熱電偶傳感器演示文稿

熱電偶傳感器演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)（優(yōu)選）熱電偶傳感器目前二頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理接觸電動(dòng)勢(shì)當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，在結(jié)點(diǎn)處就會(huì)發(fā)生電子遷移擴(kuò)散。失去自由電子的金屬呈正電位，得到自由電子的金屬呈負(fù)電位。如圖所示。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，在兩種金屬的接觸處形成電勢(shì)，稱為接觸電勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。在溫度為T時(shí)，兩接點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)可表示為：4.1.1熱電勢(shì)圖4-2目前三頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理2.溫差電動(dòng)勢(shì)對(duì)于單金屬，如兩端的溫度不同，同一導(dǎo)體的兩端會(huì)產(chǎn)生一種電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電勢(shì)。原理是高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(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(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。其大小與金屬材料的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)，溫差電勢(shì)可表示為：4.1.1熱電勢(shì)由A、B兩種導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，總的溫差電勢(shì)為：圖4-3目前四頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理3.總電勢(shì)熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成，有：4.1.1熱電勢(shì)目前五頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理3.總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)的公式，可以得出如下結(jié)論：(1)如果熱電偶兩電極的材料相同，即，，雖然兩端溫度不同，但閉合回路的總熱電勢(shì)仍為零。因此，熱電偶必須用兩種不同材料做電極；(2)如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢(shì)。對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度To恒定時(shí)，為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：4.1.1熱電勢(shì)，

由此可見(jiàn)：只要測(cè)出的大小，就能得到被測(cè)溫度T，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理目前六頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理4.熱電偶的分度表目前用于不同用途的熱電偶材料已經(jīng)有很多種，但其中應(yīng)用廣泛的不過(guò)幾種類型。它們已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。熱電偶的分度號(hào)主要有S、R、B、N、K、E、J、T八種，其中S、R、B是由鉑和鉑銠合金制成，屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T是由鎳、鉻、硅等金屬的合金制成，屬于廉金屬熱電偶。4.1.1熱電勢(shì)，

目前七頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理5.熱電偶的特點(diǎn)（1）溫度測(cè)量范圍寬常用的熱電偶從-50～1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-270℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)2800℃(如鎢-錸)。（2）精度高、性能穩(wěn)定因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。所以熱電偶可以實(shí)現(xiàn)較高精度的溫度測(cè)量。（3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受金屬絲尺寸的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。測(cè)量時(shí)不需要外加電源，直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電勢(shì)輸出。（4）可以遠(yuǎn)程測(cè)量熱電偶是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所以可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，可以對(duì)信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換，這在實(shí)際應(yīng)用中是很重要的。4.1.1熱電勢(shì)，

目前八頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理原理性的熱電偶是由兩種材料組成的閉合回路，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要引入測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的儀表，并將儀表引到較遠(yuǎn)的位置，這就需要通過(guò)以下幾個(gè)定律實(shí)現(xiàn)實(shí)際的應(yīng)用。又由于測(cè)量的溫度值是測(cè)量端和自由端的溫度差，在計(jì)算測(cè)量端溫度時(shí)，需要考慮自由端相應(yīng)的熱電勢(shì)值。4.1.2熱電偶基本定律，

目前九頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理1.中間導(dǎo)體定律設(shè)在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)，在圖4-1的To處斷開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體C，接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響，如圖4-4所示。4.1.2熱電偶基本定律，

圖4-4目前十頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理2.中間溫度定律4.1.2熱電偶基本定律，

目前十一頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理3.標(biāo)準(zhǔn)電極定律4.1.2熱電偶基本定律，

標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律的意義在于：通常選用高純鉑絲作標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來(lái)目前十二頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.1基本原理4.均質(zhì)導(dǎo)體定律由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與兩材料及兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無(wú)關(guān)。即熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。利用這一定律有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及材料的均勻性。4.1.2熱電偶基本定律，

目前十三頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端的溫度有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小才可得到熱端的溫度。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0℃。當(dāng)熱端溫度為T時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：由此可見(jiàn)，是冷端溫度的電動(dòng)勢(shì)，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。，

目前十四頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫時(shí)，由于熱電偶的長(zhǎng)度有限，一般為350～2000mm。冷端溫度直接受到被測(cè)介質(zhì)和周圍環(huán)境的影響，不僅很難保持在0℃，而且經(jīng)常波動(dòng)，因此需要采用冷端延長(zhǎng)線（或稱冷端補(bǔ)償導(dǎo)線）進(jìn)行補(bǔ)償。需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣冷端溫度才能比較穩(wěn)定。在0～100℃溫度范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。4.2.1熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線，

目前十五頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理補(bǔ)償導(dǎo)線分兩種。延長(zhǎng)型：導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤谎a(bǔ)償型：補(bǔ)償型導(dǎo)線的化學(xué)成分與被測(cè)熱電偶不同。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用：用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于參比端溫度的修正和導(dǎo)線的節(jié)省，以節(jié)約貴金屬熱電偶；減少測(cè)量誤差；用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式顯示儀表的正常工作。應(yīng)注意的問(wèn)題：各種延長(zhǎng)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；注意極性的正與負(fù)，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差；延長(zhǎng)線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同。4.2.1熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線，

目前十六頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)，

熱電偶類型補(bǔ)償導(dǎo)線類型補(bǔ)償導(dǎo)線正極負(fù)極鉑銠10－鉑銅－銅鎳合金銅銅鎳合金（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%）鎳鉻－鎳硅I型：鎳鉻－鎳硅鎳鉻鎳硅鎳鉻－鎳硅II型：銅－康銅銅康銅鎳鉻－康銅鎳鉻－康銅鎳鉻康銅鐵－康銅鐵－康銅鐵康銅銅－康銅銅－康銅銅康銅常用補(bǔ)償導(dǎo)線目前十七頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理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0℃不變。此法也稱冰浴法，它消除了不等于0℃而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中。4.2.2冷端0℃恒溫法，

目前十八頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理當(dāng)冷端溫度To不等于0℃,需要對(duì)熱電偶回路的測(cè)量電勢(shì)值加以修正。當(dāng)工作端溫度為T時(shí)，分度表可查與。根據(jù)中間溫度定律得到4.2.3冷端溫度修正法，

目前十九頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理例4-2用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量加熱爐溫度。已知冷端溫度=30℃，測(cè)得熱電勢(shì)為33.29mV，求加熱爐溫度。解查鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表得=1.203mV，可得

=33.29+1.203=34.493mV由鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表可知，加熱爐溫度處于820℃～830℃，利用插值公式：

解得T=829.8℃。4.2.3冷端溫度修正法，

目前二十頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理自動(dòng)補(bǔ)償法也稱電橋補(bǔ)償法，它是在熱電偶與儀表間加上一個(gè)補(bǔ)償電橋，當(dāng)熱電偶冷端溫度升高，導(dǎo)致回路總電動(dòng)勢(shì)降低時(shí)，這個(gè)電橋感受自由端溫度的變化，產(chǎn)生一個(gè)電位差，數(shù)值剛好與熱電偶降低的電動(dòng)勢(shì)相同，兩者互相補(bǔ)償。這樣，測(cè)量?jī)x表上所測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)將不隨自由端溫度變化。4.2.4冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，

目前二十一頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理4.2.4冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，

如圖4-8所示，補(bǔ)償電橋是一個(gè)直流不平衡電橋，它由3個(gè)溫度系數(shù)較小的電阻R1、R2、R3，溫度系數(shù)較大的電阻和穩(wěn)壓電源組成。補(bǔ)償電橋與熱電偶參考端處于同一環(huán)境溫度，設(shè)計(jì)時(shí)使電橋按等于20℃（或0℃）處于平衡狀態(tài)，此時(shí)A、B兩端無(wú)輸出電壓。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，熱電偶冷端溫度隨之變化，使熱電動(dòng)勢(shì)發(fā)生改變，此時(shí)的阻值也隨溫度的變化而變化，電橋平衡被破壞，A、B兩端有不平衡電壓輸出，不平衡電壓與熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)疊加在一起輸入測(cè)量?jī)x表。適當(dāng)選取橋臂電阻和橋路電流，就可以使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓，正好補(bǔ)償由于參考端溫度變化引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化量，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。目前二十二?yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.2冷端補(bǔ)償原理4.2.4冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，

圖4-8補(bǔ)償電橋補(bǔ)償目標(biāo)是目前二十三頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.3幾種測(cè)量溫度的連接方法4.3.1測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路，

測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路，在實(shí)際使用時(shí)把補(bǔ)償導(dǎo)線一直延伸到配用儀表的接線端子上。這時(shí)，冷端溫度即儀表接線端子所處的環(huán)境溫度。熱電偶在測(cè)溫時(shí)，也可以與溫度補(bǔ)償器連接，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào)。目前二十四頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.3幾種測(cè)量溫度的連接方法4.3.2測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的溫度差，

顯示儀表的顯示值為：如圖4-10所示是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫度差的測(cè)溫電路，用兩個(gè)相同的熱點(diǎn)偶，配以相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，這種連接方式應(yīng)使各自產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)互相抵消，儀表可以測(cè)量t1和t2之間的溫度差。目前二十五頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.3幾種測(cè)量溫度的連接方法4.3.3測(cè)量平均溫度的線路，

輸入到儀表兩端的毫伏值為3個(gè)熱電偶輸出熱電動(dòng)勢(shì)的平均值。若3個(gè)熱電偶均工作在特性曲線的線性部分時(shí)，則代表了測(cè)量點(diǎn)溫度的算術(shù)平均值，為此，每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻。它的特點(diǎn)是儀表的分度仍就和單獨(dú)配用一個(gè)熱電偶時(shí)一樣。目前二十六頁(yè)\總數(shù)二十八頁(yè)\編于九點(diǎn)4.3幾種測(cè)量溫度的連接方法4.3.4測(cè)量幾點(diǎn)溫度之和的線路，

顯示儀表的顯示值為：輸入到儀表兩端的熱電動(dòng)勢(shì)的總和，可直接從儀表讀出各點(diǎn)溫度之和。

優(yōu)點(diǎn)：獲得的熱電動(dòng)勢(shì)較大，儀表的靈敏度大大增加