第6章 热电偶传感2.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,*,例题,：用镍铬镍硅热电偶测某一水池内水的温,度，测出的热电动势为,2.436mV,，再用,温度计测出环境温度为,30,0,C,（且恒定），,求池水的真实温度。,解：由镍铬,-,镍硅热电偶分度表查出,E,(30,，,0)=1.203mV,E,(,T,，,0)=,E,(,T,，,30),+E,(30,，,0),=2.436mV+1.203mV,=3.639mV,所以：,查分度表知其对应的实际温度为,T,=89,。即池水的真实温度是,89,。,例题：,K,型热电偶在工作时冷端温度为,T,0,=30C,，,测得热电势,E(T,，,T,0,)=39.17mV,，求被测介质的实际温度。,解：由分度表查出,E(30,0)=1.20mV,故,E(T,，,0)=E(T,，,30)+E(30,，,0),=39.17+1.20,=40.37mV,再查分度表得出其真实温度为：,T=977C,6.1.3,热电偶的补偿导线及参考端温度补偿方法,从热电偶测温基本公式可以看到,对某一种热电偶来说热电偶产生的热电势只与工作端温度,T,和自由端温度,T,0,有关,即,:,E,AB,(T,T,0,)=e,AB,(T)-e,AB,(T,0,),热电偶的分度表及根据分度表刻制的直读式仪表，都是以冷端温度,T,0,=0,作为基准进行分度的而在实际使用过程中,冷端温度往往不为,0,，并且一般工程测量中参考端处于波动的温区，此时，要测得真实温度必须进行修正或采取补偿等措施,(1),热电偶补偿导线,工业应用时，被测点与指示仪表之间往往有很长的距离，这就要求热电偶有较长的尺寸。但由于热电偶材料较贵，热电偶的长度有限，冷端温度将直接受到被测介质和周围环境的影响，不仅很难保持在,0,，而且经常是波动的，为了解决这一问题，采用冷端补偿导线，所谓补偿导线就是把一定温度范围内（一般为,0,100,）与热电偶具有相同热电特性的两种较长的金属线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地点，从而消除冷端温度变化带来的影响。,热电偶补偿导线接线图,A,B,T,T,n,T,n,C,D,T,0,T,0,M,由于,A,与,C,、,B,与,D,的热电特性相同，由热电偶的基本性质可知：,e,AC,（,T,n,）,=,e,BD,（,T,n,）,=0,，则回路总电动势为,:,(2),参考端温度修正法,采用补偿导线可使热电偶的参考端延伸到温度比较稳定的地方,但只要参考端温度不等于,0,需要对热电偶回路的电势值加以修正,修正值为,E,AB,(T,n,0),。,经修正后的实际热电势,可由分度表中查出被测实际温度值。,E,AB,(T,0)=E,AB,(T,T,n,)+E,AB,(T,n,0),(4),参考端温度自动补偿法（补偿电桥法）,补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程中因参考端温度变化而引起热电势的变化值。,(3),参考端,0,恒温法,在实验室及精密测量中,通常把参考端放入装满冰水混合物的容器中,以便参考端温度保持,0,这种方法又称冰浴法。,如图所示,桥臂电阻,R,1,、,R,2,、,R,3,和限流电阻,R,s,的电阻值几乎不随温度变化。,R,Cu,为铜电阻，其电阻值随温度升高而增大，电桥由直流稳压电源供电。补偿电桥与热电偶参考端处在同一环境温度中。,假设冷端温度需要维持在,T,，在此温度下，调节电桥使之平衡，输出为,0,，此时电桥对热电偶回路的热电势没有影响。当环境温度变化时，冷端温度随之变化，热电偶回路的总电势也随之变化，,R,Cu,的阻值随环境温度变化也变化，就可以使电桥产生不平衡电压,U,ab,。如果设计的热电势的变化和电桥的电压变化数值相等而极性相反，则叠加后相互抵消从而达到自动补偿的目的。,6.1.4,热电偶材料和种类,根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但在实际应用中，为了准确可靠地测量温度，用作热电极的材料应具备下面的条件：,（,1,）,热电势变化尽量大,测温范围宽，热电势与温度关系尽量接近线性关系,（,2,）,物理、化学性能稳定,不易氧化、变形及腐蚀。,（,4,）电阻温度系数小，电阻率小,（,5,）价格低廉,实际上没有一种材料能满足上述所有的要求，所以根据不同测量温度范围，不同精度要求，选用不同材料，做成各类热电偶,（,3,）易加工,易复制,便于成批生产,有良好的互换性。,常用热电偶分为：,：是指国家规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表，有与其配套的显示仪表。,：主要用于某些特殊场合的测量，一般没有统一的分度表，在适用范围和精度上都不及标准化热电偶。,从,1988,年,1,月,1,日起，我国热电偶和热电阻的生产全部按国际电工委员会（,IEC,）的标准，并规定了,7,种标准热电偶,（一种没有生产）,1.,铂铑,30,铂铑,6,热电偶,2.,铂铑,10,铂热电偶,3.,镍铬镍硅热电偶,4.,镍铬铜镍热电偶,5.,铁铜镍热电偶,6.,铜铜镍热电偶,目前工业上常用的是前四种标准化热电偶,（,1,）铂铑,30,铂铑,6,热电偶,铂铑,30,为正极，铂铑,6,为负极，分度号为,B,。一般可测,16000C,，最高可测,18000C,。其性能稳定，精度高，可在氧化性和中性介质中使用。但其热电势小，价格高。,（,2,）铂铑铂热电偶,由,0.5mm,纯铂丝和相同直径的铂铑丝,（铂,90,，铑,10,）制成，分度号为,S,。,铂铑丝为正极，铂丝负极。,优点：,1300,C,下可长期使用，最高可测,1600,0,C,高温。其复制精度和测量准确性高，故可,做标准电极和精密测温使用。,缺点：热电势小；高温稳定性差，成本高。,（,3,）镍铬镍硅热电偶,镍铬为正极，镍硅为负极。分度号为,K,。,优点：可测,900,0,C,以下的温度，短期可测,1200,0,C,高温；复制性好，热电势大，线性好，,价格便宜。,缺点：稳定性较差,6.1.5,常用热电偶的结构：,为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。,图,工业用装配式热电偶结构示意图,接线盒,保险套管,绝缘套管,热电极,1.,普通工业用装配式热电偶,2,铠装（或套管式）热电偶的结构,由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为两种形式如图。,图 铠装热电偶断面结构示意图,1,金属套管,;2,绝缘材料,;,3,热电极,(a),接壳式,(b),绝缘式,图,接壳式与绝缘式热电偶断面结构示意图,3,快速反应薄膜热电偶,用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。其热接点极薄,(0.01,0.lm),。,4,1,2,3,快速反应薄膜热电偶,1,热电极,;2,热接点,;3,绝缘基板,;4,引出线,特别适用于对壁面温度,的快速测量。反应时间,仅为几,ms,。,4,快速消耗微型热电偶,可测钢水的温度。用直径为,0.05,0.lmm,的铂铑,10,一铂铑,30,热电偶装在,U,型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。,1,4,2,3,5,6,7,8,9,11,10,1,钢帽；,2,石英管（内有热电极）；,3,纸环；,4,绝热泥；,5,冷端；,6,棉花；,7,绝缘纸管；,8,补偿导线；,9,套管；,10,塑料插座；,11,簧片与引出线,1.,同极性串联,图,串联测量线路,6.1.6,热电偶测温线路,目的,：增强总电动势，也可以测量平均温度,2.,反极性串联,图,串联测量线路,目的,：测量温差,3.,热电偶并联,图,并联测量线路,T,1,R,1,T,0,T,2,R,2,T,0,T,3,R,3,T,0,仪表,A,B,A,B,A,B,每只热电偶的输出为：,回路总的热电动势为,:,目的：,测量平均温度,