《热电偶传感器》ppt课件

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1、第七章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。与热电阻的主要区别：1、原理不同—信号性质不同：热电阻是阻值的变化，而热电偶是热电动势的变化。2、测温范围：热电阻适用于测低温，而热电偶适用于高温测量3、材料不同：热电阻是金属材料，而热电偶是双金属材料。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极A右端称为：自由端（参考端、

2、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB1.两种不同导体2.接成闭合回路3.两个接点处温度不同回路中会产生热电动势。热电极热电偶工作端（热端）、自由端（冷端）第一节热电偶的工作原理一、热电效应从实验到理论：热电效应（塞贝克效应）1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电

3、流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。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引起。接触电动势:两种不同导体的接触引起。热电偶回路总电动势热电偶回路中的温差电动势很小，忽略之，可得（t0端以B为正）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。与热电偶的形状尺寸无关。如果冷端温度t0不变，被测温度t可通过温差电动势获得。其顺序表示电动势的方向，即由正到负很小二、热电偶基本定律1.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

4、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匀。2.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。该定律说明在回路中接入各种仪表，不会影响结果。3.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。简化了各种金属间组成的热电偶的热电动势的测量。4.中间温度定律：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

5、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。第二节热电偶材料、结构和种类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：镍铬-康铜铁-康铜一、热电偶材料铑质量的百分比用于制造

6、铂热电偶的各种铂热电偶丝八种国际通用热电偶：B:铂铑30—铂铑6、R:铂铑13—铂、S:铂铑10—铂、K:镍铬—镍硅、N:镍铬硅—镍硅、E:镍铬—铜镍、J:铁—铜镍、T:铜—铜镍1.普通工业热电偶的结构（1）热电极（偶丝）普通的直径为0.5~3.2mm贵重的直径为0.3~0.6mm长度为300~2000mm，一般350mm（2）绝缘管对热电极间、热电极与保护套管间进行绝缘保护。（3）保护套管保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤(4)接线盒固定接线座和作为连接补偿导线的装置。有普通式、防溅式、防水

7、式和接插座式。二、热电偶结构热电极绝缘管保护套管接线盒普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰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：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。使用寿

8、命长、机械性能好、耐高压、具有可挠性，因此应用广泛。根据被测介质的温度、化学性质以及所需时间常数，其测量端有5种形式（1）露端型：测量温度不高、无腐蚀性的介质，时间常数小、反映速度快。（2）接壳型：测量温度高、压力高、腐蚀性较强的介质，时间常数较露端型大，寿命也较露端型长。（3）绝缘型：使用范围同上，具有电气绝缘性能。(4)圆变截面型：时间常数小。(5)扁变截面型：时间常数最小。铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可