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1、第六章 温度传感器,第二节 热电偶式温度传感器,一、热电偶的基本性质,1.热电偶工作原理 由不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图所示），只要两接点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体材料及两接点的温度有关。,这种现象称为“热电效应”，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。,一、热电偶的基本性质,热电偶工作原理和热电偶式温度传感器如下图所示。,一、热电偶的基本性质,2.热电偶的基本性质 热电偶回路中热电动势的大
2、小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势只与两接点的温度有关。当冷端温度恒定，热电偶产生的热电动势只随热端（测量端）温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。因此，只要用测量热电动势的方法就可以达到测温的目的。,一、热电偶的基本性质,同时热电偶还应遵循以下的基本性质： （1）均质导体定则 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零，称为热电偶的均质导体定则。根据这个定则，可以检验两个热电极材料成分是否相同（称为同名极检验法），也可以检查热电极材料的均匀性。,一、热电偶的基本性质,（2）中
3、间导体定则 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变，这就是热电偶的中间导体定则。如图所示在热电偶回路中接入第三种导体C。导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度相同都为t0，则回路中的总电动势不变。,一、热电偶的基本性质,（3）标准热电极定则 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知，这就是热电偶的标准电极定则。如图所示，导体A、B分别与标准热电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势已知，那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得：,一、热电偶的基本
4、性质,（4）中间温度定则 热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和，如图所示，这就是热电偶的中间温度定则。 中间温度定则可以用下式表示：,二、热电偶的结构、分类及特点,1.按结构分类 （1）普通型热电偶的结构,普通型热电偶的组成 1-热电偶工作端；2-绝缘套；3-下保护套；4-绝缘管；5-固定法兰；6-上保护套； 7-接线盒底座；8-接线绝缘座；9-引出线套管；10-固定螺丝；11-接线盒外罩；12-接线柱,二、热电偶的结构、分类及特点,（2）铠装热电偶的结构 铠装热电偶由热偶丝、绝缘材料、不锈钢套管经多次一体拉制而成。 铠装热
5、电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间短和坚固耐用等优点，尤其适宜安装在狭窄、弯曲的管道内或要求传感器快速反应的特殊测温场合。 （3）薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料，用真空蒸镀、化学涂层等办法镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶，它具有热容量小，反应速度快等特点，它的热响应时间可达到微秒极，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。,二、热电偶的结构、分类及特点,2.按连接方式分类 （1）并联热电偶 并联热电偶是把几个同一型号的热电偶的同性电极参考端并联在一起，而各个热电偶的测量端处于不同温度下，其输出电动势为各热电偶热电动势的平均值，所以这种热电偶可用于测量平均温度。,
6、二、热电偶的结构、分类及特点,（2）串联热电偶 串联热电偶又称热电堆，它是把若干个同一型号的热电偶串联在一起，所有测量端处于同一温度T之下，所有连接点处于另一温度T0之下，则输出电动势是每个热电动势之和。,二、热电偶的结构、分类及特点,3.热电偶的特点 在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、热惯性小和信号输出便于远传等许多优点。由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，因此常常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，所以用非常细的材料也能够做成温度传感器。这种细微的测温元件有极高的
7、响应速度，可以测量快速变化的过程，如燃烧和爆炸过程等。 热电偶也有缺陷，就是它的灵敏度比较低，既容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。,三、热电偶的冷端补偿,常用的补偿方法有以下几种： 1.冷端恒温法 （1）0恒温器,冰浴法接法布置图 1-被测液体管道 2-热电偶 3-接线盒 4-补偿导线 5-铜质导线 6-毫伏表 7-冰瓶 8-冰水混合物 9-试管 10-新的冷端,（2）其他恒温器,三、热电偶的冷端补偿,2.补偿导线法 3.计算修正法 4.电桥补偿法,5.显示仪表零位调整法,四、热电偶的测温电路,1.测量单点温度,2.测量两点间温度差（反向串联）,四、热电偶的测温电路,3.热电偶的应用金属表面温度的测量,
