《热电偶测温ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热电偶测温ppt课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低温低温高温高温第一节第一节 温度检测的根本概念温度检测的根本概念一、温度丈量的根本一、温度丈量的根本概念概念 温度标志着物温度标志着物质内部大量分子无质内部大量分子无规那么运动的猛烈规那么运动的猛烈程度。温度越高，程度。温度越高，表示物体内部分子表示物体内部分子热运动越猛烈。热运动越猛烈。 模模拟图：在一个密：在一个密闭的空的空间里，气体分里，气体分子在高温子在高温时的运的运动速度比低温速度比低温时快！快！二、温标二、温标 u 1 1、温度的数值表示方法称为温标。、温度的数值表示方法称为温标。u 它规定了温度的读数的起点即零点它规定了温度的读数的起点即零点以及温度的单位。各类温度计的刻度以及
2、温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。均由温标确定。u 2 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。华氏温标、热力学温标等。 几种温标的对比几种温标的对比 正常体温正常体温为为37 C ，相当于，相当于华氏温度华氏温度多少度？多少度？热力学温标热力学温标K K 热力学温力学温标是是建立在建立在热力学第二力学第二定律根底上的最科定律根底上的最科学的温学的温标，是由开，是由开尔文文KelvinKelvin根根据据热力学定律提出力学定律提出来的，因此又称开来的，因此又称开氏温氏温标。它的符号。它的符号是是T T，单位是开位是开尔文文K K 。威廉威
3、廉汤姆姆逊开开尔文文勋爵像爵像1990国际温标国际温标(ITS-90) 从从1990年年1月月1日开场在全世界范日开场在全世界范围内采用围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，。它定义了一系列温度的固定点，丈量和重现这些固定点的规范仪器以丈量和重现这些固定点的规范仪器以及计算公式，例如水的三相点为及计算公式，例如水的三相点为273.16K0.01 C等。等。 三、温度丈量及传感器分类三、温度丈量及传感器分类 n 按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照用途可分为基准温度计和工业温度计；n 按照丈量方法又可分为接触式和非接触式；按照丈量方法又可
4、分为接触式和非接触式；n 按任务原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、按任务原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等。辐射式等。 引见几种温度丈量方法引见几种温度丈量方法 示温涂料变色涂料示温涂料变色涂料装装满热水后水后图案案变得明晰可辨得明晰可辨变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散散热风扇扇低温低温时显示示蓝色色温度升高后温度升高后变为红色色体积热膨胀式体积热膨胀式 不需求不需求电源，耐用；源，耐用；但感温部件体但感温部件体积较大。大。 气体的体气体的体积与与热力学温度成正比力学温度成正比红外温度计红外温度计先看一个先看一个实验热电偶任偶任务原理演示
5、原理演示 结论：当两个：当两个结点温度不一点温度不一样时，回路中将，回路中将产生生电动势。 热电极极A A右端称右端称为：自在端自在端参考端、参考端、冷端冷端 第二节第二节 热电偶的任务原理热电偶的任务原理 左端称左端称为：丈量端丈量端任任务端、端、热端端 热电极极B B热电势AB温差温差热电偶偶简称称热电偶是目前温度丈量中运用最普偶是目前温度丈量中运用最普遍的遍的传感元件之一。感元件之一。它除具有构造它除具有构造简单，丈量范，丈量范围宽、准确度高、准确度高、热惯性小，性小，输出信号出信号为电信号便于信号便于远传或信号或信号转换等等优点外，点外，还能能用来丈量流体的温度、丈量固体以及固体壁面的
6、温度。用来丈量流体的温度、丈量固体以及固体壁面的温度。微型微型热电偶偶还可用于快速及可用于快速及动态温度的丈量。温度的丈量。热电偶原理图TT0AB热端冷端EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )EAB(T0 ) =f(T )-C=g(T ) =f(T )-C=g(T )热电偶的偶的电势可表示可表示为：第三第三节 规范化范化热电偶与分度表偶与分度表u 热电偶偶热电极的极的资料要求：料要求：u 物理性能物理性能稳定，定，热电特性不随特性不随时间改改动；u 导电率高，且率高，且电阻温度系数小；阻温度系数小；u 热电势随温度的随温度的变化率大，且化率大，
7、且该变化率接近常数化率接近常数u 复复现性好，便于成批消性好，便于成批消费，便于制造，便于制造常用的种常用的种规范化范化热电偶：偶：S型、型、B型、型、K型、型、E型。型。在在t0=0C时，用，用实验方法方法测出出热电偶在不同的任偶在不同的任务温度下温度下所所产生的生的热电势值，列成表格，就是分度表。，列成表格，就是分度表。温度与温度与热电势之之间非非线性。当自在端性。当自在端t 0 C时，热电势应由下式求得由下式求得【例【例3.3】 S型型热电偶在任偶在任务时自在端温度自在端温度t0=30C，现测得得热电偶的偶的电势为7.5mV，求被，求被测介介质实践温度。践温度。解：解：查S分度表得分度表
8、得热电偶偶测得的得的电势为那么那么再再查S分度表得与其分度表得与其对应的的实践温度践温度为830C留意:既不能只按7.5mV查表，以为T=814.6，也不能把814.6加上30，以为T=844.6。第四第四节 热电偶自在端温度的偶自在端温度的处置置1、补偿导线ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿热电偶补偿导线接线图导线接线图E根据中根据中间温度定律：只需温度定律：只需T1、T0不不变，当在原来，当在原来热电偶回路偶回路中分中分别引入与引入与导体体资料料A、B同同样热电特性的特性的资料料A、B(如如图)即引入所即引入所谓补偿导线时，接入，接入A B 后不后不论接点温度接点温度T2如何如何变化，
9、都不影响化，都不影响总热电势。这便是引入便是引入补偿导线原理。原理。EABT1,T0=EABT1,T2+EABT2,T0=EABT1,T2+EABT2,T0=EABT1,T0 补偿导线可将可将热电偶延伸，使其自在端偶延伸，使其自在端远离易受离易受环境境变化影化影响的响的测温温现场，那么自在端温度，那么自在端温度t0比比较稳定。定。 补偿导线用廉价金属替代用廉价金属替代贵重金属，降低本重金属，降低本钱。 运用运用补偿导线便于安装和便于安装和铺设。运用运用补偿导线的的缘由：由：运用运用补偿导线须留意：留意：u 温度范温度范围0100Cu 型号匹配型号匹配u 接点接点处温度一温度一样u 区分正区分正
10、负u 补偿导线的作用只是延伸的作用只是延伸热电偶的自在端，并没有自在端偶的自在端，并没有自在端补偿功能。功能。补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽屏蔽层维护层n 热电偶分度表偶分度表给出的出的热电势是以冷端温度是以冷端温度0为根据，否根据，否那么会那么会产生生误差。差。缘由：由：n 热电偶偶热电势的大小是的大小是热端温度和冷端的函数差，端温度和冷端的函数差，为保保证输出出热电势是被是被测温度的温度的单值函数，必需使冷端温度函数，必需使冷端温度坚持恒定持恒定方法 计算修正法 自在端恒温法 自动补偿法 零点迁移法 软件处置法2、热电偶自在端温度偶自在端温度补偿问题(1) 计算修正法算修正法用普通室温
11、用普通室温计算出参比端算出参比端实践温度践温度TH，利用公式，利用公式计算算EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)(2) 自在端恒温法自在端恒温法mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0把把热电偶的参比端偶的参比端置于冰水混合物容置于冰水混合物容器里，使器里，使T0=0。这种方法种方法仅限于科限于科学学实验中运用。中运用。工工业运用中，把运用中，把补偿导线的末的末端引至端引至电加加热的恒温器中，使的恒温器中，使其其维持在某一恒定温度。持在某一恒定温度。(3) 自自动补偿法法利用不平衡利用不平衡电桥产生生热电势补偿热电偶因冷端温度偶因冷端温度变化而化
12、而引起引起热电势的的变化化值。不平衡不平衡电桥由由R1、R2、R3(锰铜丝绕制制)、RCu(铜丝绕制制)四个四个桥臂和臂和桥路路电源源组成。成。设计时，在，在0下使下使电桥平衡平衡(R1=R2=R3=RCu)，此，此时Uab=0 ，电桥对仪表表读数无影响。数无影响。 T0 Ua Uab EAB(T,T0)留留意意：桥臂臂RCu必必需需和和热电偶偶的的冷端接近，使冷端接近，使处于同一温度之下。于同一温度之下。冷端补偿器的作用 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3R留意，不同材留意，不同材质的的热电偶所配的冷端偶所配的冷端补偿器，其中的限流器，其中的限流电阻阻R不
13、一不一样，互，互换时必需重新必需重新调整。整。供供电4V直流，在直流，在040或或-2020的范的范围起起补偿作用。作用。(4) 零点迁移法零点迁移法例例: 用用动圈圈仪表表配配合合热电偶偶测温温时，假假设把把仪表表的的机机械械零零点点调到到室室温温TH的的刻刻度度上上,在在热电动势为零零时，指指针指指示示的的温温度度值并并不不是是0而而是是TH。而而热电偶偶的的冷冷端端温温度度已已是是TH,那那么么只只需需当当热端端温温度度T=TH时，才才干干使使EAB(T,TH)=0，这样，指指示示值就就和和热端端的的实践践温温度度一一致致了了。这种种方方法法非非常常简便便，而而且且一一劳永永逸逸，只只需
14、需冷冷端端温温度度总坚持持在在TH不不变，指指示示值就就永永远正正确。确。 运用运用领域：假域：假设冷端不是冷端不是0，但非常，但非常稳定如恒温定如恒温车间或有或有空空调的的场所。所。本本质：在丈量：在丈量结果中人果中人为地加一个恒定地加一个恒定值，由于冷端温度，由于冷端温度稳定定不不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示是常数，利用指示仪表上表上调整零点的整零点的方法，加大某个适当的方法，加大某个适当的值而而实现补偿。指指针被被预调到室温到室温40 C 可可补偿冷端冷端损失失对于于计算机系算机系统，不用全靠硬件，不用全靠硬件进展展热电偶冷端偶冷端处置。例置。例如冷端温度恒定但不如冷端温
15、度恒定但不为0的情况，只需在采的情况，只需在采样后加一个后加一个与冷端温度与冷端温度对应的常数即可。的常数即可。(5) 软件件处置法置法【例【例3.4】有一个有一个实践的践的热电偶偶测温系温系统，如以下，如以下图所示，所示，设t=300C，tc=50C，t0= 20C，求丈量回路的求丈量回路的总电势以及温度以及温度显示示仪表的表的读数。数。假假设补偿导线为普通普通铜导线，或，或显示示仪表表为配配E型型热电偶的，那么丈量回路的偶的，那么丈量回路的总电势和温度的和温度的显示示值又各又各为多少？多少？镍硅镍硅ttcL1L2t0补偿电桥补偿电桥显示仪表显示仪表镍烙镍烙解：解：由由题意可知，运用的意可知
16、，运用的热电偶的分度号偶的分度号为K型，那么回路型，那么回路总电势K型热电偶产型热电偶产生的热电势生的热电势补偿电桥提补偿电桥提供的电势供的电势K型热电偶补偿导型热电偶补偿导线产生的电势线产生的电势由于由于补偿导线和和补偿电桥都是和都是和K型型热电偶匹配的，回路偶匹配的，回路总电势可写成可写成将将t=300C代入上式，代入上式，查表可得表可得E=12.209mV显然，然，显示示仪表的表的读数数应该为300C当当补偿导线为铜导线时(显示示仪表表为配配K型型热电偶偶)，那，那么么EK补(tc,t0)=0，回路，回路总电势为：查K型型热电偶分度表可得偶分度表可得t显示示=270.3 C。当当显示示仪
17、表表为配配E型型热电偶偶(补偿导线接法正确接法正确)时，那，那么么E补(t0,0)=EE(t0,0)，回路，回路总电势为：由于由于显示示仪表是配表是配E型型热电偶，因此偶，因此查E型型热电偶分度表偶分度表可得可得t显示示=188.9 C。在丈量中在丈量中补偿导线的接法不正确或配用的的接法不正确或配用的显示示仪表型号表型号不不对等都会引起等都会引起错误的丈量的丈量结果。果。第五第五节 热电偶的构造方式偶的构造方式1、普通、普通热电偶偶以下以下图为典型工典型工业用用热电偶构造表示偶构造表示图。它由。它由热电偶偶丝、绝缘套管、套管、维护套管以及接套管以及接线盒等部分盒等部分组成。成。实验室用室用时，
18、也可不装也可不装维护套管，以减小套管，以减小热惯性。性。工业热电偶构造表示图1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝1234普通装配型热电偶的外形普通装配型热电偶的外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰普通装配型热电普通装配型热电偶的构造放大图偶的构造放大图 接接线盒盒引出引出线套管套管 固定螺固定螺纹 出厂出厂时用塑料包用塑料包裹裹热电偶任偶任务端端热端端 不不锈钢维护管管 2、铠装装热电偶偶它是由它是由热电偶偶丝、绝缘资料，金属套管三者拉料，金属套管三者拉细组合而成合而成一体。又由于它的一体。又由于它的热端外形不同，可分端外形不同，可分为四种型式如四种型式如图。(a)(b)(c)(d)132优 点点 是是 小小 型型 化化 直直 径径 从从12mm到到0.25mm、寿寿命命、热惯性性小小，运运用用方方便便。 测温温范范围在在1100以以下下的的有有：镍铬镍硅硅、镍铬考考铜铠装式装式热电偶。偶。 铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属维护套管套管铠体体 BA绝缘绝缘 资料资料铠装型装型热电偶横截偶横截面面隔爆型热电偶外形隔爆型热电偶外形厚壁厚壁维护管管压铸的接的接线盒盒电缆线
