传感器与检测技术林锦实第4章节环境量检测传感器

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1、第4章　环境量检测传感器第4章　环境量检测传感器4.1　热电偶温度传感器4.2　热电阻温度传感器4.3　气敏传感器4.4　湿敏传感器4.5　离子敏传感器4.1　热电偶温度传感器4.1.1　热电偶的测温原理1.热电偶的热电效应　把两种不同材料的金属导体(或半导体)A和B连接成如图4-1所示的闭合回路，若两个接点温度t与t0不相等，则回路中就会产生热电动势，这一现象称为热电效应。图4-1　热电偶回路4.1　热电偶温度传感器2.热电偶回路特性　前面介绍了热电偶的测温原理，而在实际应用之前，还必须对热电偶回路的三个定律搞清楚，然后才能正确地掌握、应用它。(1)

2、中间导体定律　如图4-2所示，在热电偶回路中引入第三种导体，只要第三种导体两端的温度相同，则此第三种导体的引入不会影响热电偶回路的热电动势。1)为在热电偶回路中连接各种仪表、连接导线等提供理论依据。2)可采用开路热电偶测量温度。0.tif4.1　热电偶温度传感器图4-2　引入第三导体的热电偶4.1　热电偶温度传感器图4-3　开路热电偶的使用a)测量液态金属温度　b)测量固态金属表面温度1—显示仪表　2—连接导线　3—热电极A　4—热电极B　5—液态金属　6—固态金属4.1　热电偶温度传感器(2)中间温度定律1)为在热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据

3、。2)为制定和使用热电偶分度表奠定了基础。例4-1　用镍铬—镍硅(K型)热电偶测量炉温，热电偶的冷端温度为40℃，测得的热电动势为35.72mV，问被测炉温为多少?解：查K型热电偶分度表知E(40,0)=1.611mV，测得E(t,40)=35.72mV(3)标准电极定律4.1.2　热电偶的种类及结构4.1　热电偶温度传感器1.热电偶的种类　理论上讲，任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶，但为了准确可靠地测量温度，对组成热电偶的材料必须经过严格的选择，工程上用于热电偶的材料应满足以下条件：热电动势率尽量大，热电动势与温度关系尽量接近线性关系，物理、化

4、学性能稳定，易加工，复现性好，便于成批生产，有良好的互换性。4.1　热电偶温度传感器从实际上讲，并非所有材料都能满足上述要求。目前在国际上被公认比较好的热电偶的材料只有几种，国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐八种标准化热电偶。所谓标准化热电偶，是指工艺较成熟，能成批生产，性能优良，应用广泛并已列入工业标准文件中的几种热电偶。同一型号的标准化热电偶可以互换，并具有统一的分度表，使用很方便，且有与其配套的显示仪表可供使用。目前国际上已有8种标准化热电偶，其主要性能和特点见表4.1　热电偶温度传感器表4-1　标准化热电偶的主要性能和特点4.1　热电偶温度

5、传感器表4-1　标准化热电偶的主要性能和特点①　此栏中t为被测温度(℃)，在同一栏给出的两种允差值中，取绝对值较大者。4.1　热电偶温度传感器2.热电偶的结构形式　为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式可分为普通型、铠装型、薄膜型和快速微型等。(1)普通型热电偶　普通型热电偶在工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成，其结构如图4-4所示。(2)铠装型热电偶　铠装型热电偶又称套管热电偶。(3)薄膜型热电偶　薄膜型热电偶是用真空蒸镀的方法将两种金属热电极材料蒸镀到绝缘基板上而形成的一种特殊结构的热电偶，如图4-6所示。

6、4.1　热电偶温度传感器图4-4　普通型热电偶a)法兰安装式　b)螺纹安装式1—热电偶自由端　2—绝缘套　3—下保护套管　4—绝缘珠管　5—固定法兰　6—上保护套管7—接线盒底座　8—接线绝缘座　9—引出线套管　10—固定螺钉　11—接线盒外罩　12—接线柱4.1　热电偶温度传感器图4-5　铠装型热电偶1—引出线　2—金属套管　3—固定法兰4—绝缘材料　5—热电极4.1　热电偶温度传感器图4-6　薄膜型热电偶1—热电极　2—热接点　3—绝缘基板4—引出线　5—引线接头部分4.1　热电偶温度传感器(4)快速微型热电偶　这是一种用来测量钢液温度的热电偶，其

7、结构如图4-7所示。4.1　热电偶温度传感器图4-7　快速微型热电偶1—钢帽　2—石英管　3—纸环　4—绝热水泥5—热电偶冷端　6—棉花　7—绝热纸管　8—纸管9—补偿导线　10—塑料插座　11—簧片4.1.3　热电偶的冷端温度补偿4.1　热电偶温度传感器由热电偶的工作原理可知，对于一定材料的热电偶来说，其热电动势的大小除与测量端温度有关外，还与冷端温度t0有关。因此，只有在冷端温度t0固定时，热电动势才与测量端温度t成单值函数关系，并且，我们平时使用的热电偶的分度表都是在t0为0℃的情况下给出的，但实际应用中，其冷端温度一般都高于0℃且不稳定，如果不

8、加以适当的处理，就会造成测量误差。消除这种误差的方法称为冷端温度补偿，下面就介绍几种常用的冷端