熱電偶傳感器

1、關(guān)于熱電偶傳感器第一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.1 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路當(dāng)兩個(gè)接觸端TT0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，即熱電效應(yīng)。 熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)決定上一頁(yè)下一頁(yè)返 回冷端/參比端工作端EAB(T, T0)= EAB(T)- EAB(T0)第二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 接觸電勢(shì)k 玻耳茲曼常數(shù)；T 接觸面的絕對(duì)溫度；e 單位電荷量；NA金屬電極A的自由電子密度NB金屬電極B的自由電子密度接觸電勢(shì)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 溫差電勢(shì) 湯姆遜系數(shù)，它表

2、示溫度為1時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值， 它與材料的性質(zhì)有關(guān)。 溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)） 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 熱電偶回路的總熱電勢(shì) 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱電極A和B為同一種材料時(shí)，NA=NB, A=B，則EAB(T, T0)=0。若熱電偶兩端處于同一溫度下， T=T0 ，則EAB(T, T0)=0 。熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件：一、兩種不同的金屬材料組成熱電偶， 二、它的兩端存在溫差。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱電勢(shì)是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。當(dāng)T0=0時(shí)，

3、f (T0)=0則有：E與T之間有唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，因此就可以用測(cè)量到的熱電勢(shì)E來(lái)得到對(duì)應(yīng)的溫度值T，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只是與導(dǎo)體A和B的材料有關(guān)，與冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長(zhǎng)短及兩導(dǎo)體接觸面積無(wú)關(guān)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回對(duì)式（6.3.3）進(jìn)行整理，則有： 第七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，想要得到熱電動(dòng)勢(shì)數(shù)值，必須要在熱電偶回路中引入第3種導(dǎo)體，接入測(cè)量?jī)x表。在參比端溫度為0條件下，常用熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)與溫度一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系都可以從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表中查到，這種表稱為熱電偶的分度表。與分度表所對(duì)應(yīng)的該熱電偶的代號(hào)則稱為分度號(hào)。 第八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作

4、于2022年6月6.3.2 熱電偶的基本定律1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律2. 中間導(dǎo)體定律3. 連接導(dǎo)體定律4. 等值替代定律 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶必須采用兩種不同材料的導(dǎo)體組成，熱電偶的熱電勢(shì)僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無(wú)關(guān)。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場(chǎng)中測(cè)溫時(shí)將造成測(cè)量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 中間

5、導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間導(dǎo)體接入的影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回為用測(cè)量?jī)x表測(cè)量回路的熱電動(dòng)勢(shì)提供理論依據(jù)第十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 中間溫度定律 為在工業(yè)測(cè)量溫度中使用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論基礎(chǔ)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 等值替代定律 如果使熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)等于熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，即則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。 第十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.3 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)

6、準(zhǔn)化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)熱電偶電極材料的要求： （1）在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介質(zhì)變化；物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕。 （2）電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)較小。 （3）由它們組成的熱電偶，熱電動(dòng)勢(shì)隨溫度的變化率要大，并且希望該變化率在測(cè)溫范圍內(nèi)接近常數(shù)。 （4）材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好，復(fù)制工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。 第十五張，PP

7、T共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表6.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)熱電偶名稱分度號(hào)熱電極識(shí)別E（100,0）（mV）測(cè)溫范圍（）對(duì)分度表允許偏差（）新極性識(shí)別長(zhǎng)期短期等級(jí)使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460130016006001.5負(fù)亮白柔軟6000.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470130016006001.5負(fù)柔軟11000.25%t鉑銠30-鉑銠B正較硬0.0330160018006009004負(fù)稍軟8000.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.096012001300-4013002.5或0.75%t負(fù)稍親磁-200402.5或1.5%t鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774

8、-20012001300-4011001.5或0.4%t負(fù)稍親磁-4013002.5或0.75%t鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200760850-409002.5或0.75%t負(fù)亮黃-200402.5或1.5%t銅-康銅T正紅色4.279-200350400-403501或0.75%t負(fù)銀白色-200401或1.5%t鐵-康銅J正親磁5.269-40600750-407502.5或0.75%t負(fù)不親磁上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 鉑銠10-鉑熱電偶（S型）貴金屬熱電偶。電極線徑規(guī)定為0.5mm，正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金負(fù)極（SN）為純鉑，

9、故俗稱為單鉑銠熱電偶。長(zhǎng)期最高使用溫度為1300，短期最高使用溫度為1600。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)和使用壽命長(zhǎng)，物理化學(xué)性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染敏感，貴金屬材料昂貴，因此一次性投資較大。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 鉑銠30-鉑銠6（B型）為貴金屬熱電偶。熱偶絲線徑規(guī)定為0.5mm，正極（BP）和負(fù)極（BN）的名義化學(xué)成分均為鉑銠合金，只是含量不同，故俗稱為雙鉑銠熱電偶。長(zhǎng)期最高使用溫度為1600，短期最高使用溫度為1800。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)

10、溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等，適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸汽中；參比端不需進(jìn)行冷端補(bǔ)償，因?yàn)樵?50范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3V。缺點(diǎn)：熱電率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型）使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其它熱電偶的總和正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr=90:10，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)化學(xué)成分為Ni:Si=97:3。其使用溫度為-2001300。優(yōu)點(diǎn)：線性度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性均好，抗氧化

11、性強(qiáng)，價(jià)格便宜。能用于氧化性和惰性氣氛中。K型熱電偶不能在高溫下直接用于還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型）稱為鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉價(jià)金屬熱電偶。其正極（EP）為鎳鉻10合金，化學(xué)成分與KP相同，負(fù)極（EN）為銅鎳合金，名義化學(xué)成分為55%的銅、45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素。該熱電偶電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之最，宜制成熱電偶堆來(lái)測(cè)量微小溫度變化。E型熱電偶可用于濕度較大的環(huán)境里，具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但不能在高溫下用于硫、還原性氣氛中

12、。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱電特性曲線，可以得出以下結(jié)論：（1） 時(shí)，所有型號(hào)的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)均為零；當(dāng)時(shí) ，熱電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。（2）不同型號(hào)的熱電偶在相同溫度下，熱電動(dòng)勢(shì)一般有較大的差別；在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中，B型熱電偶的靈敏度最低，E型熱電偶靈敏度最高。（3）如果把溫度和熱電動(dòng)勢(shì)間關(guān)系繪成曲線，可以看到溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系一般為非線性；正是由于熱電偶的這種非線性特性，當(dāng)冷端溫度 時(shí)，則不能用測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì) 直接查分度表得 ，然后再加 ，而應(yīng)該先求

13、E(t,0)再查分度表求得t第二十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例6.3.1 用（S型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若參比端溫度T0=30，測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,Tn)=7.5mV，求測(cè)量端實(shí)際溫度T。查分度表有E（30，0）= 0.173 mV 反查分度表有T=830，即測(cè)量端實(shí)際溫度。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表6.3.2 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的特性熱電偶種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)B適于測(cè)量1000以上的高溫常溫下熱電動(dòng)勢(shì)極小，可不用補(bǔ)償導(dǎo)線抗氧化、耐化學(xué)腐蝕在中低溫領(lǐng)域熱電動(dòng)勢(shì)小，不能用于600以下靈敏度低熱電動(dòng)勢(shì)的線性不好R、S精度高、穩(wěn)定性好，不易劣化抗氧化、

14、耐化學(xué)腐蝕可作標(biāo)準(zhǔn)靈敏度低不適用于還原性氣氛(尤其是H2、金屬蒸氣)熱電動(dòng)勢(shì)的線性不好價(jià)格高N熱電動(dòng)勢(shì)線性好1200以下抗氧化性能良好短程表序結(jié)構(gòu)變化影響小不適用于還原性氣氛同貴金屬勢(shì)電偶相比時(shí)效變化大K熱電動(dòng)勢(shì)線性好1000下抗氧化性能良好在廉金屬熱電偶中穩(wěn)定性更好不適用于還原性氣氛同貴金屬熱電偶相比時(shí)效變化大因短程有序結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生誤差E在現(xiàn)有的熱電偶中，靈敏度最高同J型相比，耐熱性能良好兩極非磁性不適用于還原性氣氛熱導(dǎo)率低具有微滯后現(xiàn)象J可用于還原性氣氛熱電動(dòng)勢(shì)較K型高20%左右鐵正極易生銹熱電特性漂移大T熱電動(dòng)勢(shì)線性好低溫特性好產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好可用于還原性氣氛使用溫度低銅正極易氧化熱傳

15、導(dǎo)誤差大上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.4 熱電偶結(jié)構(gòu)為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套管也是必不可少的。1. 普通型裝配式結(jié)構(gòu)2. 柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 普通型裝配式結(jié)構(gòu)（a）1接線柱；2接線座；3絕緣套管；4熱電極（b）1測(cè)量端；2熱電極；3絕緣套管；4保護(hù)管；5接線盒上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)測(cè)量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎

16、曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)合，耐壓、耐振、耐沖擊上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖6.3.6 鎧裝熱電偶1-接線盒 2-金屬套管 3-固定裝置 4-絕緣材料 5-熱電極 第二十八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （3）多點(diǎn)式熱電偶 多點(diǎn)式熱電偶是用多支不同長(zhǎng)度的熱電偶感溫元件，用多孔的絕緣管組裝而成，適合于化工生產(chǎn)中反應(yīng)器不同高度的多點(diǎn)溫度測(cè)量，如測(cè)量合成塔不同位置的溫度。 第二十九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （4）隔爆外殼型熱電偶 隔爆外殼型熱電偶基本參數(shù)與普通熱電偶一樣，區(qū)別在于采用了防爆結(jié)構(gòu)的接線盒。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在易

17、燃易爆氣體時(shí)，必須使用隔爆外殼型熱電偶。 第三十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （5）表面型熱電偶 表面型熱電偶是利用真空鍍膜法將兩電極材料蒸鍍?cè)诮^緣基底上的薄膜熱電偶，專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量各種形狀的固體表面溫度，反應(yīng)速度極快，熱慣性極小。它作為一種便攜式測(cè)溫計(jì)，在紡織、印染、橡膠、塑料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 第三十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.5 補(bǔ)償導(dǎo)線 使用專(zhuān)用的廉價(jià)導(dǎo)線，將熱電偶的參比端延伸出來(lái)，以解決參比端溫度的恒定問(wèn)題，這種導(dǎo)線就稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 第三十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 補(bǔ)償導(dǎo)線通常用比兩根熱電極材料便宜得多的兩種金屬材料做成，它在范圍

18、內(nèi)的熱電性質(zhì)與要補(bǔ)償?shù)臒犭娕嫉臒犭娦再|(zhì)幾乎完全一樣，所以使用補(bǔ)償導(dǎo)線猶如將熱電偶熱電極延長(zhǎng)，把熱電偶的參比端延伸到離熱源較遠(yuǎn)、溫度較恒定又較低的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的連接如圖6.3.7所示。 圖6.3.7 補(bǔ)償導(dǎo)線的連接圖 第三十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意以下問(wèn)題： （1）補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（一般為）與熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)相等或相近。 （2）不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。 （3）熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持相同溫度。 （4）補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需分別與熱電偶的正、負(fù)極相聯(lián)。 （5）補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的冷端，當(dāng)冷端溫度時(shí)，還需進(jìn)行其

19、他的補(bǔ)償與修正。第三十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.6熱電偶參比端（冷端）的溫度補(bǔ)償 熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，才能通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小得到熱端的溫度。 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償: 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長(zhǎng)到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第三十五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月幾種冷端處理方法： 1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法2. 熱電偶冷端溫度恒溫法3. 計(jì)算修正法4. 冷端補(bǔ)償電橋法上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第三十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

20、月1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法組成：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線功能：其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了電路成本。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種 延長(zhǎng)形：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，用字母“”附在熱電偶分度號(hào)后表示， 補(bǔ)償型：其合金絲的名稱化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在100以下時(shí)與配用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，有字母“C”附在熱電偶分度號(hào)后表示， 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第三十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色 補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯材料絕緣層著色正極負(fù)極SC或RC鉑銠10（鉑銠）-鉑SPC（銅）SNC（銅鎳）紅綠KC鎳鉻-鎳硅KPC（銅）KNC（銅鎳）紅藍(lán)KX鎳鉻-鎳硅KPX（銅鎳）KNX（鎳硅）紅黑NX鎳鉻硅-鎳硅NPS（銅鎳）NNX（鎳硅）紅灰EX鎳鉻-銅鎳EPX（鎳鉻）ENX（銅鎳）紅棕JX鐵-銅鎳JPX（鐵）JNX（銅鎳）紅紫TX銅-銅鎳TPX（銅）TNX（銅鎳）紅白上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第三十八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月