电势型传感器

《电势型传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第7章电势型传感器第7章电势型传感器7.1热电偶热电偶也叫温差电偶，是一种常见的温度检测传感器。热电偶是将两种不同的导体(金属或半导体) A和B组成一个闭合回路，如图7-1所示。当两导体的两个接点1和2分别处于不同的温度T和T0时，回路中有一定大小的电流，表明回路中有电势产生，该现象称热电效应。回路中的电势称为热电势，用EAB(T,T0)表示。两个导体A和B称为热电极。测量温度时，两个热电极的一个接点1置于被测温度场(T)中，称该点为测量端，也叫工作端或热端；另一个接点2置于某个恒定温度(T0)的地方，称参考端或自由端、冷端。热电偶回路内产

2、生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。图7-1热电偶结构原理图接触电势温差电势热电偶的结构将两热电极的一个端点焊接在一起组成热结点，就构成了热电偶。在两个热电极之间用耐高温材料进行绝缘，再根据不同的用途做适当的处理就构成了工作热电偶。1．普通型热电偶。它的热电极是一端焊在一起的两根金属丝。两热电极之间用绝缘管绝缘。这种热电偶主要用于测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。2．铠装热电偶(缆式)它是将热电极、绝缘材料和金属保护套管组合在一起，经拉伸加工而成。根据测量端的形式不同，可分为碰底型、不碰底型、露头型和帽型等。铠装热电偶的特点是动态响

3、应快，测量端热容量小，挠度好，强度高，机械性能好，抗振动和耐冲击。由于挠性好，柔性大，因此可以弯成各种形状，适用于结构复杂的被测对象。3．薄膜热电偶薄膜热电偶分为片状和针状等。它是由厚度为0.01～0.1µm的两种金属薄膜连接在一起的特殊结构的热电偶。其特点是热容量小、动态响应快，适用于动态测量小面积的瞬时温度变化。4．表面热电偶表面热电偶适用于测量圆弧形表面的温度，其热电极做成带状，接点在中央作为测量端，而两端固定在装有手柄的弓形架上，手柄上装有毫伏表，使用时把热电极的中间贴在被测表面上。5．浸入式热电偶浸入式热电偶主要用于测量钢水、铜水

4、、铝水以及熔融合金的温度，主要特点是可以直接插入液态金属中进行测量。热电偶材料的特点(1)热电性能稳定，热电势与温度有单值关系或简单的函数关系；(2)热电势应足够大；(3)电阻温度系数和电阻率要小；(4)物理性能稳定，化学成分均匀，不易氧化和腐蚀，机械强度高。常用热电偶热电偶测温及参考端温度补偿热电偶测温这就是热电偶测温的基本原理。通过以上分析可以得出以下结论：热电偶的两个热电极必须是两种不同材料的均质导体，否则热电偶回路的总电势为零；(2)热电偶两接点温度必须不等，否则，热电偶回路总热电势也为零；(3)热电偶A、B产生的热电势只与两个接点

5、温度有关，而与中间温度无关，与热电偶的材料有关，而与热电偶的尺寸、形状无关。参考(冷)端温度补偿由热电偶测量温度原理可知，为保证热电偶热电势与被测温度T成单值函数关系，则必须使T0端温度保持恒定。另外，在使用分度表时，要求参考端温度保持在0℃，因此需要对热电偶的参考端加以处理，于是产生热电偶参考端温度补偿问题。1．0℃恒温法将热电偶的参考端置于0℃的恒温容器中，从而保证参考端的温度恒为0℃。这种方法只适用于实验室中。2．参考端恒温法在实际测量中，要把参考端恒定在0℃常常会遇到困难，因此可以设法使参考端恒定在某一常温Tn下。通常采用恒温器盛装

6、热电偶的参考端，或将参考端置于温度变化缓慢的大油槽中。电桥补偿法若实现参考端恒温也有困难，可采用电桥补偿法。当参考端温度t0变化时，若能对热电偶回路提供一个附加电势，其大小与回路热电势因冷端热度t0变动引起的变化相等，但极性相反，达到恰好抵消的目的，从而保证热电路输出不变。电桥就是提供这种附加电势方法中的一种，电路如图7-3所示。图中，在热电偶与显示仪表之间串接一个直流不平衡电桥，称为参考端补偿器，电桥的输出端串接在热电偶回路中。电桥中的R2、R3、R43个桥臂电阻由电阻温度系数很小的锰铜丝制作，它们的阻值不随温度变化。另一桥臂电阻RCu由

7、温度系数较大的铜线绕制。RP为限流电阻，其阻值因热电偶种类而异。电桥的4个电阻与热电偶冷端处于同一个环境温度，其中RCu阻值随环境温度变化而变化，使电桥产生的不平衡电压的大小和极性随着环境的变化而变化，达到自动补偿的目的。设计时，选择RCu的阻值使电桥在环境温度20℃时平衡，同时将显示仪表的起始值调整到20℃所对应的位置，即热端温度为t，冷端温度tCu=20℃时，电桥输出为零，仪表显示的温度对照热电偶分度表恰好是t值。当热端温度仍为t，参考端湿度(环境温度)升高时，热电偶的输出减少。同时，由于桥臂电阻RCu的作用电桥有输出，让这个输出电压的

8、极性与热电势的极性顺序串接，使回路内的热电势与电桥输出电压的和仍等于参考端温度tn=20℃时的电势，使仪表显示的温度仍为t；同理，参考端温度小于20℃时，由于不平衡电桥输出电压极