热电偶温度传感器课件.ppt
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1、 1传感器与检测技术关于热电偶温度传感关于热电偶温度传感器器第1页,此课件共64页哦 2传感器与检测技术第2页,此课件共64页哦 3传感器与检测技术一、热电偶测温原理一、热电偶测温原理温差热电偶(简称热电偶)是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单,测量范围宽、准确度高、热惯性小,输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外,还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。第3页,此课件共64页哦 4传感器与检测技术一、热电偶的特点一、热电偶的特点温度测量范围宽性能稳定、准确可靠信号可以远传和纪录第4页,此课件共64页哦 5传感器与检
2、测技术二、热电偶的分类二、热电偶的分类1 按材料分类廉价金属铁康铜、铜康铜、镍铬考铜、贵重金属铂铑10铂、铂铑10铂铑6难熔金属钨铼系、钨钼系、非金属二碳化钨二碳化钼、石墨碳化物 2 按用途和结构分类普通工业类直形、角形、锥形专用类第5页,此课件共64页哦 6传感器与检测技术1821年,德国物理学家塞贝克发现,在两种不同的金属所组成的闭合回路中,当两接触处的温度不同时,回路中会产生一个电势,这就是热电效应,也称作“塞贝克效应(Seebeck effect)”。Thomas Johann Seebeck 9 April 1770 10 December 1831三、三、工作原理工作原理第6页,此
3、课件共64页哦 7传感器与检测技术回路中所产生的电动势,叫热电势。热电势由两部分组成,即。热电偶原理图TT0AB冷端冷端热端热端三、三、工作原理工作原理第7页,此课件共64页哦 8传感器与检测技术1.接触电势接触电势 Peltier电势电势接触电势原理图 TeAB第8页,此课件共64页哦 9传感器与检测技术eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势;E 单位电荷,e=1.610-19C;k 波尔兹曼常数,k=1.3810-23 J/K;NA、NB 导体A、B在温度为T 时的自由电子密度。BAABNNekTTeln1.接触电势接触电势 Peltier电势电势第9页,此课件共64页哦
4、10传感器与检测技术2.温差电势温差电势Thomson电势电势温差电势原理图第10页,此课件共64页哦 11传感器与检测技术e(T,T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势;T,T0 高低端的绝对温度;A 汤姆逊系数,表示导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势,例如在0时,铜的=2V/。温差电动势的大小取决于导体的温差电动势的大小取决于导体的及及dTTTeT T AA00,2.温差电势温差电势Thomson电势电势第11页,此课件共64页哦 12传感器与检测技术由导体材料A、B组成的闭合回路,其接点温度分别为 T、T0,如果 T T0,则必存在着两个接触电势和两个温差电势,回路总电
5、势:T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势回路总电势第12页,此课件共64页哦 13传感器与检测技术NAT 导体 A 在结点温度为 T 时的电子密度;NAT0 导体 A在结点温度为 T0 时的电子密度;NBT 导体 B 在结点温度为 T 时的电子密度;NBT0 导体 B 在结点温度为 T0 时的电子密度;A 导体 A 的汤姆逊系数;B 导体 B 的汤姆逊系数。如果 T T0,回路总电势:dTNNlnekTNNlnekTT,TeT,TeTeTeT,TET T BTATBTATABABABAB000000003.回路总电势回路总电势第13页,此课件共64
6、页哦 14传感器与检测技术()()()()BAABABABNNlnTTekTeTeT,TE000=3.回路总电势回路总电势第14页,此课件共64页哦 15传感器与检测技术对于有几种不同材料串联组成的闭合回路,接点温度分别为T1、T2、Tn,冷端温度为零度的热电势。其热电势为 NNABC1ABNABTeTeTeE 2第15页,此课件共64页哦 16传感器与检测技术 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关;与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶;相同材料不会产生热电势,因为当A、B两种导体是同一种材料时,ln(NA/NB)=0也即EAB(T,T0)=
7、0四点结论:四点结论:第16页,此课件共64页哦 17传感器与检测技术 导体材料确定后,热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数,则回路热电势EAB(T,T0)就只与温度T有关,而且是T 的单值函数,这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。00(,)()()()()ABABABET TETETf TCT 四点结论:四点结论:第17页,此课件共64页哦 18传感器与检测技术 第18页,此课件共64页哦 19传感器与检测技术由一种均质导体组成的闭合回路,不论其导体是否存在温度梯度,回路中没有电流(即不产生电动势);反之
8、,如果有电流流动,此材料则一定是非均质的,即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。四、热电偶回路的性质(基本定律)四、热电偶回路的性质(基本定律)第19页,此课件共64页哦 20传感器与检测技术T0T0BTACT1CT0T1TAB2.中间导体定律中间导体定律作业:证明第20页,此课件共64页哦 21传感器与检测技术传感器与检测技术ABT1T2AT0热电偶补偿导线接线图E只要T1、T0不变,接入AB后不管接点温度T2如何变化,都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)说明:当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料A、B(如图)即引入所谓补偿
9、导线时,当EAA(T2)=EBB(T2),则回路总电动势为T2BT0热电偶检定中补偿导线和铜导线的使用问题第21页,此课件共64页哦 22传感器与检测技术如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2(如图所示)时,则其热电势为EAB(T1,T2);当接点温度为T2、T3时,其热电势为EAB(T2,T3);当接点温度为T1、T3时,其热电势为EAB(T1,T3),则BBA T2 T1 T3 AAB EAB(T1,T3)=EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3)3.中间温度定律中间温度定律 第22页,此课件共64页哦 23传感器与检测技术对于冷端温度不是零度时,热电偶如何使用
10、分度表的问题提供了依据。0,0,0E0,E,E00ABAB0ABTETETTTTABAB如当T2=0时,则:第23页,此课件共64页哦 24传感器与检测技术第24页,此课件共64页哦 25传感器与检测技术如果两导体分别与第三种导体组成的热电偶所如果两导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也可知热电偶所产生的热电动势也可知0CB0AC0ABEEETTTTTT,4.标准电极定则标准电极定则作业:证明第25页,此课件共64页哦 26传感器与检测技术0BC0AC0ABEEETTTTTT,第26页,此课件共
11、64页哦 27传感器与检测技术热电偶材料应满足:物理性能稳定,热电特性不随时间改变;化学性能稳定,以保证在不同介质中测量时不被腐蚀;热电势高,导电率高,且电阻温度系数小;便于制造;复现性好,便于成批生产。2.4.2 热电偶的常用材料与结构热电偶的常用材料与结构第27页,此课件共64页哦 28传感器与检测技术工业用热电偶丝:0.5mm,实验室用可更细些。正极:铂铑合金丝,用90铂和10铑(重量比)冶炼而成。负极:铂丝。测量温度:长期:1300、短期:1600。特点:材料性能稳定,测量准确度较高;可做成标准热电偶或基准热电偶。用途:实验室或校验其它热电偶。测量温度较高,一般用来测量1000以上高温
12、。在高温还原性气体中(如气体中含CO、H2等)易被侵蚀,需要用保护套管。材料属贵金属,成本较高。热电势较弱。一、热电偶常用材料一、热电偶常用材料第28页,此课件共64页哦 29传感器与检测技术工业用热电偶丝工业用热电偶丝:1.22.5mm,实验室用可细些。正极正极:镍铬合金(用88.489.7镍、910铬,0.6硅,0.3锰,0.40.7钴冶炼而成)。负极负极:镍硅合金(用95.797镍,23硅,0.40.7钴冶炼而成)。测量温度测量温度:长期1000,短期1300。特点:价格比较便宜,在工业上广泛应用。高温下抗氧化能力强,在还原性气体和含有SO2,H2S等气体中易被侵蚀。复现性好,热电势大,
13、但精度不如WRLB。2镍铬镍铬镍硅镍硅(镍铝镍铝)热电偶(热电偶(K型)型)分度号分度号EU2第29页,此课件共64页哦 30传感器与检测技术工业用热电偶丝:工业用热电偶丝:1.22mm,实验室用可更细些。正极:正极:镍铬合金负极:负极:考铜合金(用56铜,44镍冶炼而成)。测量温度:测量温度:长期600,短期800。特点:价格比较便宜,工业上广泛应用。在常用热电偶中它产生的热电势最大。气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质,适于在还原性或中性介质中使用。3镍铬镍铬考铜热电偶(考铜热电偶(E型)型)分度号为分度号为EA2第30页,此课件共64页哦 31传感器与检测技术正极正极:铂铑合金(
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