传感器与检测技术 教学课件 作者 张晓娜 胡孟谦 主编传感器与检测技术 6.ppt

《传感器与检测技术 教学课件 作者 张晓娜 胡孟谦 主编传感器与检测技术 6.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、任务6.1热电偶测温度任务6.2热电阻测温度项目6温度测量【知识目标】学习热电偶和热电阻的的工作原理，熟悉常用热电极材料的类型、性能特点。【能力目标】学会识别一般温度检测元件和测温仪表，能够使用热电偶和热电阻，利用手册查阅测温元件的技术参数，解决简单的温度检测问题。任务6.1热电偶测温度＊任务导入在轧钢过程中，钢坯的轧制温度是关键的工艺参数，钢坯温度控制的好坏，将直接影响产品的质量，加热炉的炉温在950～1200℃之间，它要跟随轧机轧制节奏的变化来随时调节，所以能否有效地控制加热炉的温度，直接影响钢坯的质量和成本，而对温度进行精确地测量是控制的前提。本任务就是针对轧钢工艺钢坯温度

2、的控制，来选择一种温度传感器来进行温度测量。[基本知识与技能]热电偶的认识热电偶是工程上常用的一种的温度检测传感器，它是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测温度转换成电势输出。热电偶在温度测量中应用具有结构简单、使用方便、测量精度高、测量范围宽等优点。常用的热电偶测量范围为-50～1600℃。如果配用特殊材料，测量范围会更广，某些特殊热电偶最低可测到-270℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨铼）。6.1.1热电偶的工作原理1.热电效应当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，形成电流，

3、这种现象称为“热电效应”。如图所示，两种导体所组成的闭合回路称为热电偶，回路中的电势称为热电势；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。热电偶测温原理图6.1.1热电偶的工作原理2.热电势的组成热电偶回路内产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成，下面以导体为例说明热电势的产生。（1）接触电势由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触

4、区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA>NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势，如图所示。接触电势6.1.1热电偶的工作原理2.热电势的组成（2）温差电势同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小与导体的性质和

5、两端的温差有关。6.1.1热电偶的工作原理结论：1）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）当热电偶材料均匀时，热电偶的热电势只与两个接点温度有关，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。6.1.2热电偶的材料及结构1.热电偶的材料根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但是在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：（1）热电势应足够大；（2）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；（3）电阻温度

6、系数和电阻率要小；（4）易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。常用的热电偶材料有铂铑、镍铬、镍硅、康铜、镍铜、纯铂丝等。6.1.2热电偶的材料及结构（1）普通型热电偶。该类型的热电偶外形如图所示，主要用于测量气体、蒸汽和液体等介质的温度，热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。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。1热电极2绝缘套管3保护套管4接线盒普通热电偶结构6.1.2热电偶的材料及结构（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

7、成。根据测量端的形式不同，可分为碰底型、不碰底型、露头型、帽型等。铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，适用于位置狭小、结构复杂的测量对象，其实物外形如图所示。铠装热电偶6.1.2热电偶的材料及结构（3）薄膜热电偶用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又薄（厚度可达0.01～0.1μm），因而热惯性小，反应快，可用于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。薄膜热电偶分为片状、针状等。（4）