檢測(cè)熱電式傳感器PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 檢測(cè)熱電式傳感器檢測(cè)熱電式傳感器 鉑電阻的物理、化學(xué)比較穩(wěn)定，因而在溫度不是太高的工業(yè)鉑電阻的物理、化學(xué)比較穩(wěn)定，因而在溫度不是太高的工業(yè) 測(cè)溫領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。測(cè)溫領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。 在在0630.74溫度范圍內(nèi)，鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系：溫度范圍內(nèi)，鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系： )1 ( 2 0 BtAtRRt 32 0 )100(1ttCBtAtRRt -1900溫度范圍內(nèi)阻值與溫度關(guān)系：溫度范圍內(nèi)阻值與溫度關(guān)系： 。 ； ； 。任意溫度 時(shí)的阻值；、溫度、 式中 412 27 3 0t C/104.22C C/105.847B C/103.96847A C:t C0Ct:RR

2、（2 2）、鉑電阻）、鉑電阻 第1頁/共41頁 關(guān)于鉑電阻溫度系數(shù)的說明：關(guān)于鉑電阻溫度系數(shù)的說明： 鉑電阻的溫度系數(shù)與其純度有關(guān)，鉑的純度常用鉑電阻的溫度系數(shù)與其純度有關(guān)，鉑的純度常用W(100)來表來表 示，在精密測(cè)量時(shí)應(yīng)給與充分考慮。示，在精密測(cè)量時(shí)應(yīng)給與充分考慮。 時(shí)的電阻值。為溫度在 值；（水的沸點(diǎn)）時(shí)的電阻為溫度在式中 CR CR R R W 0 100, 0 100 0 100 )100( 而根據(jù)而根據(jù)R0可分為可分為46、50（Pt50）、）、100（Pt100）、）、300 （Pt300）和）和1000等幾檔。等幾檔。 WPt(100)1.391 第2頁/共41頁 第3頁/共

3、41頁 第4頁/共41頁 第5頁/共41頁 （3 3）銅電阻）銅電阻 在對(duì)測(cè)量精度要求不太高，測(cè)溫范圍不大的情況下，可以使用在對(duì)測(cè)量精度要求不太高，測(cè)溫范圍不大的情況下，可以使用 銅電阻，以利于降低成本。銅電阻，以利于降低成本。 在在-50150的溫度范圍內(nèi)銅電阻的的阻值與溫度的關(guān)系為的溫度范圍內(nèi)銅電阻的的阻值與溫度的關(guān)系為 ： 32 0 1CtBtAtRRt 。 ； ； 。任意溫度 是的電阻值；溫度為 是的電阻值；溫度為式中 39 27 3 0 /10233. 1 /10133. 2 /1028899. 4 : 0: : CC CB CA Ct CR CtRt W銅 銅(100)1.425，

4、大于 ，大于鉑電阻。即靈敏度比鉑電阻高，成本也低鉑電阻。即靈敏度比鉑電阻高，成本也低 。 第6頁/共41頁 2 2、結(jié)構(gòu)、種類及接線方式、主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)、種類及接線方式、主要參數(shù) 3 3、鉑熱電阻應(yīng)用的基本電路形式、鉑熱電阻應(yīng)用的基本電路形式 (1)(1)、恒流電路、恒流電路 (2)(2)、恒壓電路、恒壓電路 4 4、應(yīng)用、應(yīng)用 (1)(1)、鉑電阻測(cè)溫、鉑電阻測(cè)溫 (2)(2)、A/DA/D轉(zhuǎn)換器比例工作的溫度測(cè)量電路轉(zhuǎn)換器比例工作的溫度測(cè)量電路 第7頁/共41頁 2熱敏電阻的溫度特性、參數(shù)及特點(diǎn)熱敏電阻的溫度特性、參數(shù)及特點(diǎn) 熱敏電阻的溫度特性由三種類型：熱敏電阻的溫度特性由三種類型： 負(fù)

5、電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）；）； 正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）；）； 具有臨界溫度特性的熱敏電阻（具有臨界溫度特性的熱敏電阻（CTR） ，即在某各溫度下（臨界溫度），電阻的阻，即在某各溫度下（臨界溫度），電阻的阻 值將會(huì)發(fā)生突變。值將會(huì)發(fā)生突變。 應(yīng)該指出，由于熱敏電阻的線性不好，現(xiàn)在應(yīng)該指出，由于熱敏電阻的線性不好，現(xiàn)在 已基本不再用來作溫度測(cè)量使用了。但是由已基本不再用來作溫度測(cè)量使用了。但是由 于成本低，在定點(diǎn)溫度控制等場(chǎng)合中還有較于成本低，在定點(diǎn)溫度控制等場(chǎng)合中還有較 大的應(yīng)用市場(chǎng)。大的應(yīng)用市場(chǎng)。 1熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式熱敏電阻的結(jié)

6、構(gòu)形式 熱敏電阻是由一些金屬氧化物按不同比熱敏電阻是由一些金屬氧化物按不同比 例配方經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，或用半導(dǎo)體材例配方經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，或用半導(dǎo)體材 料制成的。形狀有很多種，如所示。料制成的。形狀有很多種，如所示。 二、（半導(dǎo)體）二、（半導(dǎo)體）熱敏電阻熱敏電阻 RT 第8頁/共41頁 1 2 3 4 5 第9頁/共41頁 聚脂塑料封裝熱聚脂塑料封裝熱 敏電阻敏電阻 第10頁/共41頁 MF58 MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻 第11頁/共41頁 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻 大功率大功率PTCPTC熱敏電阻熱敏電阻 第12頁/共41頁 第13頁/共41頁 3、線性校正、線性校正 (1)、

7、串聯(lián)電阻法、串聯(lián)電阻法 (2)、橋路法、橋路法 4、測(cè)量電路、測(cè)量電路 (1)、串聯(lián)方式、串聯(lián)方式 (2)、橋路、橋路 5、應(yīng)用、應(yīng)用 (1)、溫度控制、溫度控制 (2)、溫度測(cè)量、溫度測(cè)量 第14頁/共41頁 第15頁/共41頁 第16頁/共41頁 第17頁/共41頁 結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) 。 熱電極熱電極A A 右端稱為右端稱為 ：自由自由 端端（參（參 考端、考端、 冷端冷端） 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 左端稱為左端稱為 ：測(cè)量測(cè)量 端端（工（工 作端、作端、 熱端熱端） 熱電極熱電極B B

8、 熱電勢(shì)熱電勢(shì) A B 第18頁/共41頁 熱電勢(shì)大致與熱電勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差溫差tt 成正比成正比 第19頁/共41頁 流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫 差有關(guān)。差有關(guān)。 第20頁/共41頁 自自 由由 電電 子子 A B eAB（ T T ） T T 第21頁/共41頁 1 1、熱電效應(yīng)、熱電效應(yīng)( (賽貝爾（賽貝爾（SeebeckSeebeck）效應(yīng)）效應(yīng)) ) 三、熱電偶三、熱電偶 mA 0 T T A B 鐵鐵 銅銅 電電勢(shì)勢(shì)高高 電電勢(shì)勢(shì)低低 電電勢(shì)勢(shì)高高 電電勢(shì)勢(shì)低低 將將兩種不同兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩

9、端相接組成閉合回路 ，當(dāng)，當(dāng)兩接點(diǎn)分別置于兩種不同的溫度兩接點(diǎn)分別置于兩種不同的溫度時(shí)，則在回路時(shí)，則在回路 中產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱塞貝克中產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱塞貝克 效應(yīng)，即熱電效應(yīng)。效應(yīng)，即熱電效應(yīng)。 第22頁/共41頁 熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸和溫差電勢(shì)兩部分組成熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸和溫差電勢(shì)兩部分組成. . 接觸電勢(shì)的大小與不同導(dǎo)體的電子密度及接點(diǎn)處溫度高接觸電勢(shì)的大小與不同導(dǎo)體的電子密度及接點(diǎn)處溫度高 低低 有關(guān)，溫差越高，和兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸有關(guān)，溫差越高，和兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸 電勢(shì)均越大；電勢(shì)均越大；同一根導(dǎo)

10、體兩端處于不同的溫度，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)同一根導(dǎo)體兩端處于不同的溫度，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn) 生溫差電勢(shì)生溫差電勢(shì). . 總之，回路熱電勢(shì)的大小僅與總之，回路熱電勢(shì)的大小僅與材料材料和和端點(diǎn)的溫度端點(diǎn)的溫度有關(guān)，有關(guān)， 與熱電偶的尺寸形狀無關(guān)。與熱電偶的尺寸形狀無關(guān)。 第23頁/共41頁 （1）.回路中的接觸電勢(shì)回路中的接觸電勢(shì) )(TEAB A B T0 T 接觸電勢(shì)接觸電勢(shì) )( 0 TEAB B A AB n n e T TETln)( 0 00 端接觸電勢(shì)： B A AB n n e T TETln)( 端接觸電勢(shì)： 電子帶電量 導(dǎo)體自由電子密度； ：玻耳茲曼常數(shù)端點(diǎn)溫度； : :, :, 0 e nn

11、TT BA 第24頁/共41頁 （2）. 溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) 湯姆遜（湯姆遜（Thomoson）電勢(shì)）電勢(shì) T T A0A 0 (T)dT)T(T, A E 導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差： T T B0B 0 (T)dT)T(T, B E 導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差： A B T0T 溫差電勢(shì) T T0 ),( 0 TTEA ),( 0 TTEB 第25頁/共41頁 （3）. 總回路熱電勢(shì)總回路熱電勢(shì) 根據(jù)經(jīng)典電子論根據(jù)經(jīng)典電子論，總熱電勢(shì)應(yīng)為接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和總熱電勢(shì)應(yīng)為接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和。 第26頁/共41頁 幾點(diǎn)討論幾點(diǎn)討論: 如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的

12、材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的 溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的 溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 由不同電極材料由不同電極材料A、B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度 T0 恒定恒定 時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在一定的溫度范圍內(nèi)一定的溫度范圍內(nèi)僅是熱端溫度僅是熱端溫度 T 的單值函的單值函 數(shù)。數(shù)。 。相相同同、0)()(,0ln TT n n BA BA B A . 0)()(,0ln)(0 0 00 T TBA B A dTTT n

13、 n e TTTT 第27頁/共41頁 2 2、熱電偶的基本定律、熱電偶的基本定律 (1).(1).中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 將由將由A A、B B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（T T0 0端）斷開而接入的三端）斷開而接入的三 種導(dǎo)體種導(dǎo)體C C后，只要冷、熱端的后，只要冷、熱端的T T0 0 、T T 保持不變，則回路的總熱電保持不變，則回路的總熱電 勢(shì)不變。勢(shì)不變。 T T0 此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)必須接入必須接入 儀表儀表( (第三種材料第三種材料) )，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度

14、保持，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持 一致一致( (T T0 0 ) )儀表的入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且儀表的入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且A A、B B結(jié)點(diǎn)的焊接方法結(jié)點(diǎn)的焊接方法 也可以是任意的。也可以是任意的。 第28頁/共41頁 (2).參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律） 如果兩種導(dǎo)體如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體C所組成的熱電偶所產(chǎn)所組成的熱電偶所產(chǎn) 生的熱電勢(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電生的熱電勢(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電 勢(shì)也是已知的，且勢(shì)也是已知的，且 000 ,TTETTETTE BCACAB 根據(jù)此定律

15、，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)（與標(biāo)根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)（與標(biāo) 準(zhǔn)電極準(zhǔn)電極C間的熱電動(dòng)勢(shì)），方便熱電偶電極的選配。間的熱電動(dòng)勢(shì)），方便熱電偶電極的選配。 第29頁/共41頁 0 T T A B A B n T n T (3).連接導(dǎo)體與中間溫度定律連接導(dǎo)體與中間溫度定律 在熱電偶回路中，如果電極在熱電偶回路中，如果電極A、B在熱端（溫度為在熱端（溫度為 T ）相連接，）相連接， 而在溫度較低的一側(cè)分別與導(dǎo)線而在溫度較低的一側(cè)分別與導(dǎo)線A,、B,相連接，接點(diǎn)溫度均為相連接，接點(diǎn)溫度均為Tn ， A,、B,在冷端（溫度為在冷端（溫度為T0 ）相連接，則回路的總

16、熱電勢(shì)將等于）相連接，則回路的總熱電勢(shì)將等于 熱電偶的熱電偶的A、B的熱電勢(shì)的熱電勢(shì)EAB(T ，Tn )與連接導(dǎo)線在與連接導(dǎo)線在(Tn 、T0 )下的下的 熱電勢(shì)熱電勢(shì)EA,B,(Tn，T0 )的代數(shù)和，即：的代數(shù)和，即： )T,(TE)T(T,E)T,T(T,E 0nBAnAB0nABAB 第30頁/共41頁 若若A與與A ,B與與B分別為同一材料，顯然有分別為同一材料，顯然有 )T(T,E)T,(TE)T(T,E)T,T(T,E 0AB0nABnAB0nAB 上式即為上式即為中間溫度定律中間溫度定律。 第31頁/共41頁 鎳絡(luò) 鎳硅（鎳絡(luò) 鎳鋁）熱電偶分度表 K 分度號(hào) R （自由端溫度

17、為 0） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工作端工作端 溫度溫度 熱電勢(shì)（毫伏） -50 -1.86 -40 -1.50 -1.51 -1.57 -1.60 -1.61 -1.68 -1.72 -1.75 -1.79 -1.82 -30 -1.44 -1.18 -1.21 -1.25 -1.28 -1.32 -1.36 -1.40 -1.43 -1.46 -20 -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -

18、0.70 -0.74 -0 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.21 0.28 0.32 0.36 10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 .072 0.76 20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.01 1.08 1.12 1.16 30 1.20 1.24 1.28 1.32 1.36 1.41 1.45 1.49 1.53 1.57 40 1.61 1.65 1.

19、69 1.73 1.77 1.82 1.86 1.90 1.94 1.98 50 2.02 2.06 2.10 2.14 2.18 2.23 2.27 2.31 2.35 2.39 60 2.43 2.47 2.51 2.56 2.60 2.64 2.68 2.72 2.77 2.81 70 2.85 2.89 2.93 2.97 3.01 3.06 3.10 3.14 3.18 3.22 80 3.26 3.30 3.34 3.34 3.43 3.47 3.51 3.55 3.60 3.64 90 3.68 3.72 3.76 3.76 3.85 3.89 3.93 3.97 4.02 .4

20、.06 100 4.10 4.14 4.18 4.22 4.26 4.31 4.35 4.39 4.43 4.47 第32頁/共41頁 3 3、工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)、材料和分類、工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)、材料和分類 4 4、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償 測(cè)溫時(shí)，要求冷端測(cè)溫時(shí)，要求冷端, , ， 而實(shí)際上，而實(shí)際上，T0 很難恒定很難恒定冷端補(bǔ)償冷端補(bǔ)償 (1).(1).補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 TfTTEtConsT AB 00 ,tan則 “補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線” C、D。要求補(bǔ)償導(dǎo)線的冷端溫差熱電勢(shì)特性與。要求補(bǔ)償導(dǎo)線的冷端溫差熱電勢(shì)特性與 熱電偶的冷端溫差熱電勢(shì)特性相同，即，此時(shí)測(cè)得的溫差熱熱電偶的冷端溫差熱電勢(shì)特性相同，即，此時(shí)測(cè)得的溫差熱 電勢(shì)為，相當(dāng)于將熱電