《检测技术 教学课件 ppt 作者 卜云峰 主编 第7章 热电式传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测技术 教学课件 ppt 作者 卜云峰 主编 第7章 热电式传感器（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、测温方式,第七章 热电式传感器,第一节 概述,接触式 特点与应用场合,非接触方式特点与应用场合,自学,第二节 热电偶传感器,热电偶传感器基于热电效应原理而工作。属于有源传感器，使用时不需要外加电源，可以方便地测量炉子、管道中的气体或液体温度，也可以测量固体表面温度。 结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、便于远距离传送。,第一节 热电偶的工作原理,1.两种不同导体 2.接成闭合回路 3.两个接点处温度不同,一、热电效应：两种导体(或半导体)A和B的两端分别焊接或绞接在一起，形成一个闭合的回路。若两个接点处于不同的温度，回路中就会产生电动势(称为热电势)，因而在回路中形成电流，通过电流
2、表A可测得。这种现象称为热电效应。,回路中会产生热电动势。,热电极A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,热电动势 （电荷扩散）,温差电动势: 同一导体上因两端温度不同（温度引起扩散）引起。 接触电动势: 两种不同导体（电子浓度不同）的接触引起。,影响接触电动势（10-2-10-3）V， : 材料、接触点温度 影响温差电动势（10-5V）， :材料、接触点温度差,热电偶回路总电动势,热电偶回路中的温差电动势很小（10-5V），忽略之，可得,结论：,热电偶回路中热电动势的大小：（1）取决于两接点间的温度差，（2）取决于两种不同电极的材料。
3、与电路形状无关。,如果冷端温度t0不变，被测温度t可通过温差电动势获得。,一、热电偶基本定律,1.中间温度定律：热电偶的热电动势仅取决于材料和两节点温度，与温度沿的电极分布无关 如热电偶在两端接点温度t、t0时的热电动势为 在两端接点温度t、tn时的热电动势为 在两端接点温度tn、t0时的热电动势为,则：,根据该定律，热电偶本身的导线如果不够长，可以用同样性质（同样热电特性）的补偿导线加以延长。延长后的热电动势与延长线的中间温度无关，只与延长后的两端温度有关。,2.均质导体定律：如果构成热电偶的两种材料相同，不会产生热电动势。 利用该定律，可以检查两种热电极材料是否相同，或一种热电极材料是否均
4、匀。 3.中间导体定律：断开热电偶回路，接入第三种导体，只要两个新接入点等温，则回路总热电动势不变。 该定律说明在冷端接入放大电路，不会影响结果。 4.标准电极定律：如果已知两种导体分别对第三种导体的热电动势，则前两种导体之间的热电动势可求。,第二节 热电偶材料、结构和种类307,对制成热电偶的材料的要求： （1）温度测量范围广，温度线性度好，测量精确度高，输出热电动势大。 （2）热电性能稳定。 （3）物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。 我国标准热电偶有六种： 铜-康铜 镍铬-考铜 镍铬-镍硅 镍铬-镍铝 铂铑10-铂 铂铑30-铂铑6 非标准热电偶： 铂铑13-铂 铂铑-铱 等 发展中产品：
5、 镍铬-康铜 铁-康铜,一、热电偶材料,1.普通工业热电偶的结构 （1）热电极 （2）绝缘管 （3）保护套管 (4) 接线盒,二、热电偶结构,2.铠装热电偶的结构 （1）露端型 （2）接壳型 （3）绝缘型 (4) 圆变截面型 (5) 扁变截面型,普通装配型热电偶的外形,安装螺纹,普通装配型热电偶的结构放大图,接线盒,引出线套管,固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）,热电偶工作端（热端）,不锈钢保护管,2 铠装热电偶(又称缆式热电偶),铠装热电偶是将热电极、绝缘材料连同金属保护套起拉制成型的，可做得很细、很长，其外径可小到1mm-3mm，而且可以弯曲，适合于测量狭小的对象上各点的温度。 铠装热电偶种类
6、多可制成单芯、双芯和四芯等，其测量端有碰底型、不碰底型、露头型和帽型等几种形式。,铠装型热电偶外形,法兰,薄壁金属保护套管（铠体）,铠装型热电偶横截面,铠装型热电偶,制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。 特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。,3 薄膜热电偶,用真空蒸镀的方法，把两种
7、热电极材料分别沉积在绝缘基片上形成的一种快速感温元件。,图5-10 薄膜热电偶结构示意图,其他热电偶外形,小形K型热电偶,用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝,二、热电偶种类,1.标准型热电偶,（1）铂铑30-铂铑6 分度号B 01700度 （2）铂铑10-铂 分度号S 0-1600度 （3）镍铬-镍硅 分度号K -200-1200度 (4) 镍铬-康铜 分度号E -200-900度 (5) 铁-康铜 分度号J -200-750度 (6) 铜-康铜 分度号T -200-350度,标准热电偶的热电动势见表7-1。,2.非标准型热电偶 铂铑系、铱铑系、钨铼系热电偶，用于高温测量，可达2500度。,几种
8、常用热电偶的测温范围及热电势,热电偶的分度表,K热电偶的分度表,比较查出的3个热电势，可以看出热电势是否线性？,第三节 热电偶的冷端补偿,一、冷端恒温法,标准热电偶的热电动势表是以冷端温度为0度的情况下给出的。只有在冷端温度不变时，热端温度才能通过热电动势检测出来。如果冷端温度因环境而变化，会严重影响温度测量数据的精度。因此冷端温度变化必须进行修正和补偿。,1.采用0度恒温器，保持冷端温度为0度。 2.采用其他恒温器，保持冷端温度一定。,二、补偿导线法,利用与热电偶热电特性一致的补偿导线，将热电偶延伸到恒温的冷端，如仪表室。,冷端温度为t1不为t0(0度)时，可以通过计算获得冷端为t0(0度)
9、时的热电动势：,三、冷端温度校正法,四、电桥补偿法,冷端,热端,漆包铜电阻 当温度升高 阻值增大,+,-,-,-,+,+,+,-,恒定电阻,冷端升温,不 变,变 大,变 小,补偿条件：,补偿电源,例如在冷端温度变化范围050度情况下，铂铑10-铂热电偶的e=0.299,电流I1=0.5mA,补偿电阻的温度系数a=0.00391/度,补偿电阻大小可按补偿条件选择：,五、采用PN结温度传感器作冷端补偿,图中，热电偶产生的热电动势经A1放大后通过R9加到A3的反相端，二极管D作为PN结温度传感器，与R4、R5、W1构成直流电桥，置于热电偶的冷端处，当冷端不为零时，桥路有一个不平衡电势输出，经A2放大
10、后通过R10加到A3的同相端，A3的增益为1，其输出VO为热电偶的热电势与补偿电势之和，从而达到了冷端温度自动补偿的目的。,六、采用集成温度传感器作冷端补偿 1077,图中冷端补偿采用TMP35，这是一种高精度的电压型集成温度传感器，其主要特点是：工作电压低，仅为2.75.5V；静态电流小于50mA；外围元件少，使用相当方便。TMP35的测温范围为+10+125C，正处于热电偶的冷端变化范围内，它的灵敏度为10mV/C,在0C时输出电压为0V，当温度为25C时，输出电压为250mV。,TMP35的输出经 R1与R2的分压，R2上得到的压降V2为冷端补偿电压，V1为热电势，Vo = V1 + V
11、2为经补偿后的输出。,这是采用该补偿器的热电偶测量电路，测温范围为0250C，用运放OP193作为放大器，相应的输出电压为02.5V（灵敏度为10mV/C）。图中，经 TMP35补偿后的输出加到OP193的同相端，调节电位器RP1，改变放大器的增益，使温度在250C时，输出2.5V即可。,热电偶实用测温线路,二、测量两点间温度差,三、热电偶并联-测多点平均温度,四、热电偶串联-增加测量灵敏度,附：单片热电偶冷端温度补偿电路,AD594/AD597是美国ADI公司生产的4种单片热电偶冷端温度补偿器。其特点是把仪表放大器和热电偶冷端温度补偿器集成在一个芯片中。,AD594595的工作原理,AD594595的内部电路主要包括5部分：差分输入放大器Al、A2，二者的增益均为G倍；加法器；主放大器A3，其增益为A；故障检测电路；由冰点补偿器和内部电阻构成的冰点补偿网络。,典型应用 （1) 单电源供电,双电源供电,热电偶开路故障报警电路,温度控制器,
