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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS第三章 发电传感器 本章学习的主要内容：1、热电偶传感器 2、霍尔式传感器 3、压电式传感器普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS热处理温控系统动画演示31 热电偶传感器普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS一、热电偶传感器的工作原理1、热电势效应符号 两种不同材料 结点温度不同 组成闭合回路热电
2、势效应动画演示普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS热电偶的热电动势EAB(t，t0) 接触电动势EAB（也称珀尔帖电动势） 温差电动势E(t，t0)（也称汤姆逊电动势） 总热电动势为两者之代数和。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS（1）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。2、热电偶回路的主要性质EABC（t，t0）= EAB（t，t0
3、） （C两端接点温度相同） CABtt0普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS应用举例:测量液态金 属的平均温度金属壁面进 行温度测量普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS（2）中间温度定律 热电偶AB在接点温度为t1、t3时的热电动势， 等于热电偶在接点温度为t1、t2和t2、t3时的热电动势总和 EAB(t1,t3) = EAB(t1,t2) + EAB(t2,t3) t1t3ABt1t2ABt2t3AB=+普通高等
4、教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS当工作端和自由端温度为t和t0时，用导体A、B 组成热电偶的热电动势等于AC 热电偶和CB热电偶的 热电动势的代数和。或（3）标准电极定律普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS【例1】如图为铂铑图为铂铑10铂铂（S）热电热电 偶，A、B为为 补补 偿导线偿导线 ，温度t1=50，t2=0，t3=30，t00。 （1）当U0=934V时时，求被测测点温度t。 （2）如果A、B改为铜导线为铜导线
5、 ，此时时U0=810V，再求温度t。普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS【分析】（1）根据中间导体定律：U2U0 而A、B为补偿导线，视同热电偶 A、B 所以 EAB(t,t2)U2U0934（V） t2=0， 直接查表可得温度t=138 （2）根据中间导体定律：U1U0 EAB(t,t1)U1U0，根据中间温度定律 EAB(t, 0)EAB(t,t1)EAB(t1, 0)U0EAB(50, 0)1109V直接查表可得温度t =160 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高
6、等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS二、热电偶的种类及结构1、热电偶的结构 热电极 绝缘套管 保护套管 接线盒热电偶外形和结构图普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS接线盒引出线套管 不锈钢保护管 固定螺纹 热电偶工作端（热端） 标准热电偶普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS2、热电偶的种类 普通型热电偶标准化热电偶铠装热电偶非标准化热电偶普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴
7、旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS三、热电偶自由端温度的补偿 热电偶在测温过程中，为了保证输出热电动势是被测温度的单一函数，必须保持自由端（冷端）的温度恒定。热电偶的分度表 由图表可知：根显示仪表都是以热电偶的自由端温度等于0 为条件的。 如果自由端温度不是0 ，尽管被测温度不变，热电动势也将随自由端温度而变化 ，必须消除或补偿这一测量误差。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS（1）仪表调零修正法在t0基本不变的情况下，仪表预先机械调零到t0 处，即仪表预先输入E（t0
8、，0）则指针指向t0 。指针被预 调到室温 （40 C ） 可补偿冷 端损失1、补偿方法普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS（2）冷端温度自动补偿一般采用电桥补偿法：在热电偶回路中串入一个自动补偿的电位差信号来补偿热电势的变化值。E（t，0）=E（t，t0）+Uab XTWBC热电偶冷端补偿器普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS常用的国产产冷端补偿补偿 器性能比较较表型 号配用热电热电 偶补偿补偿 范围围 ()电桥电
9、桥 平衡 时时温 度 ()电电源 (V)内阻 ()功耗 (VA)补偿误补偿误 差（mV）WBC01铂铑铂铑10铂铂05020 220180.045 WBC02镍铬镍铬 镍镍硅 (铝铝)0.16WBC03镍铬镍铬 考铜铜0.18 WBC-57- LB铂铑铂铑10铂铂0402041 0.25(0.015+0.0015t) WBC-57- EU镍铬镍铬 镍镍硅 (铝铝)(0.04+0.004t)WBC-57- EA镍铬镍铬 考铜铜(0.065+0.0065t) t为为与20之差的温度数值值。普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATI
10、ON PRESS2、补偿导线延引电极u自由端高温热源的影响 u自由端温度要求基本保持恒定 u热电偶做得长，贵重金属的耗费加大。 （1）问题的提出（2）解决办法u温度范围 （0100） u热电特性相近的材料 u自由端延长，用补偿导线相连 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESSAB屏蔽层保护层补偿导线外形图普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS常用热电热电 偶补偿导线补偿导线 的特性配用热电热电 偶正-负负补偿导线补偿导线
11、正-负负导线导线 外 皮颜颜色100热电热电 势势 （mV）150热电热电 势势 （mV）20时时的电电 阻率(m) 正负负铂铑10 铂铜铜镍 红绿0.6450. 0231.029+0.024-0.055 0.048410-6镍铬 镍硅铜康铜红蓝4.0950. 156.1370.200.63410 -6镍铬 考铜镍铬 考 铜红黄6.950.3 010.690.38 1.2510-6钨铼5 钨铼20铜铜镍 红蓝1.3370. 045普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS四、热电偶的应用1. 热电偶的测温线路u
12、冷端温度相同 u热电动势与温度呈线性关系注意：普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS2. 热电偶热电动势的测量u动圈式仪表u电位差计u电子电位差计u微机识别，输出显示测量方式：普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESSXCZ系列指针式显示仪表电路图1热电偶 2补偿导线 3冷端补偿器 4外接调整电阻 5铜导线 6动圈 7张丝 8磁钢（极靴） 9指针 10刻度面板 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编
13、 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS电位差计热电偶测温电路图 线路电阻对测量 结果有没有影响 ？提问：普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESSXMZ系列智能 数字显示仪表外形图普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS一、霍尔元件的工作原理及结构1霍尔效应 32 霍尔式传感器 霍尔电压电压 UH为为： e 电子电量 KH霍尔元件灵敏度式中 n 载流子数浓度KH1/ned霍尔效应动画演示 普通高等教育“
14、十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS霍尔元件示意图 （a）霍尔元件结构示意图 （b）图形符号 （c）外形 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS霍尔元件图片普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS3基本电路注意：时间短（约10-12s10-14s之间）频率高（几千兆赫）。普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS二、霍尔元件的基本参数与温度误差的补偿 1基本参数（1）输入电阻Ri；（2）输出电阻R0；（3）最大激励电流IM；（4）灵敏度KH；（5）最大磁感应强度BM；（6）不等位电势；（7）霍尔电势温度系数 普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术吴旗主编 高等教育出
