现代检测技术导论4电能量检测

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1、现代检测技术导论第四章　电能量检测4.1热电偶传感器4.2压电式传感器4.3磁电式传感器电能量检测系统的工作原理电能量检测系统中的传感器属于能量转换型传感器，传感器可以在无须外加电源的情况下将被测量转换为电信号一般信号比较弱，需采用转换电路将其电能信号进行放大常见的有：热电偶、压电传感器、磁电传感器等热电偶传感器是一种将温度的变化转换为电势变化的传感器。优点：结构简单、动态性能好、测温范围广（-180～2800℃）广泛应用于冶金、电力、石化等行业4.1热电偶传感器导体热电效应：将两种不同的金属构成一个闭合回路，当两个接点温度不同时（T>T0），回路

2、中会产生热电势，这种现象称为热电效应A、B称为热电极T端称为热端（工作端），T0端称为冷端（自由端）热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定4.1.1热电偶测温原理接触电势：当两种不同的导体紧密接触时，由于其内部自由电子密度不同，设NA>NB，使由导体A扩散到导体B中的自由电子比由导体B扩散到导体A中的自由电子多。导体A因失去电子带正电，导体B因得到电子带负电，从而在接触处形成一定的电位差，称为接触电势反过来，接触电势形成的电场将阻碍电子的进一步扩散，当电子的扩散能力和电场的阻力平衡时，电子扩散达到动平衡接触电势的大小与两种导体材料

3、的性质及接触点的温度有关温差电势是同一种导体的两端因温度不同而产生的热电势设均质导体，两端温度不同，电子能量不同。高温端的电子能量大，电子从高温端向低温端扩散的数量多，从而在导体两端形成一定的电位差，称为温差电势反过来，温差电势形成的电场将阻碍电子的进一步扩散，当电子的扩散能力和电场的阻力平衡时，电子扩散达到动平衡温差电势的大小与材料的性质及两端点的温度有关热电偶回路的热电势回路热电势由两个接触电势eAB(T)和eAB(T0)、两个温差电势eA(T,T0)和eB(T,T0)组成回路的热电势若，A、B两个电极材料相同，回路的热电势为零；热电偶两个端点

4、温度相同，回路的热电势为零回路的热电势只与两电极的导体材料和两端点的温度有关温差电势比接触电势小得多，可以忽略中间温度定律：热电偶的热电势只与两电极的导体材料和两端点的温度有关，与温度沿电极的分布即电极的形状无关设热电偶回路中存在中间温度Tn，则回路总热电势根据中间温度定律，只需得到冷端温度为零时，工作端在各温度下的热电势在使用过程中，当冷端温度不为零时，可根据中间温度定律进行温度计算4.1.2热电偶的基本定理中间导体定律利用热电偶测温时，必然引入导线和测量电路（放大器等）中间导体定律表明，在热电偶回路中，只要接入的第三导体两端温度相等，对回路的总

5、热电势没有影响标准电极定律用导体A、B组成的热电偶的电势等于用A、C组成的热电偶和用C、B组成的热电偶的热电势的代数和铂的性能稳定，标准电极C用铂丝制成只要得到各种电极对铂丝电极的热电势，就可以用标准电极定理算出任两种材料配成热电偶后的热电势值可大大简化热电偶的选配工作使用热电偶测温时，必须固定冷端温度，其输出的热电势才是热端温度的单值函数实际使用中，热电偶两端距离很近，冷端受热源和环境的影响，既不为零，也不恒定，因此需要对冷端进行处理和补偿补偿导线法采用与热电偶热电特性相同或相近的补偿导线将热电偶的原冷端引至温度恒定的新冷端延长型：对廉价的热电偶

6、，采用延长型，即采用与热电偶电极材料相同的补偿导线延伸冷端补偿型：对贵金属热电偶，采用补偿型，即采用与热电偶热电特性相近的补偿导线延伸冷端4.1.3热电偶的冷端处理和补偿0℃恒温法（冰浴法）在实验室及精密测量中，通常将冷端放入冰水混合容器中，使冷端温度保持0℃0℃恒温法精度高，但使用中需冰水共存，多用于实验室冷端修正法实际使用中，热电偶的冷端往往不是0℃，而是环境温度Tn这时测得的热电势为EAB(T,Tn)，用测温仪测得环境温度Tn，得到EAB(Tn,0)使用中间温度定律得到冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号

7、，自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为零或变化而引起的热电势的变化电桥由3个温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻R1R2R3和电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻RCu组成铜电阻和热电偶冷端处于同一温度环境室温时电桥平衡当冷端温度升高时RCu增大，a点电位下降；冷端温度升高，两端温度减小，热电偶的热电势减小设计回路使两者的变化相等，可实现两端温度补偿测量两点之间的温差用两只型号相同的热电偶，配相同的补偿导线，反向串接测量温度和同类型热电偶同向串联4.1.4热电偶实用测温电路测量平均温度用几只型号相同的热电偶并联在一起实用测温电路电路具有传感器断线报警、冷端

8、温度补偿100M电阻为断线检测电阻，正常时，热电偶输出送入放大器，热电偶断线时，电源电压经过100M电阻加到放大器同向端，