第九章熱電偶傳感器.

1、2022-5-301第九章第九章 熱電偶傳感器熱電偶傳感器章節(jié)導入：章節(jié)導入： 在眾多測溫傳感器中，熱電偶傳感器已成規(guī)格，在眾多測溫傳感器中，熱電偶傳感器已成規(guī)格，并符合國際計量委員會的標準，在工業(yè)生產(chǎn)和科學并符合國際計量委員會的標準，在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究得到廣泛應用。研究得到廣泛應用。本章要點本章要點:1、了解溫度測量的基本概念和方法；、了解溫度測量的基本概念和方法；2、熱電偶的工作原理，了解熱電偶的分類及特點，、熱電偶的工作原理，了解熱電偶的分類及特點， 會對熱電偶進行選型；會對熱電偶進行選型；3、理解中間計算修正定律，掌握冷端延長的方法，、理解中間計算修正定律，掌握冷端延長的方法， 并會

2、選擇補償導線。并會選擇補償導線。4、掌握控溫儀表的接線方法。、掌握控溫儀表的接線方法。2022-5-302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、溫度測量的基溫度測量的基本概念本概念 溫度標志著物溫度標志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動越劇內(nèi)部分子熱運動越劇烈。烈。 模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！高溫時的運動速度比低溫時快！2022-5-303二、溫標二、溫標 1 1、溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標。它規(guī)、溫度的

3、數(shù)值表示方法稱為溫標。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）以及溫度的定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標確定。單位。各類溫度計的刻度均由溫標確定。 2 2、國際上規(guī)定的溫標有：攝氏溫標、華、國際上規(guī)定的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。氏溫標、熱力學溫標等。 2022-5-304幾種溫標的對比幾種溫標的對比 正常體溫為正常體溫為37 37 C C 相當于華氏相當于華氏溫度溫度1.81.837+3237+32=98=98F F相當于熱力相當于熱力學溫標學溫標37+273=31037+273=310K K2022-5-305熱力學溫標（熱力學溫標（K K）

4、熱力學溫標是建立在熱力學第二定律基礎上的熱力學溫標是建立在熱力學第二定律基礎上的最科學的溫標，是由開爾文（最科學的溫標，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學）根據(jù)熱力學定律提出來的，因此又稱開氏溫標。它的符號是定律提出來的，因此又稱開氏溫標。它的符號是T，單位是開爾文（單位是開爾文（K） 。19901990國際溫標國際溫標( (ITS-90) ITS-90) 從從1990年年1月月1日開始在全世界范圍內(nèi)采用日開始在全世界范圍內(nèi)采用1990年國際溫標，簡稱年國際溫標，簡稱ITS-90。它定義了一系列溫度的。它定義了一系列溫度的固定點，測量和重現(xiàn)這些固定點的標準儀器以及計固定點，測量和重現(xiàn)這些固定

5、點的標準儀器以及計算公式，例如水的三相點為算公式，例如水的三相點為273.16K（0.01 C）等。）等。 2022-5-306三、溫度測量及傳感器分類三、溫度測量及傳感器分類 溫度傳感器按照用途可分為溫度傳感器按照用途可分為 基準溫度計和工業(yè)溫度計；基準溫度計和工業(yè)溫度計；按照測量方法又可分為按照測量方法又可分為 接觸式和非接觸式；接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為按工作原理又可分為 膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，按輸出方式分， 有自發(fā)電型、非電測型等。有自發(fā)電型、非電測型等。 2022-5-307 所利用的物理現(xiàn)象所利用的物理現(xiàn)象傳

6、感器類型傳感器類型測溫范圍測溫范圍/0C特點特點氣體熱膨脹氣體熱膨脹氣體溫度計氣體溫度計液體壓力溫度計液體壓力溫度計玻璃水銀溫度計玻璃水銀溫度計雙金屬片溫度計雙金屬片溫度計-250-25010001000-200-200300300-50-50350350-50-50300300不需要電源、耐用；感溫部件不需要電源、耐用；感溫部件體積較大體積較大接觸熱電動勢接觸熱電動勢鎢錸熱電偶鎢錸熱電偶鉑銠熱電偶鉑銠熱電偶其它熱電偶其它熱電偶100010002100210020020018001800-200-20012001200自發(fā)電型，標準化程度高，品自發(fā)電型，標準化程度高，品種多、可根據(jù)需要選擇；需

7、注種多、可根據(jù)需要選擇；需注意冷鍛溫度補償意冷鍛溫度補償熱電阻熱電阻鉑熱電阻鉑熱電阻熱敏電阻熱敏電阻-200-200900900-50-50200200標準化程度高；需要接入橋路標準化程度高；需要接入橋路得到輸出電壓得到輸出電壓PNPN結結電壓結結電壓硅半導體硅半導體-50-50150150體積小、線性好、測溫范圍小體積小、線性好、測溫范圍小溫度溫度顏色顏色示溫涂料示溫涂料液晶液晶-50-50130013000 0100100面積大、可得到溫度圖像、易面積大、可得到溫度圖像、易衰老、分辨力低衰老、分辨力低光輻射光輻射熱輻射熱輻射紅外輻射溫度計紅外輻射溫度計光學高溫溫度計光學高溫溫度計熱釋電溫度

8、計熱釋電溫度計光子探測器光子探測器-50-5015001500500500300030000 0100010000 035003500非接觸式測量、反應快；易受非接觸式測量、反應快；易受環(huán)境及被測體表面影響；標定環(huán)境及被測體表面影響；標定困難困難表：溫度傳感器種類及特點表：溫度傳感器種類及特點2022-5-308舉例：變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用舉例：變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱散熱風扇風扇低溫時低溫時顯示藍色顯示藍色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色2022-5-309舉例：舉例：體積體積熱膨脹式熱膨脹式 不需要電源，耐用；不需要電源，耐用； 但感溫部件體積較大。但感

9、溫部件體積較大。 氣體的體積與熱力學氣體的體積與熱力學溫度成正比溫度成正比2022-5-3010舉例：舉例：紅外溫度計紅外溫度計2022-5-3011第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理 熱電偶測溫的主要優(yōu)點熱電偶測溫的主要優(yōu)點1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加 電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；2、結構簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和、結構簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制，可按照需要選擇。形狀的限制，可按照需要選擇。3、測溫范圍廣：下限可達、測溫范圍廣：下限可達-270 C C ，上限可

10、達，上限可達 18001800 C C以上；以上；4 4、精度高，各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員、精度高，各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員 會的標準。會的標準。2022-5-3012一、熱電效應：一、熱電效應：先看一個實驗先看一個實驗熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A一端稱為：一端稱為：自由端、自由端、參考端、參考端、冷端冷端 一端稱為：一端稱為：測量端、測量端、工作端、工作端、熱端熱端 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB2022-5-3013通過以上演示得出結論通

11、過以上演示得出結論 熱電偶兩結點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢熱電偶兩結點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢與冷端熱電勢之差，是兩個結點的溫差與冷端熱電勢之差，是兩個結點的溫差t t 的函數(shù)的函數(shù)： E EABAB（T T，T T0 0）= =e eABAB （ T T ）- - e eABAB （ T T0 0 ）熱電勢大致與熱電勢大致與兩個結點的溫差兩個結點的溫差t t 成正比成正比A(nAnB)BT0TeAB(T0)eAB(T)eAB(T)E EABAB（T T，T T0 0）(T(T T T0 0) )2022-5-3014從實驗到理論：熱電效應從實驗到理論：熱電效應 1821年，德國

12、物理學家賽貝克用兩種不同金年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生點（稱為結點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，偏轉(zhuǎn)，如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小 。 顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。點的溫差有關。 2022-5-3015第三節(jié)第三節(jié) 熱電偶的種類

13、及結構熱電偶的種類及結構 一、熱電偶的種類一、熱電偶的種類 1 1、八種國際通用熱電偶：八種國際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 R: R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 K:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 E:E:鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 T:T:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造用于制造鉑鉑熱熱電偶的各種電偶的各種鉑鉑熱電偶絲熱電偶絲2 2、幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢、幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢 分度號分度號 名稱名稱 測量溫度范圍測量溫度范圍 1000 C熱電勢熱電勢/ mVB鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 65018

14、20 C C4.8344.834R鉑銠鉑銠1313鉑鉑-501768 C C10.50610.506S鉑銠鉑銠1010鉑鉑-501768 C C9.5879.587K鎳鉻鎳鉻鎳鉻鎳鉻 (鋁鋁) -2701370 C C41.27641.276E鎳鉻銅鎳鎳鉻銅鎳 (康康 銅銅)270800 C C?2022-5-30173 3、幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關系曲線分析 N N、K K、E E熱電偶熱電偶的測溫上限較高的測溫上限較高 E E、J J、K K、N N熱熱電偶的靈敏度較高電偶的靈敏度較高 R R、S S、B B熱電偶熱電偶的靈敏度較低的靈敏度

15、較低 多數(shù)熱電偶的多數(shù)熱電偶的線性較差線性較差 國際計量委員國際計量委員會公布了分度表，會公布了分度表，所以多采用查表法。所以多采用查表法。 因為繪制熱電勢因為繪制熱電勢-溫度曲線或制定分度表時，總是將冷端置溫度曲線或制定分度表時，總是將冷端置于于0這一規(guī)定環(huán)境中的緣故這一規(guī)定環(huán)境中的緣故所有曲線均過原點。所有曲線均過原點。4 4、熱電偶的分度表、熱電偶的分度表 我國從我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)年開始采用國際計量委員會規(guī)定的定的“1990年國際溫標年國際溫標”（簡稱（簡稱ITS-90）的新）的新標準。按此標準，制定了相應的分度表，并且標準。按此標準，制定了相應的分度表，并且有相應

16、的線性化集成電路與之對應。有相應的線性化集成電路與之對應。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必關系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為須為0 0 C C。 練習查練習查K K熱熱電偶的分度電偶的分度表：分別查表：分別查出出0 00 0C C、1001000 0C C的熱的熱電勢。電勢。 2022-5-3020 設冷端為設冷端為0 0 C C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及K K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度熱電偶的分度表，查出熱端的溫度t tx x為為7307300 0C C 。t

17、1AB00C接線盒接線盒1t2t3CuCuCuCutxux+-30mV5、八種國際通用熱電偶特性、八種國際通用熱電偶特性 表：八種國際通用熱電偶特性表名名 稱稱分分度度號號測溫范圍測溫范圍/100100時的時的熱電熱電勢勢/ /mVmV1000的的熱電熱電勢勢/mV特特 點點鉑銠鉑銠3030- -鉑鉑銠銠6 6B B5050182018200.0330.0334.834熔點高，測溫上限高，性能穩(wěn)定，熔點高，測溫上限高，性能穩(wěn)定，準確度高，準確度高，100100以下熱電勢極小，以下熱電勢極小，所以可不必考慮冷端溫度補償；所以可不必考慮冷端溫度補償；價昂，熱電勢小，線性差；只適價昂，熱電勢小，線性

18、差；只適用于高溫域的測量用于高溫域的測量鉑銠鉑銠1313- -鉑鉑R-5017680.6470.64710.50610.506 使用上限較高，準確度高，性能使用上限較高，準確度高，性能穩(wěn)定，復現(xiàn)性好；但熱電勢較小，穩(wěn)定，復現(xiàn)性好；但熱電勢較小，不能在金屬蒸氣和還原性氣氛中不能在金屬蒸氣和還原性氣氛中使用，在高溫下連續(xù)使用時特性使用，在高溫下連續(xù)使用時特性會逐漸變壞，價昂；多用于精密會逐漸變壞，價昂；多用于精密測量測量鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑S-50-50176817680.6460.6469.5879.587 優(yōu)點同上；但性能不如優(yōu)點同上；但性能不如R型熱電型熱電偶；長期以來曾經(jīng)作為國際溫標

19、偶；長期以來曾經(jīng)作為國際溫標的法定標準熱電偶的法定標準熱電偶鉑銠鉑銠3030表示該合金含表示該合金含70%70%的鉑及的鉑及30%30%的銠，以下類推。的銠，以下類推。鎳鉻鎳鉻- -鎳硅鎳硅K- -27013704.09641.276 熱電勢大，線性好，穩(wěn)定性熱電勢大，線性好，穩(wěn)定性好，價廉；但材質(zhì)較硬，在好，價廉；但材質(zhì)較硬，在10001000以上長期使用會引起熱以上長期使用會引起熱電勢漂移；多用于工業(yè)測量電勢漂移；多用于工業(yè)測量鎳鉻硅鎳鉻硅- -鎳鎳硅硅N- -27013002.74436.256 是一種新型熱電偶，各項性是一種新型熱電偶，各項性能均比能均比K K型熱電偶好，適宜于型熱電偶

20、好，適宜于工業(yè)測量工業(yè)測量鎳鉻鎳鉻- -銅鎳銅鎳（錳白銅）（錳白銅）E- -2708006.319熱電勢比熱電勢比K K型熱電偶大型熱電偶大50%50%左右左右線性好，耐高濕度，價廉；但線性好，耐高濕度，價廉；但不能用于還原性氣氛；多用于不能用于還原性氣氛；多用于工業(yè)測量工業(yè)測量鐵鐵- -銅鎳銅鎳（錳白銅）（錳白銅）J-2107605.269 價格低廉，在還原性氣體中價格低廉，在還原性氣體中較穩(wěn)定；但純鐵易被腐蝕和氧較穩(wěn)定；但純鐵易被腐蝕和氧化；多用于工業(yè)測量化；多用于工業(yè)測量銅銅- -銅鎳銅鎳（錳白銅）（錳白銅）T- -2704004.279 價廉，加工性能好，離散性價廉，加工性能好，離散性

21、小，性能穩(wěn)定，線性好，準確小，性能穩(wěn)定，線性好，準確度高；銅在高溫時易被氧化，度高；銅在高溫時易被氧化，測溫上限低；多用于低溫域測測溫上限低；多用于低溫域測量。可作量?？勺?200-20000溫域的計溫域的計量標準量標準2022-5-3023二、結構形式二、結構形式1 1、普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝螺紋安裝螺紋安裝法蘭安裝法蘭2022-5-3024普通裝配型普通裝配型熱電偶的結構熱電偶的結構放大圖放大圖 接線盒接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時用塑料包裹）（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護管保護管 2022-

22、5-30252 2、鎧裝型熱電偶外形、鎧裝型熱電偶外形法蘭法蘭薄壁金屬薄壁金屬 保護套管保護套管（鎧體）（鎧體） BA鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面絕緣絕緣 材料材料A A、B B為兩電極為兩電極2022-5-3026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置在金屬保護管中、運用把熱電極材料與高溫絕緣材料預置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟

23、、細長的鎧裝熱電偶。線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點：鎧裝熱電偶特點： 內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧內(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、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有可以制作得很細，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?？拐?、可彎曲、超長等優(yōu)點。 2022-5-30273 3、薄膜型熱電偶結構與外形、薄膜型熱電偶結構與外形 薄膜熱電偶是由兩薄膜熱電偶是由兩 種薄膜熱電極材料種薄膜熱電極材料

24、, ,用真用真空蒸鍍、化學凃?qū)拥绒k空蒸鍍、化學凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶。制成的一種特殊熱電偶。 薄膜熱電偶的熱接薄膜熱電偶的熱接點可以做得很?。杀↑c可以做得很小（可薄到到0.010.1m0.010.1m）, ,具有具有熱容量小熱容量小, ,反應速度快等反應速度快等的特點的特點, ,熱相應時間達到熱相應時間達到微秒級微秒級, ,適用于微小面積適用于微小面積上的表面溫度以及快速上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。變化的動態(tài)溫度測量。1 12 23 34 45 5B BA A+ +- -冷端冷端冷端冷端1 1工作端工作端 2 2薄膜熱電極薄膜熱電極

25、3 3絕緣基地絕緣基地4 4引腳接頭引腳接頭 5 5相同材料引出線相同材料引出線2022-5-30284 4、（補充）隔爆型熱電偶外形、（補充）隔爆型熱電偶外形厚壁保護管厚壁保護管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒2022-5-3029結構特點：結構特點： 隔爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊結構，它的隔爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊結構，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構強接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內(nèi)一旦放弧時，不會與外界

26、環(huán)境的危險氣體傳爆，能當接線盒內(nèi)一旦放弧時，不會與外界環(huán)境的危險氣體傳爆，能達到預期的防爆、隔爆效果。達到預期的防爆、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化學工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學工業(yè)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、易爆等化學氣體或在化工生產(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）。爆炸）。2022-5-3030第四節(jié)第四節(jié) 熱電偶冷端的延長熱電偶冷端的延長 實際測量時，熱電偶長度有限，冷端溫度直接受到被

27、測物實際測量時，熱電偶長度有限，冷端溫度直接受到被測物溫度和環(huán)境溫度的影響。工業(yè)中采用冷端延長的方法，使冷溫度和環(huán)境溫度的影響。工業(yè)中采用冷端延長的方法，使冷端遠離高溫區(qū)。如果將熱電偶做得太長、不經(jīng)濟，采用補償導端遠離高溫區(qū)。如果將熱電偶做得太長、不經(jīng)濟，采用補償導線將冷端延長。線將冷端延長。一、可以證明：一、可以證明： 補償導線在補償導線在0 0100100 C C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。勢相等，所以不影響測量精度。二、補償導線的好處：二、補償導線的好處： （1 1）將自由端從溫度波動區(qū)延長到溫度穩(wěn)定區(qū)，使指示儀）將自由

28、端從溫度波動區(qū)延長到溫度穩(wěn)定區(qū)，使指示儀表的示數(shù)穩(wěn)定。表的示數(shù)穩(wěn)定。 （2 2）補償導線比使用相同長度的熱電極便宜許多。）補償導線比使用相同長度的熱電極便宜許多。 （3 3）補償導線用銅及銅合金制作，單位長度直流電阻比熱）補償導線用銅及銅合金制作，單位長度直流電阻比熱電極小得多，可以減小測量誤差。電極小得多，可以減小測量誤差。 （4 4）補償導線用塑料做絕緣層，自身為柔軟的銅合金，易）補償導線用塑料做絕緣層，自身為柔軟的銅合金，易于彎曲，便于敷設。于彎曲，便于敷設。 2022-5-3031三、補償導線的注意事項：三、補償導線的注意事項：（1 1）兩根補償導線與兩個熱電極接點必須有相同溫度）兩根

29、補償導線與兩個熱電極接點必須有相同溫度（2 2）補償導線必須與相應的型號的熱電偶配用）補償導線必須與相應的型號的熱電偶配用（3 3）必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用）必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用（4）極性切勿接反。）極性切勿接反。型號型號配用熱電偶配用熱電偶正正- -負負導線外皮顏色導線外皮顏色 正正- -負負SCSC鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑紅紅- -綠綠KCKC鎳鉻鎳鉻 - - 鎳硅鎳硅紅紅- -藍藍WCWC5/265/26鎢錸鎢錸5 5- -鎢錸鎢錸2626 紅紅- -橙橙四、補償導線型號四、補償導線型號補償導線型號（續(xù)）補償導線型號（續(xù)）型號型號配用熱電偶配用熱電偶正正-負負導線外皮導線外皮顏

30、色顏色 正正-負負100 C時的時的熱電勢熱電勢/ mVRCR （鉑銠（鉑銠1313鉑）鉑）紅紅-綠綠 0.647NC N（鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅） 紅紅-黃黃2.744EXE 鎳鉻鎳鉻銅鎳銅鎳）紅紅-棕棕6.319JXJ（鐵鐵銅鎳銅鎳）紅紅-紫紫5.264TXT （銅銅銅鎳銅鎳 ） 紅紅-白白4.2792022-5-3033五、補償導線外形五、補償導線外形 紅色紅色A棕色棕色B屏蔽層屏蔽層保護層保護層2022-5-3034第五節(jié)第五節(jié) 熱電偶的冷端溫度補償熱電偶的冷端溫度補償 用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)- -溫度時，必須滿足溫度時，必須滿足t t0 0=0=0 C C的條

31、的條件。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣件。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t t0 0不不但不是但不是0 0 C C，而且也不恒定，而且也不恒定， 因此將產(chǎn)生誤差。一般情況下，因此將產(chǎn)生誤差。一般情況下，冷端溫度均高于冷端溫度均高于0 0 C C，熱電勢總是偏小。應想辦法消除或補償，熱電勢總是偏小。應想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失熱電偶的冷端損失 。冷端溫度補償?shù)姆椒ɡ涠藴囟妊a償?shù)姆椒ㄒ?、冷端恒溫法：一、冷端恒溫法?將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在冷端的溫度保持在0 0 C C不變

32、。此法也稱冰浴法，它消除了不變。此法也稱冰浴法，它消除了t t0 0不不等于等于0 0 C C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。實驗室中。 2022-5-3035冰浴法接線圖冰浴法接線圖 1被測流體管道被測流體管道 2熱電偶熱電偶 3接線盒接線盒 4補償導線補償導線 5銅質(zhì)導線銅質(zhì)導線 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9試管試管 10新的冷端新的冷端 1 1、冰浴法、冰浴法 在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在在0 0 C C不變。不變。2022-5-303

33、62 2、恒溫器法：、恒溫器法： 將熱電偶的冷端置于電熱恒溫器中，恒溫器的溫將熱電偶的冷端置于電熱恒溫器中，恒溫器的溫度略高于環(huán)境溫度的上限（例如度略高于環(huán)境溫度的上限（例如4040）。）。3 3、空調(diào)法：、空調(diào)法： 將熱電偶的冷端置于恒溫空調(diào)房間中，使冷端將熱電偶的冷端置于恒溫空調(diào)房間中，使冷端溫度恒定。溫度恒定。應該指出的是：應該指出的是： 除了冰浴法是使冷端溫度保持除了冰浴法是使冷端溫度保持00外，后兩種方外，后兩種方法只是使冷端維持在某一恒定（或變化較?。┑臏胤ㄖ皇鞘估涠司S持在某一恒定（或變化較?。┑臏囟壬?，因此后兩種方法仍必須采用下述幾種方法予度上，因此后兩種方法仍必須采用下述幾種方

34、法予以修正。以修正。 2022-5-3037二、計算修正法二、計算修正法 當熱電偶的冷端溫度當熱電偶的冷端溫度t0 0 C時，由于熱端與時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電電勢勢EAB（t，t0）與冷端為）與冷端為0 C時所測得的熱電時所測得的熱電勢勢EAB（t，0 C）不等。若冷端溫度高于）不等。若冷端溫度高于0 C，則，則EAB（t，t0）EAB（t，0 C）?？梢岳孟率接嬎悴⑿蓿?。可以利用下式計算并修正測量誤差：正測量誤差： EAB（t，0 C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0 C）2022-5-3038舉例說明舉例

35、說明例：用鎳鉻例：用鎳鉻- -鎳硅（鎳硅（K K型）熱電偶測爐溫時，冷端溫型）熱電偶測爐溫時，冷端溫度度t t0 0=30=30，在直流毫伏表上測得的熱電勢，在直流毫伏表上測得的熱電勢E EABAB（t t，3030）=38.505mV=38.505mV，試求爐溫為多少？，試求爐溫為多少？解：查鎳鉻解：查鎳鉻- -鎳硅熱電偶分度表，得到鎳硅熱電偶分度表，得到E EABAB（3030，00）=1.203mV=1.203mV。E EABAB（t t，00）= =E EABAB（t t，3030）+ +E EABAB（3030，00）= =（38.505+1.20338.505+1.203）mV=3

36、9.708mVmV=39.708mV 反查反查K K型熱電的偶分度表，得到型熱電的偶分度表，得到t t=960=960。該方法適用于熱電偶冷端溫度較恒定的情況。在智該方法適用于熱電偶冷端溫度較恒定的情況。在智能化儀表中，查表及運算過程均可由計算機完成。能化儀表中，查表及運算過程均可由計算機完成。2022-5-3039三、儀表機械零點調(diào)整法三、儀表機械零點調(diào)整法 用螺絲用螺絲刀調(diào)節(jié)儀表刀調(diào)節(jié)儀表面板上的面板上的“機械零機械零點點”，使指，使指針指到氣溫針指到氣溫t t0 0（圖中為（圖中為40 40 C C）的）的刻刻度上，進行度上，進行冷端補償，冷端補償，此法有一定此法有一定誤差，簡單，誤差，

37、簡單，工業(yè)中經(jīng)常工業(yè)中經(jīng)常用。用。機械零點機械零點2022-5-3040四、電橋補償法四、電橋補償法 RlRl, R2, R3, R2, R3一般由電阻一般由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅扮繞制，溫度系數(shù)很小的錳銅扮繞制，阻值一般不隨溫度變化，阻值一般不隨溫度變化，RtRt由溫度系數(shù)較大的銅線繞制，由溫度系數(shù)較大的銅線繞制，由穩(wěn)壓電源提供電橋電源。由穩(wěn)壓電源提供電橋電源。 00時電橋平衡，時電橋平衡，R1=R2=R1=R2=R3=Rt, UabR3=Rt, Uab=0=0，對測量無影響，對測量無影響 當環(huán)境溫度變化時，當環(huán)境溫度變化時，RtRt阻值隨即變化，橋路失去阻值隨即變化，橋路失去平衡，此時平衡

38、，此時UabUab與熱電偶的熱電動勢與熱電偶的熱電動勢E E疊加，最后輸出疊加，最后輸出, , 適當選擇橋路電阻，使適當選擇橋路電阻，使UabUab正好補償由于冷端溫度正好補償由于冷端溫度變化引起的熱電動勢變化值，即可使輸出端指示出正變化引起的熱電動勢變化值，即可使輸出端指示出正確溫度。此方法選配繁瑣，影響精度確溫度。此方法選配繁瑣，影響精度Rt-+ABabR1R2R3+-EABV2022-5-3041電橋補償法電橋補償法 XT-WBC熱熱電偶電偶 冷端補償器。冷端補償器。 電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起

39、的熱電勢變來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。自動電子電位計、溫度變送器、數(shù)字式儀表等化值。自動電子電位計、溫度變送器、數(shù)字式儀表等的測量電路已設置了冷端補償器，熱電偶與它們配套的測量電路已設置了冷端補償器，熱電偶與它們配套時不必另行配置冷端補償器。時不必另行配置冷端補償器。 2022-5-3042五、半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度五、半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度 現(xiàn)在普遍使用半導體集成溫度傳感器來測量室溫?，F(xiàn)在普遍使用半導體集成溫度傳感器來測量室溫。它具有體積小、集成度高、準確度高、線性好、輸出它具有體積小、集成度高、準確度高、線性好、輸出信號大、無需冷端補償、不需要進

40、行溫度標定、熱容信號大、無需冷端補償、不需要進行溫度標定、熱容量小、外圍電路簡單等優(yōu)點。只要將它置于熱電偶冷量小、外圍電路簡單等優(yōu)點。只要將它置于熱電偶冷端附近，將該傳感器的輸出電壓作簡單的換算，就能端附近，將該傳感器的輸出電壓作簡單的換算，就能得到熱電偶的冷端溫度，從而用計算修正法進行冷端得到熱電偶的冷端溫度，從而用計算修正法進行冷端溫度補償。溫度補償。常用的集成溫度傳感器有：常用的集成溫度傳感器有： AD590AD590系列電流輸出型溫度傳感器、系列電流輸出型溫度傳感器、數(shù)字輸出型集數(shù)字輸出型集成溫度傳感器成溫度傳感器LM74LM74、專用熱電偶冷端溫度補償芯片、專用熱電偶冷端溫度補償芯片

41、MAX6675MAX6675等。等。2022-5-3043半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度舉例半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度舉例AD590Rf=100KR2=20K+6V+-6V-RP=4.7K20K273uAUo=(0.1V/0C)半導體集成溫度半導體集成溫度傳感器的外形傳感器的外形半導體集成溫度傳感器半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度線路測量冷端溫度線路2022-5-3044半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度半導體集成溫度傳感器測量冷端溫度 電流輸出型的電流輸出型的AD590AD590集成溫度傳感器的冷端溫度。集成溫度傳感器的冷端溫度。是兩線制器件，其測溫范圍是兩線制器件，其測溫范圍-55-

42、55+150+1500 0C C，靈敏度為，靈敏度為1 1uAuA/K/K，0 00 0C C時該器件的輸出電流為時該器件的輸出電流為273273uAuA。電阻。電阻R Rl l將將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于輸出信號所以其輸出線即使電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于輸出信號所以其輸出線即使長達長達200m200m，也不影響測量深度。若要達到與攝氏溫，也不影響測量深度。若要達到與攝氏溫度成正比的電壓輸出，可以用運算放大器的反相加度成正比的電壓輸出，可以用運算放大器的反相加法電路實現(xiàn)。法電路實現(xiàn)。2022-5-3045第六節(jié)第六節(jié) 熱電偶的應用及配套儀表熱電偶的應用及配套儀表 由于我國生產(chǎn)的熱電偶均符合由于我國生產(chǎn)的

43、熱電偶均符合ITS-90國際溫標國際溫標所規(guī)定的標準，其一致性非常好，所以國家又規(guī)定所規(guī)定的標準，其一致性非常好，所以國家又規(guī)定了與每一種標準熱電偶配套的儀表，它們的顯示值了與每一種標準熱電偶配套的儀表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標準的動圈式顯示為溫度，而且均已線性化。國家標準的動圈式顯示儀表命名為儀表命名為XC系列。有指示型（系列。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型熱電偶配套的動圈型熱電偶配套的動圈儀表型號為儀表型號為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）和指示調(diào)節(jié)型（

44、）和指示調(diào)節(jié)型（XMT）等幾種系列）等幾種系列品種。品種。 2022-5-3046一、一、XCZXCZ系列指針式顯示儀表系列指針式顯示儀表 XCXC系列動圈式儀表系列動圈式儀表測量機構的核心部件是測量機構的核心部件是一個磁電式毫伏計。動一個磁電式毫伏計。動圈式儀表與熱電偶配套圈式儀表與熱電偶配套測溫時，熱電偶、連接測溫時，熱電偶、連接導線（補償導線）、調(diào)導線（補償導線）、調(diào)整電阻和顯示儀表組成整電阻和顯示儀表組成了一個閉合回路。了一個閉合回路。 1熱電偶熱電偶 2補償導線補償導線 3冷端補償器冷端補償器 4外接調(diào)整電阻外接調(diào)整電阻 5銅導線銅導線 6動圈動圈 7張絲張絲 8磁鋼（極靴）磁鋼（極

45、靴） 9指針指針 10刻度面板刻度面板 2022-5-3047二、二、XMZXMZ系列智能數(shù)字顯示儀表系列智能數(shù)字顯示儀表 特點：特點： 1、帶冷端溫度自動補償；、帶冷端溫度自動補償； 2、單片機智能化設計，儀表零點、量程等全部、單片機智能化設計，儀表零點、量程等全部 參數(shù)可按鍵設定；參數(shù)可按鍵設定； 3、具有軟件校驗功能，可通過按鍵對儀表進行校準；、具有軟件校驗功能，可通過按鍵對儀表進行校準； 4、具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；、具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能； 5、采用開關電源，電壓適應范圍寬，儀表體積小、采用開關電源，電壓適應范圍寬，儀表體積小、 重量輕。重量輕。

46、6、220VAC或或24VDC供電電源供電電源。2022-5-3048XMZXMZ系列智數(shù)字顯示儀表外形系列智數(shù)字顯示儀表外形 2022-5-3049XMTXMT系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀表的特點系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀表的特點n帶冷端溫度自動補償；帶冷端溫度自動補償； n具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；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)容可設定；雙屏顯示、副屏顯示內(nèi)容可設定； n最多可帶最多可帶4路報警控制繼電器輸出；路報警控制繼電器輸出； n每個報警控制點的回差可設定；每個報警控制點的回差可設定； n每個報警控制點的報警方式（上限報警或下限報

47、每個報警控制點的報警方式（上限報警或下限報警）可分別設定。警）可分別設定。2022-5-3050其他與熱電偶的配套的儀表其他與熱電偶的配套的儀表 數(shù)字式溫度數(shù)字式溫度 顯示調(diào)節(jié)儀顯示調(diào)節(jié)儀2022-5-3051 DDZDDZ型電動單元組合型電動單元組合 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）它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號線性地轉(zhuǎn)換成與溫度的輸入信號線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的電流（電壓）信號，供成比例的電流（電壓）信號，供給顯示、控制儀表及計算機集散給顯示、控制儀表及計算機集散系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測溫控制系統(tǒng)中。溫控制系統(tǒng)中。2022-5-3052根據(jù)常用電路設備的要求接線根據(jù)常用電路設備的要求接線利用利用 XMTXMT儀表儀表 組成熱電偶組成熱電偶 測溫、控溫電路測溫、控溫電路 熱電偶熱電偶2022-5-3053380V380V線圈線圈的交流接的交流接觸器連接觸器連接過程過程 當溫當溫度控制器度控制器測得的溫測得的溫度達到設度達到設定值時，定值時，5-6兩端開兩端開路，交流路，交流接觸器