圖文并茂——熱電偶傳感器

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)與任務(wù) 1.了解溫度測量的基本概念和方法； 2.了解熱電偶的工作原理與結(jié)構(gòu)類型； 3.掌握熱電偶的型號(hào)構(gòu)成及選用方法； 4.學(xué)會(huì)用其進(jìn)行溫度測量； 5.了解常見熱電偶測溫系統(tǒng)的組成與功能；第五章第五章 熱電偶傳感器熱電偶傳感器第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 一、一、溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。動(dòng)越劇烈。 模擬圖：模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比

2、低溫時(shí)快！子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫低溫高溫高溫二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 1 1、溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。 2 2、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：、國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)等。等。 課本 P213定義第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 幾種溫標(biāo)的對比幾種溫標(biāo)的對比 正常體溫為正常體溫為37 C C ，相，相當(dāng)于華氏溫當(dāng)于華氏溫度多少度？度多少

3、度？二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 熱力學(xué)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)（K K） 熱力學(xué)溫標(biāo)是建立熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文（由開爾文（Kelvin）根據(jù)）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是的符號(hào)是T，單位是開爾，單位是開爾文（文（K） 。威廉威廉湯姆遜湯姆遜開爾文勛爵像開爾文勛爵像二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 1990國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)( (ITS-90) ) 從從1990年年1月月1日開始在全

4、世界范圍內(nèi)采用日開始在全世界范圍內(nèi)采用1990年國際溫標(biāo)，簡稱年國際溫標(biāo)，簡稱ITS-90。它定義了一系列。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀溫度的固定點(diǎn)，測量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式，例如水的三相點(diǎn)為器以及計(jì)算公式，例如水的三相點(diǎn)為273.16K（0.01 C）等。）等。 二、溫標(biāo)二、溫標(biāo) 第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 按照按照用途用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)； 按照測量方法又可分為按照測量方法又可分為接觸式接觸式和和非接觸式非接觸式； 按工作原理又可分為按工作原理又可分為膨脹式膨脹式、電阻式電阻式、

5、熱電式熱電式、輻射式輻射式等等；等等； 按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測型等。 三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 介紹幾種溫度測量方法介紹幾種溫度測量方法 示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨裝滿熱水后圖案變得清晰可辨三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變

6、為紅色三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 不需要電源，耐用；但感溫部不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。件體積較大。 氣體的體積與熱氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比力學(xué)溫度成正比介紹幾種溫度測量方法介紹幾種溫度測量方法 體積熱膨脹式體積熱膨脹式 三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 介紹幾種溫度測量方法介紹幾種溫度測量方法 紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 熱電偶測溫的主要優(yōu)點(diǎn)熱電偶測溫

7、的主要優(yōu)點(diǎn):1、它屬于、它屬于自發(fā)電型自發(fā)電型傳感器：測量時(shí)可以不需外加電傳感器：測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；2、測溫范圍廣、測溫范圍廣：下限可達(dá)：下限可達(dá)-270 C C ，上限可達(dá)，上限可達(dá)18001800 C C以以上；上；3 3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計(jì)量委員會(huì)國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類第一節(jié)第一節(jié) 溫度測量的基本概念溫度測量的基本概念 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考（參考端、端、冷冷端端） 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理

8、 左端稱為：左端稱為：測量端測量端（工作（工作端、端、熱熱端端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示結(jié)論：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。一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng) 1821年，德國物理學(xué)家年，德國物理學(xué)家賽貝克賽貝克用兩種不同金屬組成用兩種不同金屬組成閉閉合回路合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？）（說明什么？），如果用兩如果用兩盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)

9、點(diǎn)盞酒精燈對兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小（又說明什么？）（又說明什么？） 。 顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并有電顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng) 自由自由電子電子ABeAB（ T T ）T T結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢的微觀微觀解釋及解釋及圖形符號(hào)圖形符號(hào) 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密兩

10、種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬度不同，在兩金屬A和和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B，使，使A失去電失去電子帶正電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電勢熱電勢。 從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng) 熱電效應(yīng)的熱電效應(yīng)的定義：定義： 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A和和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)串接成一個(gè)閉合回路，

11、當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。象稱為熱電效應(yīng)。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng) BAABNNekTTeln)(ABTT0k k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，e e電子電荷量，電子電荷量，T T接觸處的溫度，接觸處的溫度，N NA A，N NB B分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A A和和B B的自由電子密度。的自由電子密度。BAABNNekTTeln)(00 接觸電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢不同材料之間不同材料之間: 節(jié)點(diǎn)處電子的擴(kuò)散所致節(jié)點(diǎn)處電子的擴(kuò)散所致第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工

12、作原理熱電偶的工作原理 二、熱電勢二、熱電勢 （接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢） 溫差電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢)(0TTeAAA A，B B湯姆遜溫度系數(shù)。湯姆遜溫度系數(shù)。同種材料：同種材料： 兩端溫度不同兩端溫度不同電子運(yùn)動(dòng)速度不同電子運(yùn)動(dòng)速度不同)(0TTeBB回路中總電動(dòng)勢：回路中總電動(dòng)勢：),(),()()(000TTeTTeTeTeEbAABABAB第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 二、熱電勢二、熱電勢 （接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢）ABTT02)2)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫在熱電偶回路中接入第

13、三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。TT0V1)1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 三、熱電偶測溫基本定律三、熱電偶測溫基本定律ABTT0=ACTT0CBTT03)3)參考電極定律參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,BA,B分別與參考電極分別與參考電極C C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)

14、組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，生的熱電動(dòng)勢為已知，A A和和B B兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求得：得：),(),(),(000TTETTETTECBACAB4)4)中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶在兩接點(diǎn)溫度熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t t、t t0 0時(shí)的熱電動(dòng)勢等于該熱電偶在接時(shí)的熱電動(dòng)勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為點(diǎn)溫度為t t、t tn n和和t tn n、t t0 0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。中間溫度定時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。中間溫度定律可以用下式表示：律可以用下式表示：),(),(),(00TTETTETTEnABnAABB中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線

15、的使用提供了理論依據(jù)。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 三、熱電偶測溫基本定律三、熱電偶測溫基本定律 根據(jù)金屬的熱電效應(yīng)原理，任意兩種不同材料的導(dǎo)體都根據(jù)金屬的熱電效應(yīng)原理，任意兩種不同材料的導(dǎo)體都可以作為熱電極組成熱電偶?？梢宰鳛闊犭姌O組成熱電偶。 在實(shí)際應(yīng)用中，用作熱電極的材料應(yīng)具備如下幾方面的在實(shí)際應(yīng)用中，用作熱電極的材料應(yīng)具備如下幾方面的條件：條件：(1)(1)溫度測量范圍廣；溫度測量范圍廣；(2)(2)性能穩(wěn)定；性能穩(wěn)定； (3)(3)物理化學(xué)性能好；物理化學(xué)性能好；第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種

16、類1、熱電偶的材料、熱電偶的材料1）普通工業(yè)裝配式熱電偶的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)裝配式熱電偶的結(jié)構(gòu) 熱電偶通常由熱電極、絕緣管、熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等幾個(gè)主要部分組保護(hù)套管和接線盒等幾個(gè)主要部分組成。成。2、熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類2）鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)2、熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的結(jié)構(gòu) 鎧裝熱電偶的制造工藝鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各

17、種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的測溫問鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點(diǎn)。題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)

18、點(diǎn)。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶外形鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上百米長達(dá)上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護(hù)套管保護(hù)套管（鎧體）（鎧體） BA絕緣絕緣 材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面2、熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的結(jié)構(gòu)3）隔爆型熱電偶隔爆型熱電偶 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空而成的，有一定的厚度、隔爆空間，間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并

19、采用密封圈進(jìn)行密較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場合：使用場合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)自控系自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。境氣體爆炸）。第三節(jié)

20、第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類隔爆隔爆型熱電偶外形型熱電偶外形厚壁保護(hù)管厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒電纜線電纜線其他其他熱電偶外形熱電偶外形小形小形K K型熱電偶型熱電偶1 1）標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶）標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶2 2）非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶）非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶 非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶包括鉑銠系、銥銠系及鎢錸系熱電偶等。非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶包括鉑銠系、銥銠系及鎢錸系熱電偶等。 主要有：鉑銠主要有：鉑銠30-鉑銠鉑銠6熱電偶，熱電偶， 分度號(hào)分度號(hào)“B”； 鉑銠鉑銠10-鉑熱電偶，分度號(hào)鉑熱電偶，分度號(hào)“S”； 鎳鉻鎳鉻-鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 ，分度號(hào)，分度號(hào)“K”； 鎳鉻鎳鉻-康銅熱電偶康銅熱電

21、偶 ，分度號(hào)，分度號(hào)“E”； 鐵鐵-康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)“J”； 銅銅-康銅熱電偶，分度號(hào)康銅熱電偶，分度號(hào)“T”。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類3、熱電偶的種類、熱電偶的種類K K熱電偶的熱電偶的分度表分度表 比較查出的比較查出的3個(gè)熱電勢，可個(gè)熱電勢，可以看出熱電勢是以看出熱電勢是否否線性？線性？ 設(shè)設(shè)冷端為冷端為0 0 C C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值示值及及K熱電偶的熱電偶的分度表，分度表，查出查出熱端的溫度熱端的溫度tx 。如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值4.型型號(hào)號(hào)表表示示第

22、三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償 由于熱電偶產(chǎn)生的電勢與兩端溫度有關(guān)，只有由于熱電偶產(chǎn)生的電勢與兩端溫度有關(guān)，只有將冷端溫度保持恒定才能使熱電勢正確反映熱端的將冷端溫度保持恒定才能使熱電勢正確反映熱端的被測溫度。被測溫度。 由于很難保證冷端溫度在恒定由于很難保證冷端溫度在恒定00故常采取一些故常采取一些冷端補(bǔ)償措施，主要有：冷端補(bǔ)償措施，主要有： 冷端恒溫法冷端恒溫法 、 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 、 計(jì)算修正法、計(jì)算修正法、 橋補(bǔ)償法橋補(bǔ)償法等幾種。等幾種。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端

23、恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法）冷端恒溫法冷端恒溫法 0恒溫器恒溫器 將熱電偶的冷端置于溫度為將熱電偶的冷端置于溫度為0的恒溫器內(nèi)。用于實(shí)驗(yàn)室的恒溫器內(nèi)。用于實(shí)驗(yàn)室或精密的溫度測量?；蚓艿臏囟葴y量。 （冰浴法冰浴法） 其他恒溫器其他恒溫器 將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引入誤差。這類恒溫器的溫度避免由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引入誤差。這類恒溫器的溫度不為不為0，需對熱電偶進(jìn)行冷端溫度修正。，需對熱電偶進(jìn)行冷端溫度修正。冰浴法接線圖冰浴法接線

24、圖 1 1被測流體管道被測流體管道 2 2熱電偶熱電偶 3 3接線盒接線盒 4 4補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 5 5銅質(zhì)導(dǎo)線銅質(zhì)導(dǎo)線 6 6毫伏表毫伏表 7 7冰瓶冰瓶 8 8冰水混合物冰水混合物 9 9試管試管 1010新的冷端新的冷端 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 由于受到材料價(jià)格的限制不可能做很長，而要使其冷端不由于受到材料價(jià)格的限制不可能做很長，而要使其冷端不受測溫對象的溫度影響，必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對象，采用補(bǔ)償受測溫對象的溫度影響，必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對象，采用補(bǔ)償導(dǎo)線可以做到這一點(diǎn)。導(dǎo)線可以做到這一點(diǎn)。所謂所謂補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，實(shí)際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在

25、在0150溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價(jià)格相對要便宜。但價(jià)格相對要便宜。型號(hào)型號(hào)配用熱電偶配用熱電偶正正- -負(fù)負(fù)導(dǎo)線外皮顏色導(dǎo)線外皮顏色 正正- -負(fù)負(fù)SCSC鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑紅紅- -綠綠KCKC鎳鉻鎳鉻 - - 鎳硅鎳硅紅紅- -藍(lán)藍(lán)WCWC5/265/26鎢錸鎢錸5 5- -鎢錸鎢錸2626 紅紅- -橙橙補(bǔ)償導(dǎo)線在補(bǔ)償導(dǎo)線在0 0150150 C范范圍內(nèi)的熱電勢與配套的圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。所以不影響測量精度。第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料

26、、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法）第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法） 補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)溫度一致，是不會(huì)影響熱電動(dòng)勢輸出的。偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)溫度一致，是不會(huì)影響熱電動(dòng)勢輸出的。下面以爐溫測量為例說明補(bǔ)償導(dǎo)線

27、的作用。下面以爐溫測量為例說明補(bǔ)償導(dǎo)線的作用。如采用鎳鉻如采用鎳鉻- -鎳硅熱電偶測爐溫，熱端為鎳硅熱電偶測爐溫，熱端為800 800 ，冷端為，冷端為50 50 ，儀表室為，儀表室為20 20 。先分別查表得：先分別查表得： E E（800,0800,0）=33.277mV=33.277mV、 E(50,0)=2.022mVE(50,0)=2.022mV、 E(20,0)=0.798mVE(20,0)=0.798mV。則不補(bǔ)償時(shí)輸入儀表的熱電勢為：則不補(bǔ)償時(shí)輸入儀表的熱電勢為： E(800,50)=33.277-2.022=31.255mVE(800,50)=33.277-2.022=31.

28、255mV（相當(dāng)于（相當(dāng)于751 751 ），），采用補(bǔ)償導(dǎo)線后則為：采用補(bǔ)償導(dǎo)線后則為： E(800,20)=33.277-0.798=32.479mVE(800,20)=33.277-0.798=32.479mV（相當(dāng)于（相當(dāng)于781 781 ），）， 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法） 計(jì)算修正法計(jì)算修正法 測量值再加上冷端溫度到測量值再加上冷端溫度到0 的熱電勢，現(xiàn)可利用計(jì)算機(jī)的熱電勢，現(xiàn)可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償。例用型熱電偶測溫

29、度，冷端為進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償。例用型熱電偶測溫度，冷端為40 ，測得的熱電勢為測得的熱電勢為29.188(mV)，求被測溫度，求被測溫度T。解：已知解：已知 e(t,40)=29.188(mV) 查查 E(40,0)=1.611(mV) 故故 E(t,0)=29.188+1.611=30.799(mV) 查查K型分度表得：型分度表得：T=740 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法） 電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法熱電偶的電勢與溫度為非線性關(guān)系；而電阻與溫度

30、的關(guān)系熱電偶的電勢與溫度為非線性關(guān)系；而電阻與溫度的關(guān)系是線性的，故是近似關(guān)系。補(bǔ)償原理見下圖：圖中是線性的，故是近似關(guān)系。補(bǔ)償原理見下圖：圖中R1與與R2阻值阻值遠(yuǎn)大于其它電阻，使橋路具有恒流性質(zhì)，并使遠(yuǎn)大于其它電阻，使橋路具有恒流性質(zhì)，并使I1=I2=0.5mA；+-UteR1R2R3R4RCMR5I1I2I因此，其輸出電壓：因此，其輸出電壓： U=e+URCMUR5利用利用e與與URCM的相反變的相反變化來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度的化來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度的改變，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件為：改變，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件為：e= I1RCMt 電橋補(bǔ)償法是電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因

31、冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被，可購買與被補(bǔ)償熱電偶對應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。補(bǔ)償熱電偶對應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。 第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補(bǔ)償、冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法冷端恒溫法 、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償導(dǎo)線法 、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法 和電橋補(bǔ)償法）和電橋補(bǔ)償法） 電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 XT-WBC熱電偶熱電偶 冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器第四節(jié)第四節(jié) 熱電偶的應(yīng)用及配套儀表熱電偶的應(yīng)用及配套儀表 由于我國生產(chǎn)的熱電偶均符合由于我國生產(chǎn)的熱電偶均符合ITS-90國際溫標(biāo)所規(guī)定的標(biāo)國際溫標(biāo)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，其一致性非常好，所以國家又規(guī)定了與每一種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶配準(zhǔn)，其一

32、致性非常好，所以國家又規(guī)定了與每一種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶配套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標(biāo)準(zhǔn)的套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)圈式顯示儀表命名為動(dòng)圈式顯示儀表命名為XC系列系列。有指示型（。有指示型（XCZ）和指示調(diào)節(jié)）和指示調(diào)節(jié)型（型（XCT）等系列品種。與）等系列品種。與K型熱電偶配套的動(dòng)圈儀表型號(hào)為型熱電偶配套的動(dòng)圈儀表型號(hào)為XCZ-101或或XCT-101等。數(shù)字式儀表也有等。數(shù)字式儀表也有指示型（指示型（XMZ）和指示）和指示調(diào)節(jié)型（調(diào)節(jié)型（XMT）等幾種系列品種。等幾種系列品種。 XCZ系列指針式顯示儀表系列指針式顯示儀表 XC系列系列動(dòng)圈式儀動(dòng)

33、圈式儀表測量機(jī)構(gòu)的核心部件表測量機(jī)構(gòu)的核心部件是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。動(dòng)圈式儀表與熱電偶配動(dòng)圈式儀表與熱電偶配套測溫時(shí)，熱電偶、連套測溫時(shí)，熱電偶、連接導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）、接導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）、調(diào)整電阻和顯示儀表組調(diào)整電阻和顯示儀表組成了一個(gè)閉合回路。成了一個(gè)閉合回路。 1熱電偶熱電偶 2補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 3冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器 4外接調(diào)整電阻外接調(diào)整電阻 5銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線 6動(dòng)圈動(dòng)圈 7張絲張絲 8磁鋼（極靴）磁鋼（極靴） 9指針指針 10刻度面板刻度面板 XMZ系列智能數(shù)字顯示儀表系列智能數(shù)字顯示儀表 特點(diǎn)特點(diǎn)： 1、帶冷端溫度、帶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償自動(dòng)補(bǔ)償； 2、單片機(jī)智能化設(shè)計(jì)

34、，儀表零、單片機(jī)智能化設(shè)計(jì)，儀表零點(diǎn)、量程等全部參數(shù)可點(diǎn)、量程等全部參數(shù)可按鍵設(shè)定按鍵設(shè)定； 3、具有軟件校驗(yàn)功能，可通過按、具有軟件校驗(yàn)功能，可通過按鍵對儀表進(jìn)行鍵對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)校準(zhǔn)； 4、具有超量程指示、斷線指示等、具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷故障自診斷功能；功能； 5、采用、采用開關(guān)電源開關(guān)電源，電壓適應(yīng)范圍寬，電壓適應(yīng)范圍寬，儀表體積小、重量輕。儀表體積小、重量輕。 6、220VAC或或24VDC供電電源供電電源。XMT系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀表的特點(diǎn)系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀表的特點(diǎn)n帶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償；帶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償； n具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；

35、具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能； n雙屏顯示、副屏顯示內(nèi)容可設(shè)定；雙屏顯示、副屏顯示內(nèi)容可設(shè)定； n最多可帶最多可帶4路報(bào)警控制繼電器輸出；路報(bào)警控制繼電器輸出； n每個(gè)報(bào)警控制點(diǎn)的回差可設(shè)定；每個(gè)報(bào)警控制點(diǎn)的回差可設(shè)定； n每個(gè)報(bào)警控制點(diǎn)的報(bào)警方式（上限報(bào)警或下限報(bào)警）可分別每個(gè)報(bào)警控制點(diǎn)的報(bào)警方式（上限報(bào)警或下限報(bào)警）可分別設(shè)定。設(shè)定。DDZDDZ型電動(dòng)單元組合型電動(dòng)單元組合儀表中的變送單元之一：儀表中的變送單元之一： 軌裝式溫度變送器軌裝式溫度變送器 它能將熱電偶（或熱電阻）的輸它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的入信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的電流（電

36、壓）信號(hào)，供給顯示、控制電流（電壓）信號(hào)，供給顯示、控制儀表及計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)，廣泛用于冶儀表及計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測溫控制系統(tǒng)中。等行業(yè)的測溫控制系統(tǒng)中。 請將請將右圖各有右圖各有關(guān)設(shè)備關(guān)設(shè)備正正確地連接確地連接起來，組起來，組成熱電偶成熱電偶測溫、控測溫、控溫電路。溫電路。黃黃綠綠紅紅L L1 L L2 L L3 接大地銅排接大地銅排接零接零熱電偶輸出端熱電偶輸出端電爐電爐如何如何根據(jù)常用電路設(shè)備的要求接線根據(jù)常用電路設(shè)備的要求接線380V380V線圈線圈的交流接的交流接觸器連接觸器連接過程過程 當(dāng)溫當(dāng)溫度控制器度

37、控制器測得的溫測得的溫度達(dá)到設(shè)度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，定值時(shí)，5-6兩端開兩端開路，交流路，交流接觸器失接觸器失電，電爐電，電爐回路被切回路被切斷。斷。接大地銅排接大地銅排黃黃綠綠紅紅L L1 L L2 L L3 電爐電爐接零接零“3”端接何處端接何處熱電偶熱電偶220V線圈線圈的交流接觸的交流接觸器連接器連接過程過程LLL123 當(dāng)溫度控當(dāng)溫度控制器測得的溫制器測得的溫度達(dá)到設(shè)定值度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，時(shí)，5-6兩端兩端開路，交流接開路，交流接觸器失電，電觸器失電，電爐回路被切斷。爐回路被切斷。接零接零 注意：圖中注意：圖中還有一根線漏還有一根線漏接，請指正！接，請指正！小結(jié)：小結(jié)： 本次課主要復(fù)習(xí)了熱電

38、偶的原理、種類及其使本次課主要復(fù)習(xí)了熱電偶的原理、種類及其使用中的基本定律，重點(diǎn)介紹了熱電偶在使用中的冷用中的基本定律，重點(diǎn)介紹了熱電偶在使用中的冷端端補(bǔ)償方法以及在溫度檢測中的具體應(yīng)用電路，端端補(bǔ)償方法以及在溫度檢測中的具體應(yīng)用電路， 基本要求基本要求：掌握熱電偶在實(shí)際測溫中的應(yīng)用，：掌握熱電偶在實(shí)際測溫中的應(yīng)用，會(huì)正確選用熱電偶并按要求組成一定的測溫電路。會(huì)正確選用熱電偶并按要求組成一定的測溫電路。 作業(yè)：作業(yè)：上網(wǎng)查找上網(wǎng)查找5家以上生產(chǎn)熱電偶的企業(yè)，家以上生產(chǎn)熱電偶的企業(yè)，列出它們所生產(chǎn)的熱電偶型號(hào)規(guī)格，了解其特性和列出它們所生產(chǎn)的熱電偶型號(hào)規(guī)格，了解其特性和適用范圍。適用范圍。 應(yīng)用

39、實(shí)例應(yīng)用實(shí)例( (補(bǔ)充補(bǔ)充) ) 鹽浴爐溫度控制系統(tǒng)用鹽浴爐溫度控制系統(tǒng)用S型熱電偶檢測溫度信型熱電偶檢測溫度信號(hào)，有冷端補(bǔ)償，溫度信號(hào)通過放大、采樣保持、號(hào)，有冷端補(bǔ)償，溫度信號(hào)通過放大、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換再送單片機(jī)保存，采用分段查表法獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換再送單片機(jī)保存，采用分段查表法獲取各點(diǎn)溫度。選用可控硅過零觸發(fā)自動(dòng)控制鹽浴爐各點(diǎn)溫度。選用可控硅過零觸發(fā)自動(dòng)控制鹽浴爐溫度，控制周期為溫度，控制周期為2s?？砂搭A(yù)設(shè)溫度曲線進(jìn)行加?？砂搭A(yù)設(shè)溫度曲線進(jìn)行加熱，并可實(shí)時(shí)顯示加溫曲線。熱，并可實(shí)時(shí)顯示加溫曲線。 1）系統(tǒng)總體方案）系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)功實(shí)現(xiàn)鹽浴爐的溫本系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)功實(shí)現(xiàn)鹽浴爐的溫度控制，即通過控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的度控制，即通過控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的周波數(shù)比率，從而達(dá)到調(diào)功的目的。晶閘周波數(shù)比率，從而達(dá)到調(diào)功的目的。晶閘管的觸發(fā)由單片機(jī)控制，通過單片機(jī)編程管的觸發(fā)由單片機(jī)控制，通過單片機(jī)編程可方便地實(shí)現(xiàn)按預(yù)定溫度曲線進(jìn)