电偶测量多点的平均温度：,e,并,=,利用串联热电偶测量多点的平均温度：,e,串,=,串联线路的主要优点是热电动势大，仪表的灵敏度大为增加，缺点是只要有一支热电偶断路，整个测量系统将无法正常工作。,若干支 热电偶共用一台仪表测量多点温度,