第1章溫度傳感器ppt課件

1、第第1章章 溫度傳感器溫度傳感器1.1 溫度傳感器概述溫度傳感器概述1.2 膨脹式溫度傳感器膨脹式溫度傳感器1.3 熱電阻傳感器熱電阻傳感器1.4 熱電偶傳感器熱電偶傳感器1.5 集成溫度傳感器集成溫度傳感器前往主目錄第第1章章 溫度傳感器溫度傳感器 1.1 溫度傳感器概述 1、 溫度與溫標 溫度是工業(yè)消費和科學實驗中一個非常重要的參數(shù)。 物體的許多物理景象和化學性質(zhì)都與溫度有關(guān)。許多消費過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進展的, 需求丈量溫度和控制溫度。 隨著科學技術(shù)的開展, 對溫度的丈量越來越普遍, 而且對溫度丈量的準確度也有更高的要求。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度不能直接加以丈量, 只

2、能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換, 以及物體的某些物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性間接丈量。 溫標：溫標： 為了定量地描畫溫度的高低為了定量地描畫溫度的高低, 必需建立溫度標尺必需建立溫度標尺, 即溫標。即溫標。 溫標就是溫度的數(shù)值表示。各種溫度計和溫度傳感器的溫度溫標就是溫度的數(shù)值表示。各種溫度計和溫度傳感器的溫度數(shù)值均由溫標確定。歷史上提出過多種溫標數(shù)值均由溫標確定。歷史上提出過多種溫標, 如早期的閱歷如早期的閱歷溫標攝氏溫標和華氏溫標溫標攝氏溫標和華氏溫標, 實際上的熱力學溫標實際上的熱力學溫標, 當前世當前世界通用的國際溫標。界通用的國際溫標。華氏溫標：德國華氏溫標：德國Fahr

3、enheit 華倫海特華倫海特 將水、冰、鹽混合將水、冰、鹽混合物定為物定為0。F；安康人體溫；安康人體溫100。F。以此定標，后來發(fā)現(xiàn)水。以此定標，后來發(fā)現(xiàn)水的冰點為的冰點為32。F沸點沸點212 。 F，作差分成，作差分成180等份，每一份就等份，每一份就為為1 。 F攝氏溫標：瑞典攝西阿斯攝氏溫標：瑞典攝西阿斯 將冰水混合物定為將冰水混合物定為0 。 C，沸，沸點點100 。 C，作差分成，作差分成100等份，每一份就為等份，每一份就為1 。 C熱力學溫標：又稱絕對溫標英國開爾文熱力學溫標：又稱絕對溫標英國開爾文 確定的溫度確定的溫度數(shù)值為熱力學溫度符號為數(shù)值為熱力學溫度符號為T, 單位

4、為開爾文符號為單位為開爾文符號為K, 1 K等于水三相點熱力學溫度。等于水三相點熱力學溫度。 換算關(guān)系：換算關(guān)系：K。C273.15；。F1.8。C32 2 溫度丈量的主要方法和分類溫度丈量的主要方法和分類 (1) 溫度傳感器的組成在工程中無論是簡單的還是復雜的測溫傳溫度傳感器的組成在工程中無論是簡單的還是復雜的測溫傳感器感器, 就丈量系統(tǒng)的功能而言就丈量系統(tǒng)的功能而言, 通常由現(xiàn)場的感溫元件和控制室的顯通常由現(xiàn)場的感溫元件和控制室的顯示安裝兩部分組成示安裝兩部分組成, 如圖如圖 1 - 1 所示。簡單的溫度傳感器往往是溫度所示。簡單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的傳感器和顯示組成

5、一體的, 普通在現(xiàn)場運用。普通在現(xiàn)場運用。 (2) 溫度丈量方法及分類丈量方法按感溫元件能否與被測介質(zhì)接觸, 可以分成接觸式與非接觸式兩大類。 接觸式測溫方法是使溫度敏感元件和被測溫度對象相接觸, 當被測溫度與感溫元件到達熱平衡時, 溫度敏感元件與被測溫度對象的溫度相等。這類溫度傳感器具有構(gòu)造簡單， 任務可靠，精度高，穩(wěn)定性好，價錢低廉等優(yōu)點。這類測溫方法的溫度傳感器主要有: 基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度傳感器，基于導體或半導體電阻值隨溫度變化的電阻式溫度傳感器， 基于熱電效應的熱電偶溫度傳感器。 非接觸式測溫方法是運用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度

6、有關(guān), 并且以電磁波方式向周圍輻射, 中選擇適宜的接納檢測安裝時, 便可測得被測對象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可丈量和顯示的各種信號, 實現(xiàn)溫度的丈量。這類測溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。非接觸式溫度傳感器實際上不存在熱接觸式溫度傳感器的丈量滯后和在溫度范圍上的限制, 可測高溫、 腐蝕、 有毒、 運動物體及固體、 液體外表的溫度, 不干擾被測溫度場, 但精度較低, 運用不太方便。 1.2 膨脹式溫度傳感器 根據(jù)液體、 固體、 氣體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理, 這類溫度傳感器有液體膨脹式、 固體膨脹式和氣體膨脹式。 1、 液體膨脹式 在有刻度的細玻璃管

7、里充入液體稱為任務液, 如水銀、 酒精等構(gòu)成液體膨脹式溫度計。常用的有水銀玻璃溫度計和電接點式溫度計, 這種溫度計遠不能算傳感器, 它只能就地指示溫度。 電接點式溫度計可對設(shè)定的某一溫度發(fā)出開關(guān)信號或進展位式控制, 有固定式和可調(diào)式兩種。 圖 1 - 2 所示為可調(diào)電接點式溫度計, 其中一根鉑絲接在毛細管下部固定處,另一根鉑絲根據(jù)設(shè)定溫度可以上下挪動, 當升至設(shè)定溫度時, 鉑絲與水銀柱接通, 反之斷開, 這種既可指示, 又能發(fā)出通斷信號, 常用于溫度丈量和雙位控制。 2 固體膨脹式固體膨脹式是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測溫的。 它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金

8、屬片, 為提高靈敏度常作成螺旋形。圖 1 -3 為雙金屬溫度計的構(gòu)造表示圖。螺旋形雙金屬片一端固定, 另一端銜接指針軸, 當溫度變化時, 雙金屬片彎曲變形, 經(jīng)過指針軸帶動指針偏轉(zhuǎn)顯示溫度。 它常用于丈量-80600范圍的溫度, 抗震性能好，讀數(shù)方便, 但精度不太高, 用于工業(yè)過程測溫、 上下限報警和控制。 3 氣體膨脹式 氣體膨脹式是利用封鎖容器中的氣體壓力隨溫度升高而升高的原理來測溫的, 利用這種原理測溫的溫度計又稱壓力計式溫度計, 如圖 1 - 4 所示。溫包、毛細管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個封鎖容器, 其中充溢任務物質(zhì)如氣體常為氮氣, 任務物質(zhì)的壓力經(jīng)毛細管傳給彈簧管, 使彈簧管產(chǎn)生變

9、形, 并由傳動機構(gòu)帶動指針, 指示出被測溫度的數(shù)值。壓力溫度計構(gòu)造簡單、抗振及耐腐蝕性能好壓力溫度計構(gòu)造簡單、抗振及耐腐蝕性能好, , 與微動開關(guān)組合與微動開關(guān)組合可作溫度控制器用可作溫度控制器用, , 但它的丈量間隔但它的丈量間隔 受毛細管長度限制受毛細管長度限制, , 普普通充液體可達通充液體可達20m, 20m, 充氣體或蒸汽可達充氣體或蒸汽可達60m60m。 1.3 熱電阻傳感器 熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進展測溫的。熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱電阻兩大類, 普通把金屬熱電阻稱為熱電阻, 而把半導體熱電阻稱為熱敏電阻。 熱電阻廣泛用來丈量 -2

10、00+850范圍內(nèi)的溫度, 少數(shù)情況下, 低溫可丈量至1K, 高溫達1000。規(guī)范鉑電阻溫度計的準確度高, 并作為復現(xiàn)國際溫標的規(guī)范儀器。要求：要求：1溫度系數(shù)、電阻率較高溫度系數(shù)、電阻率較高 提高靈敏度，體積小，反響快提高靈敏度，體積小，反響快2理化性能穩(wěn)定理化性能穩(wěn)定 提高穩(wěn)定性和準確性，復現(xiàn)性好提高穩(wěn)定性和準確性，復現(xiàn)性好 3良好的輸入良好的輸入-輸出特性輸出特性 線性線性/接近線性，丈量精度高接近線性，丈量精度高4良好的工藝性良好的工藝性 批量消費，降低本錢批量消費，降低本錢資料：純金屬資料：純金屬 -鉑、銅、鎳、鐵鉑、銅、鎳、鐵 5較大的測溫范圍較大的測溫范圍 特別是在低溫范圍特別是

11、在低溫范圍原理：熱能原理：熱能 熱電阻熱電阻 電阻值電阻值溫度溫度 熱電阻熱電阻 阻值阻值 1 常用熱電阻 用于制造熱電阻的資料應具有盡能夠大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率, R-t 關(guān)系最好成線性, 物理化學性能穩(wěn)定, 復現(xiàn)性好等。 目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。 (1)鉑熱電阻 鉑熱電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠, 所以在溫度傳感器中得到了廣泛運用。按IEC規(guī)范, 鉑熱電阻的運用溫度范圍為-200+850。 鉑熱電阻的特性方程為 在-2000的溫度范圍內(nèi): Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在0850的溫度范圍內(nèi): Rt = R0(1+At+Bt2) 式中R

12、t和R0分別為t和0時鉑電阻值; A、 B和C為常數(shù)。 在ITS-90 中, 這些常數(shù)規(guī)定為: A=3.9684710-3/ B=-5.84710-7/2 C=-4.2210-12/4 從上式看出, 熱電阻在溫度t時的電阻值與R0 有關(guān)。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。鉑熱電阻不同分度號亦有相應分度表, 即Rt-t 的關(guān)系表, 這樣在實踐丈量中, 只需測得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對應的溫度值。 Pt100的分度表見表 1 - 7 。 Pt100：Pt100 在0時阻值R0100 100時

13、查上表為 .5 溫度每變化一度，鉑電阻值變化0.385絕對變化33109 . 31085. 31001001005 .13800AtRRRt 特點：特點：0 +850： )1(20BtAtRRt0 - 200： )100(1 320ttCBtAtRRt運用：運用：(1) 在高溫暖氧化介質(zhì)中性能極為穩(wěn)定，在高溫暖氧化介質(zhì)中性能極為穩(wěn)定，易于提純，工藝性好易于提純，工藝性好(2) 輸入輸出特性接近線性輸入輸出特性接近線性(4) 貴重金屬，本錢較高貴重金屬，本錢較高規(guī)范溫度計，高精度工業(yè)測溫，高低溫測試規(guī)范溫度計，高精度工業(yè)測溫，高低溫測試 構(gòu)成：構(gòu)成：金屬鉑絲金屬鉑絲(0.020.07mm)繞制成

14、線圈繞制成線圈(3) 丈量精度高：丈量精度高：0: 1、 0100: 0.5、 100650: 0.5%R0：0時的溫度時的溫度 規(guī)范值規(guī)范值(Pt100, Pt500) (2)銅熱電阻 由于鉑是貴重金屬, 因此, 在一些丈量精度要求不高且溫度較低的場所, 可采用銅熱電阻進展測溫, 它的丈量范圍為-50+150。 銅熱電阻在丈量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的, 可近似地表示為: Rt=R01+t 式中為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù), 取=4.2810-3/。 銅熱電組的兩種分度號為Cu50(R0=50)和Cu100R100=100。 銅熱電阻線性好, 價錢廉價, 但它易氧化, 不適宜在腐蝕性

15、介質(zhì)或高溫下任務。特點：特點：-50 180： )1 (320CtBtAtRRt運用：運用：(1) 易于提純，在易于提純，在-50 150范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，價錢低范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，價錢低 (2) 輸入輸出特性接近線性輸入輸出特性接近線性:(3) 電阻率低為鉑電阻的電阻率低為鉑電阻的1/6，體積較大，體積較大 (Cu50, Cu100)(4) 高溫易被氧化，易被腐蝕高溫易被氧化，易被腐蝕(5) 丈量精度低于鉑電阻：丈量精度低于鉑電阻：-5050: 0.5、50150: 1%小范圍，較低溫度，丈量精度要求低，沒有浸蝕性介質(zhì)，替代鉑小范圍，較低溫度，丈量精度要求低，沒有浸蝕性介質(zhì)，替代鉑 構(gòu)成：構(gòu)成：金

16、屬銅絲金屬銅絲(0.020.07mm)繞制成線圈繞制成線圈R0：0時的溫度時的溫度 規(guī)范值規(guī)范值2.熱電阻的構(gòu)造 工業(yè)用熱電阻的構(gòu)造如圖 1 - 16 所示。 它由電阻體、 絕緣管、維護套管、引線和接線盒等部分組成。 電阻體由電阻絲和電阻支架組成。 電阻絲采用雙線無感繞法繞制在具有一定外形的云母、石英或陶瓷塑料支架上, 支架起支撐和絕緣作用, 引出線通常采用直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲, 它與接線盒柱相接, 以便與外接線路相連而丈量顯示溫度。用熱電阻傳感器進展測溫時, 丈量電路經(jīng)常采用電橋電路。 而熱電阻與檢測儀表相隔一段間隔 , 因此熱電阻的引線對丈量結(jié)果有較大的影響。3.根本丈量電路根本丈量

17、電路電橋電路電橋電路什么是電橋？有哪些特點？ 四個元件首尾相接，四個結(jié)點中相對的結(jié)點分做電源和信號輸出。電橋平衡形狀：當信號輸出為0無信號時，稱電橋平衡。條件：Z1/Z4=Z2/Z3或Z1Z3=Z2Z4溫度對熱電阻的影響是電阻的增量；溫度為0時，阻值不為0。此時，常借助電橋電路使t0時，電橋平衡輸出為0。當溫度變化時，使電橋輸出線性反映溫度的變化量。 4.幾種運用電路幾種運用電路兩線制、兩線制、 三線制和四線制三種三線制和四線制三種, 如如下圖。下圖。 熱電阻內(nèi)部引線方式有兩線制、 三線制和四線制三種, 如圖 所示。 二線制中引線電阻對丈量影響大, 用于測溫精度不高場所。三線制可以減小熱電阻與

18、丈量儀表之間銜接導線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的丈量誤差。 四線制可以完全消除引線電阻對丈量的影響, 用于高精度溫度檢測。 二線制中引線電阻對丈量影響大, 用于測溫精度不高場所。R1R3R2(RT+2r) 三線制可以減小熱電阻與丈量儀表之間銜接導線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的丈量誤差。R1(R3+r)=R2(RT+r) 得取R1=R2.那么RT=R3(令R3和RT相匹配) 電橋應堅持平衡。 rrRRRRRrRrRRRT212312)3( 1資料：資料：特點：特點：分類：分類：1溫度系數(shù)大溫度系數(shù)大 靈敏度高靈敏度高 為熱電阻為熱電阻10100倍倍2構(gòu)造簡單，體積小構(gòu)造簡單，體積小 可以丈量點溫

19、度可以丈量點溫度3電阻率高、熱慣性小電阻率高、熱慣性小 適于動態(tài)測溫適于動態(tài)測溫4易于維護、運用壽命長易于維護、運用壽命長 適于現(xiàn)場測溫適于現(xiàn)場測溫5互換性差，非線性嚴重，精度低互換性差，非線性嚴重，精度低 正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)負溫度系數(shù)熱敏電阻負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR) 半導體半導體 - 半導體熱電阻半導體熱電阻6本錢低，運用廣泛本錢低，運用廣泛 3、熱敏電阻、熱敏電阻 TBTAeR非線性非線性 NTC PTC CTR10110210310410510610710804080120160200t / / cm4 熱

20、敏電阻的運用熱敏電阻的運用家用電器家用電器電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機、電暖壺、烘干機、電電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機、電暖壺、烘干機、電烤箱、空調(diào)機、電熱毯、熱水器、熱得快、電磁爐、烤箱、空調(diào)機、電熱毯、熱水器、熱得快、電磁爐、汽車電子汽車電子電子噴油嘴、空調(diào)機、發(fā)電機防熱裝置、電熱座椅電子噴油嘴、空調(diào)機、發(fā)電機防熱裝置、電熱座椅測量儀器測量儀器流量計、風速表、真空計、濃度計、濕度計、空氣傳感器、流量計、風速表、真空計、濃度計、濕度計、空氣傳感器、環(huán)境監(jiān)測儀、環(huán)境監(jiān)測儀、辦公設(shè)備辦公設(shè)備復印機、傳真機、打印機、掃描儀復印機、傳真機、打印機、掃描儀農(nóng)業(yè)園藝農(nóng)業(yè)園藝溫室控制、人工氣候箱、烘干

21、系統(tǒng)、溫室控制、人工氣候箱、烘干系統(tǒng)、醫(yī)療器具醫(yī)療器具體溫計、人工透析、散熱系統(tǒng)體溫計、人工透析、散熱系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)電動機過熱保護、電動機過熱保護、運用實例：基于熱敏電阻的電機過熱維護器：運用實例：基于熱敏電阻的電機過熱維護器： Rt1 Rt2 Rt3 ：熱敏電阻：熱敏電阻(NTC) ，安裝在三相繞組附近，安裝在三相繞組附近 溫度低時溫度低時 ：電阻高：電阻高 三極管不導通三極管不導通 繼電器不吸合繼電器不吸合 電機運轉(zhuǎn)電機運轉(zhuǎn)溫度高時溫度高時 ：電阻低：電阻低 三極管導通三極管導通 繼電器吸合繼電器吸合 電機停頓電機停頓 1.4 熱電偶傳感器 熱電偶是工程上運用最廣泛的溫度傳感器。 它

22、構(gòu)造簡單, 運用方便, 具有較高的準確度、穩(wěn)定性及復現(xiàn)性, 溫度丈量范圍寬, 在溫度丈量中占有重要的位置。 1. 熱電偶測溫原理 兩種不同的導體或半導體組成一個閉合回路, 如圖 所示。兩端置于不同的溫度當中，在回路里面產(chǎn)生一個由溫差決議的電動勢，這一景象稱為熱電效應。這種導體或半導體的組合稱為熱電偶。 兩個接點, 一個稱任務端, 又稱丈量端或熱端, 測溫時將它置于被測介質(zhì)中; 另一個稱自在端, 又稱參考端或冷端。 熱電偶中的熱電勢由兩部分組成: 溫差電勢和接觸電勢。 1接觸電動勢：是由于兩種不同導體的自在電子密度不同而在接觸處構(gòu)成的電動勢。 兩種導體接觸時,自在電子由密度大的導體向密度小的導體

23、分散, 在接觸處失去電子的一側(cè)帶正電, 得到電子的一側(cè)帶負電, 構(gòu)成穩(wěn)定的接觸電勢。接觸電勢的數(shù)值取決于兩種不同導體的性質(zhì)和接觸點的溫度。 兩接點的接觸電勢EAB(T)和EABT0可表示為 EAB(T)= 式中: K波爾茲曼常數(shù); e單位電荷電量; NAT、NBT和NAT0、NBT0分別在溫度為T和T0時, 導體A、B的電子密度。 2溫差電動勢是同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢。符號可表示為 EA(T， T0)和EB(T， T0)BTATNNeKTln00ln)(00BTATABNNeKTTE 同一導體的兩端溫度不同時, 高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大, 因此從高溫端跑到低

24、溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多, 結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電, 低溫端因獲得多余的電子而帶負電, 因此, 在導體兩端便構(gòu)成接觸電勢, 其大小由下面公式給出: dtdttNdNeKTTEATTTATA)(1),(00dtdttNdNeKTTEBTTTBTB)(1),(00 式中: NAT和NBT分別為A導體和B導體的電子密度, 是溫度的函數(shù)。 (3)熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢為 AB(T, T0)=EAB(T)+EB(T, T0)-EAB(T0)-EA(T, T0) (1 - 6) 在總熱電勢中, 溫差電勢比接觸電勢小很多, 可忽略不計, 熱電偶的熱電勢可表示為 EAB(T, T0)=

25、EAB(T)-EAB(T0) 1 - 7 對于已選定的熱電偶, 當參考端溫度T0恒定時, EAB (T0)=c為常數(shù), 那么總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系, 即 EAB(T, T)=EAB(T)-c=f(T) 實踐運用中, 熱電勢與溫度之間關(guān)系是經(jīng)過熱電偶分度表來確定的。分度表是在參考端溫度為0時, 經(jīng)過實驗建立起來的熱電勢與任務端溫度之間的數(shù)值對應關(guān)系。用熱電偶測溫, 還要掌握熱電偶根本定律。下面引述幾個常用的熱電偶定律。 2. 熱電偶根本定律 1 中間導體定律 利用熱電偶進展測溫, 必需在回路中引入銜接導線和儀表, 接入導線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？中間導體定律闡明, 在

26、熱電偶測溫回路內(nèi), 接入第三種導體, 只需其兩端溫度一樣, 那么對回路的總熱電勢沒有影響。 接入第三種導體回路如圖 示。 由于溫差電勢可忽略不計, 那么回路中的總熱電勢等于各接點的接觸電勢之和。 即 EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) (1 - 9) 當T= T0 時, 有 BC(T0)+ECA(T0)=-E(T0) 1 - 10將(1 - 10式代入(1 - 9式中得 (T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T, T0) 同理, 參與第四、第五種導體后, 只需參與的導體兩端溫度相等, 同樣不影響回路中的總熱電勢。 (2)中間溫度定律 熱電偶AB在

27、接點溫度為t、t0時的熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc, t0)的代數(shù)和見圖, 即: 該定律是參考端溫度計算修正法的實際根據(jù)。 在實踐熱電偶測溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對參考端溫度不為0的熱電勢進展修正。 (3)均質(zhì)導體定律 由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路中, 不論導體的截面和長度如何以及各處的溫度分布如何, 都不能產(chǎn)生熱電勢。這條定理闡明, 熱電偶必需由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)資料構(gòu)成。 )(),(),(00TTETTETTECABCABAB (4)規(guī)范電極定律 兩種導體A、B分別與第三種導體C組成熱電偶假設(shè)A、

28、C和B、C熱電偶的熱電動勢知、那么這兩種導體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的電動勢可由下式求得例如0100C鎳鉻鉑 2.71mv，鎳鋁鉑 -1.38mv；那么鎳鉻鎳鋁為4.09mv 3.熱電偶類型 實際上講, 任何兩種不同資料的導體都可以組成熱電偶, 但為了準確可靠地丈量溫度, 對組成熱電偶的資料必需經(jīng)過嚴厲的選擇。工程上用于熱電偶的資料應滿足以下條件: 熱電勢變化盡量大, 熱電勢與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系, 物理、 化學性能穩(wěn)定, 易加工, 復現(xiàn)性好, 便于成批消費, 有良好的互換性。 000( ,)( ,)( ,)ABACBCET TET TET T實踐上并非一切資料都能滿足上述要求。 目前在國際

29、上被公認比較好的熱電資料只需幾種。國際電工委員會IEC向世界各國引薦8種規(guī)范化熱電偶, 所謂規(guī)范化熱電偶, 它已列入工業(yè)規(guī)范化文件中, 具有一致的分度表。 我國從1988年開場采用IEC規(guī)范消費熱電偶。表1-1 為我國采用的幾種熱電偶的主要性能和特點。 表中所列的每一種熱電偶中前者為熱電偶的正極, 后者為負極。 目前工業(yè)上常用的有四種規(guī)范化熱電偶, 即鉑銠30-鉑銠6, 鉑銠10-鉑, 鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-銅鎳我國通常稱為鎳鉻-康銅熱電偶, 它的分度表見表 1 - 2 至表 1 - 5 常用熱電偶資料：常用熱電偶資料： 材料材料測溫范圍測溫范圍特點特點應用應用鉑鐒鉑鐒10純鉑純鉑0 1000 準

30、確性高，成本高準確性高，成本高工業(yè)工業(yè)銥鐒銥鐒10純銥純銥0 2100 科學研究科學研究銥鐒銥鐒40鉑鐒鉑鐒400 1900 氧化、中性氣體氧化、中性氣體鎳鐵鎳鐵鎳銅鎳銅50 500 50 無電勢無電勢火災報警火災報警鎳鉻鎳鉻康銅康銅-200 900 各種場合各種場合鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅-50 1300 電勢大，線性好電勢大，線性好各種場合、常用各種場合、常用銅銅康銅康銅-200 400 各種場合各種場合鎳鉻鎳鉻金鐵金鐵-270 10 低溫低溫銅銅金鐵金鐵-270 -250 靈敏度高靈敏度高低溫低溫 另外, 目前還消費一些特殊用途的熱電偶, 以滿足特殊測溫的需求。 如用于丈量3800超高溫的鎢鎳系

31、列熱電偶, 用于丈量2273K的超低溫的鎳鉻-金鐵熱電偶等。 4. 熱電偶的構(gòu)造方式 為了順應不同消費對象的測溫要求和條件, 熱電偶的構(gòu)造方式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 (1)普通型熱電偶 普通型構(gòu)造熱電偶工業(yè)上運用最多, 它普通由熱電極、絕緣套管、維護管和接線盒組成, 其構(gòu)造如圖 1 - 8 所示。普通型熱電偶按其安裝時的銜接方式可分為固定螺紋銜接、固定法蘭銜接、 活動法蘭銜接、 無固定安裝等多種方式。 (2)鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、 絕緣資料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體, 如圖 1 - 9所示。它可以做得很細很長, 運用中隨需求能

32、恣意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點是測溫端熱容量小, 動態(tài)呼應快, 機械強度高, 撓性好, 可安裝在構(gòu)造復雜的安裝上, 因此被廣泛用在許多工業(yè)部門中。 (3)薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極資料, 用真空蒸鍍、 化學凃?qū)拥确椒ㄕ翦兊浇^緣基板上面制成的一種特殊熱電偶, 如圖 1 - 10 所示。 薄膜熱電偶的熱接點可以做得很小可薄到0.010.1m, 具有熱容量小, 反響速度快等的特點, 熱相應時間到達微秒級, 適用于微小面積上的外表溫度以及快速變化的動態(tài)溫度丈量。 5.熱電偶的補償導線及參考端溫度補償方法 從熱電偶測溫根本公式可以看到, 對某一種熱電偶來說熱電偶產(chǎn)生的熱電勢只與任務端溫度t

33、和自在端溫度t0有關(guān), 即: EAB(t, t0)=e AB(t)-eAB(t0) 1 -13 熱電偶的分度表是以t0=0作為基準進展分度的, 而在實踐運用過程中, 參考端溫度往往不為0, 那么任務端溫度為t時, 分度表所對應的熱電勢EAB(t, 0)與熱電偶實踐產(chǎn)生的熱電勢EAB(t, t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式: EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 由此可見, EAB(t0, 0)是參考端溫度t0的函數(shù), 因此需求對熱電偶參考端溫度進展處置。 (1)熱電偶補償導線 在實踐測溫時, 需求把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場數(shù)十米的控制室里的顯示

34、儀表或控制儀表, 這樣參考端溫度t0也比較穩(wěn)定。熱電偶普通做得較短 需求用導線將熱電偶的冷端延伸出來。工程中采用一種補償導線, 它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價金屬導線制成, 而且在0100溫度范圍內(nèi), 要求補償導線和所配熱電偶具有一樣的熱電特性。 常用熱電偶的補償導線列于表 1 - 6 (2)參考端溫度修正法采用補償導線可使熱電偶的參考端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方, 但只需參考端溫度不等于0, 需求對熱電偶回路的電勢值加以修正, 修正值為EAB(t0 , 0)。 經(jīng)修正后的實踐熱電勢, 可由分度表中查出被測實踐溫度值 (3)參考端0恒溫法 在實驗室及精細丈量中, 通常把參考端放入裝滿冰水混合物的容器

35、中, 以便參考端溫度堅持0, 這種方法又稱冰浴法。 (4)參考端溫度自動補償法補償電橋法 補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補償信號, 來自動補償熱電偶丈量過程中因參考端溫度不為0或變化而引起熱電勢的變化值。 如圖1-11 所示, 不平衡電橋由三個電阻溫度系數(shù)較小的錳銅絲繞制的電阻R1、R2 、R3、電阻溫度系數(shù)較大的銅絲繞制的電阻RCu 和穩(wěn)壓電源組成。 補償電橋與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度, 但由于 RCu的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化, 假設(shè)適中選擇橋臂電阻和橋路電流, 就可以使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓Uab補償由于參考端溫度變化引起的熱電勢EAB(t, t0)變化量, 從而到達自

36、動補償?shù)哪康摹?6 熱電偶測溫線路 熱電偶測溫時, 它可以直接與顯示儀表如電子電位差計、 數(shù)字表等配套運用, 也可與溫度變送器配套, 轉(zhuǎn)換成規(guī)范電流信號, 圖 1 - 12 為典型的熱電偶測溫線路。 如用一臺顯示儀表顯示多點溫度時, 可按圖 1 - 13銜接, 這樣可節(jié)約顯示儀表和補償導線。 特殊情況下, 熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)運用, 但只能是同一分度號的熱電偶, 且參考端應在同一溫度下。如熱電偶正向串聯(lián), 可獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度。在丈量兩點溫差時, 可采用熱電偶反向串聯(lián)。利用熱電偶并聯(lián)可以丈量平均溫度。熱電偶串、并聯(lián)線路如圖 1 - 14 所示 1.5 集成溫度傳感器集成溫度傳感器

37、 集成溫度傳感器是利用晶體管集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流電壓結(jié)的電流電壓特性與溫度的關(guān)系特性與溫度的關(guān)系, 把感溫把感溫PN結(jié)及有關(guān)電子線路集結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個小硅片上成在一個小硅片上, 構(gòu)成一個小型化、一體化的公用構(gòu)成一個小型化、一體化的公用集成電路片。集成電路片。 集成溫度傳感器具有體積小、反響快、集成溫度傳感器具有體積小、反響快、線性好、價錢低等優(yōu)點線性好、價錢低等優(yōu)點, 由于由于PN結(jié)受耐熱性能和特結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制性范圍的限制, 它只能用來測它只能用來測150以下的溫度。以下的溫度。 1 根本任務原理根本任務原理 目前在集成溫度傳感器中目前在集成溫度傳感器

38、中, 都采用一對非常匹配的都采用一對非常匹配的差分對管作為溫度敏感元件。差分對管作為溫度敏感元件。 圖圖 1 -18 是集成溫度是集成溫度傳感器根本原理圖。傳感器根本原理圖。圖1-18 集成溫度傳感器根本原理)ln()ln(211221IIqKTAEAEIIqKTU其中T1和T2是相互匹配的晶體管,I1和I2分別是T1和T2管的集電極電流, 由恒流源提供。T1和T2管的兩個發(fā)射極和基極電壓之差Vbe可用下式表示, 即: 式中k-是波爾茲曼常數(shù); q-是電子電荷量; T-是絕對溫度; r -是T1和T2管發(fā)射結(jié)的面積之比。 從式中看出, 假設(shè)保證I1/I2恒定, 那么Vbe就與溫度T成單值線性函

39、數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的根本任務原理, 在此根底上可設(shè)計出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器。 1 集成溫度傳感器的信號輸出方式 (1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖如圖 1 - 19 所示。 當電流I1恒定時, 經(jīng)過改動R1的阻值, 可實現(xiàn)I1=I2, 當晶體管的1時, 電路的輸出電壓可由下式確定, 即: 假設(shè)取R1=940, R2=30K, r=37, 那么電路輸出的溫度系數(shù)為: ln121220qKTRRRURIUbeKmvqKRRdTdUCT/10ln120 2電流輸出型圖 1 - 20 為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖。 T1和T2是構(gòu)造對稱的兩個晶體管, 作為恒流源負載, T3和T4管是測溫用的晶體管, 其中T3管的發(fā)射結(jié)面積是T4管的8倍, 即r=8。流過電路的總電流IT