第七熱電式傳感器演示文稿

1、第七熱電式傳感器演示文稿第一頁，共二十七頁。優(yōu)選第七熱電式傳感器第二頁，共二十七頁。溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結構簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠傳或信號轉換等優(yōu)點外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。第三頁，共二十七頁。一、熱電效應與熱電偶測溫原理 兩種不同的導體或半導體閉合回路，若連接處溫度不同（設TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應。回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢

2、。 第四頁，共二十七頁。1熱電效應 （1）兩種導體的接觸熱電勢（2）溫差電動勢 接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。即，取決于A、B的性質及接觸點的溫度，而與其形狀尺寸無關。 溫差電動勢是在同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。高溫側電子受熱能運動加劇，高溫側失去電子而帶正電，低溫側得到電子帶負電即形成一個靜電場，使兩端出現(xiàn)電位差，此電位差叫溫差電動勢。第五頁，共二十七頁。（3）回路總電勢 熱電偶的熱電勢可表示為： 熱電勢與溫度之間的關系是通過熱電偶分度表來確定。 （4）結論 熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關，與熱電偶的長度、粗細無關。只有用不同性質的導體

3、（或半導體）才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢。只有當熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。導體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。第六頁，共二十七頁。2熱電偶的基本定律（1）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體，只要該導體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢不變。 可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢。 （2）中間溫度定律定律描述：該定律為使用熱電偶如何分

4、度表提供了依據(jù)。同時，可使用補償導線使測量距離加長，也可用于消除熱電偶自由端溫度變化影響。第七頁，共二十七頁。（3）參考電極定律定律描述：當結點溫度為T、T0時，用導體A、B組成的熱電偶的熱電勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電勢的代數(shù)和。此為參考電極定律，也稱組成定律 例當T為100，T0為0時，鉻合金鉑熱電偶的E（100，0）為+3.13mV，鋁合金鉑熱電偶E（100，0）為-1.02mV，求鉻合金鋁合金組成熱電偶的熱電勢E（100，0）。解：設鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C。即EAC（100，0）=+3.13mVEBC（100，0）=-1.02mV根據(jù)式（7-8），有EAB（100，0）=

5、EAC（100，0）-EBC（100，0）=3.13mV-1.02mV=4.15mV第八頁，共二十七頁。（4）均質導體定律由一種均質導體組成的閉合回路，不論其導體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流（即不產(chǎn)生電動勢）；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質的。此為均質導體定律。 熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。 對于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路，接點溫度分別為T1、T2、Tn，冷端溫度為零度的熱電勢。其熱電勢為： 第九頁，共二十七頁。二、熱電偶及其分度表 1熱電偶材料 熱電極材料所滿足的要求：熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢，熱電勢和溫度之間的關系最好呈線性或近似線性的單值函數(shù)

6、關系；材料的電阻溫度系數(shù)要小，電阻率高，資源豐富，價格便宜。能測量較高的溫度，并在較寬的溫度范國內(nèi)應用；物理性能穩(wěn)定，導電性能好，熱容量要小；化學性能穩(wěn)定，以保證在不同介質中測量時不被腐蝕；熱電性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；機械性能好，材質均勻；復現(xiàn)性要好，便于大批生產(chǎn)和互換，便于制定統(tǒng)一的分度表第十頁，共二十七頁。2熱電偶的種類 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。第十一頁，共二十七頁。3熱電偶的分度表第十二頁，共二十七頁。4熱電偶的結構形式（1）普通型熱電偶為裝配式結構，一般由熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等部分組成。貴金屬熱電極的直徑不大于0.5mm，廉價金屬熱電極直徑一

7、般為0.53.2mm；熱電偶的長度為3502000mm。由于熱容量大，溫度響應較慢。（2）鎧裝熱電偶它是將熱電偶絲、絕緣材料和保護套管三者組合裝配后，經(jīng)拉伸加工而成的一種堅實的組合體。其外徑一般為0.58mm其長度最大可達100m。鎧裝熱電偶溫度響應快；撓性好，可彎曲適用復雜場合安裝使用。應用比較廣泛。 第十三頁，共二十七頁。三、熱電偶傳感器的應用 1熱電偶冷端的溫度補償（1）補償導線通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。 必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的

8、影響，不起補償作用。 補償導線：在一定溫度范圍內(nèi)（通常0150），與配用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的導線。 第十四頁，共二十七頁。（2）冷端溫度測量計算法 EAB(T，T0)為測得的數(shù)值；T0為已知溫度，可反查分度表求得EAB(T0，0)；因此可以計算出EAB(T，0)值；正查分度表可求被測溫度T。（3）冷端恒溫法自由端溫度測量計算法需要保持冷端溫度恒定。在實驗室及精密測量中通常把冷端置于冰點槽中，使之溫度為0。工業(yè)應用時，一般把冷端放在電加熱的恒溫器中。 第十五頁，共二十七頁。（4）電橋補償法利用不平衡電橋產(chǎn)生的相應電勢，以補償熱電偶由于冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化。強調(diào)：在使

9、用此種補償器時，必須把顯示儀表的起始點調(diào)到的20位置。 第十六頁，共二十七頁。2測量某點溫度 流過測溫毫伏表的電流為： 第十七頁，共二十七頁。3測量兩點之間的溫度差將兩個同型號的熱電偶配用相同的補償導線，其接線應使兩熱電勢反向串聯(lián)，此時儀表可測得T1和T2之間的溫度差值?；芈穬?nèi)的總電動勢為：第十八頁，共二十七頁。4測量設備中的平均溫度設，每只熱電偶的輸出為：回路總的熱電動勢為: 第十九頁，共二十七頁。5測量溫度之和回路總的熱電勢為：輸出電勢大，可感應較小的信號。只有一個熱電偶斷路，總的熱電勢消失，或熱電偶短路，將會引起儀表值的下降。ET=E1+E2+E3 第二十頁，共二十七頁。第二節(jié) 熱釋電傳

10、感器 第二十一頁，共二十七頁。熱釋電傳感器是利用熱釋電效應制成的一種非常有應用潛力的傳感器。它能檢測人或某些動物發(fā)射的紅外線并轉換成電信號輸出。在六十年代，隨著激光、紅外技術的迅速發(fā)展，推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用開發(fā)。近年來，伴隨著集成電路技術的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關的專用集成電路處理技術也迅速增長。熱釋電效應在近10年被用于熱釋電紅外探測器中，廣泛地用于輻射和非接觸式溫度測量、紅外光譜測量、激光參數(shù)測量、工業(yè)自動控制、空間技術、紅外攝像中。 第二十二頁，共二十七頁。一、熱釋電效應 1熱釋電效應原理當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反

11、的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。第二十三頁，共二十七頁。2熱釋電效應材料能產(chǎn)生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，常用的熱釋電材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等種類單晶熱釋電晶體的熱釋電系數(shù)高，介質損耗小，至今性能最好的熱釋電傳感器大多選用單晶制作。如TGS、LATGS、LiTaO3等。壓電陶瓷熱釋電晶體成本較低，響應較慢。如入侵報警用PZT陶瓷傳感器工作頻率為0.25Hz。薄膜熱釋電材料可以用濺射法、液相外延等方法制備。有些薄膜的自發(fā)極化取向率已接近單晶水平。由于薄膜一般可以做得很薄，因而對于制作高性能的熱釋電傳感器十分有利。第二十四頁，共二十七頁。二、熱釋電傳感器的工作原理 由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成 熱釋電傳感器的工作原理可以用三個過程來描述：輻射熱為吸收過程，熱溫度為加熱過程，溫度電則為測溫過程。 第二十五頁，共二十七頁。三、熱釋電傳感器的等效電路 熱釋電傳感器是