电气检测技术优秀PPT.ppt

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1、电气检测技术电气检测技术现在学习的是第1页，共33页主要性能特点主要性能特点 热电偶能满足温度测量的各种要求，结构简热电偶能满足温度测量的各种要求，结构简单，测温精度高，测温范围宽单，测温精度高，测温范围宽(-269-2800)(-269-2800)，响应时间较快，稳定性较好，在测温领域得到广响应时间较快，稳定性较好，在测温领域得到广泛的应用。泛的应用。电气检测技术电气检测技术2现在学习的是第2页，共33页一、一、热电偶的偶的测温原理温原理热电效效应：两不同两不同导体或半体或半导体的体的闭合回路，合回路，两接点分两接点分别置于温度各置于温度各为t t及及t t0 0(tt(tt0 0)的的热源

2、中，回路中源中，回路中产生生热电动势。A A、B B为热电极，极，t t为工作端或工作端或热端，端，t t0 0为自由端或冷端。自由端或冷端。热电势大小由大小由组成成热电偶的两种偶的两种导体的接触体的接触电动势和和单一一导体的温差体的温差电动势组成，成，热电动势的大的大小与小与这两种两种导体的材料及体的材料及节点温度点温度值有关。有关。电气检测技术电气检测技术3现在学习的是第3页，共33页1 1、接触、接触电动势 A A、B B接触时，由于材料不同，接触时，由于材料不同，(A(A自由电子密度自由电子密度 ，B B为为 ，且且 )，A A扩散到扩散到B B中电子中电子较多，较多，A A失电子带正

3、电，失电子带正电，B B带负电带负电接触处产生接触电场，该电场阻接触处产生接触电场，该电场阻碍电子扩散，达到电子漂移动态平衡，接触电势大碍电子扩散，达到电子漂移动态平衡，接触电势大小取决于导体性质及接触点的温度值，与金属尺寸小取决于导体性质及接触点的温度值，与金属尺寸无关。该接触电势为：无关。该接触电势为：kk波尔兹曼常数波尔兹曼常数 t t温度值温度值 e e-电子电荷量电子电荷量电气检测技术电气检测技术4现在学习的是第4页，共33页2 2、温差、温差电动势 由于导体两端温度不同产由于导体两端温度不同产生的一种电动势。高温端电子生的一种电动势。高温端电子的能量大，向低温端漂移，在的能量大，向

4、低温端漂移，在高温端由于失电子而带正电，高温端由于失电子而带正电，低温端带负电，在同一导体的低温端带负电，在同一导体的两端形成温差电动势，温差电两端形成温差电动势，温差电动势用如下的形式表示：动势用如下的形式表示：及及 分别为导体分别为导体A A及及B B在两端温度在两端温度为为t t及及t t0 0时的温差电动势。时的温差电动势。电气检测技术电气检测技术5现在学习的是第5页，共33页3 3、热电偶回路的偶回路的热电动势 设工作端温度为设工作端温度为t t，冷端温度，冷端温度t t0 0，取，取 方向方向为参考正方向，则回路的总电动势为：为参考正方向，则回路的总电动势为：电气检测技术电气检测技

5、术6现在学习的是第6页，共33页说明明 金属中，自由电子的数目极多，温度不能显著金属中，自由电子的数目极多，温度不能显著的改变它的自由电子的浓度，所以同一金属中，温的改变它的自由电子的浓度，所以同一金属中，温差电动势极小，可忽略，因此热电偶回路中起决定差电动势极小，可忽略，因此热电偶回路中起决定作用的是两个接点处产生的与材料及该处温度都有作用的是两个接点处产生的与材料及该处温度都有关的接触电动势，上式可以写成：关的接触电动势，上式可以写成：实际工程应用中，一般就采用上式来表示回路实际工程应用中，一般就采用上式来表示回路的热电动势，该电势比较精确。的热电动势，该电势比较精确。电气检测技术电气检测

6、技术7现在学习的是第7页，共33页 实际使用使用标定定热电偶偶时，使，使t t0 0为常数，此常数，此时，热电偶的偶的电势可写可写为：热电偶回路一个端点保持温度不偶回路一个端点保持温度不变，回路的，回路的总电动势只随另一个端点的温度只随另一个端点的温度变化而化而变化，两个端化，两个端点的温差越大，回路的点的温差越大，回路的总热电势也越大。也越大。电气检测技术电气检测技术8现在学习的是第8页，共33页说明说明 不同类型的热电偶，温度与输出电势间的函数不同类型的热电偶，温度与输出电势间的函数关系不同。通常令关系不同。通常令t t0 0=0=0，在不同的温差，在不同的温差(t-t(t-t0 0)情情

7、况下，精确测出回路总热电势，绘制成表格或曲况下，精确测出回路总热电势，绘制成表格或曲线，获得热电偶的分度表。线，获得热电偶的分度表。电气检测技术电气检测技术9现在学习的是第9页，共33页二、二、热电偶的基本定律偶的基本定律 1 1、回路热电势大小只与组成热电偶的金属材料、回路热电势大小只与组成热电偶的金属材料及接点处温度有关，与热电偶形状、大小无关。及接点处温度有关，与热电偶形状、大小无关。2 2、热电偶必须采用两种不同的材料，可验证金、热电偶必须采用两种不同的材料，可验证金属材料是否匀质。属材料是否匀质。3 3、接点处温度相同，热电偶回路总电势为零。、接点处温度相同，热电偶回路总电势为零。4

8、 4、热电势与、热电势与A A、B B的中间温度无关，只与接点处的中间温度无关，只与接点处的温度有关。的温度有关。电气检测技术电气检测技术10现在学习的是第10页，共33页5 5、中间导体定律：、中间导体定律：热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要接热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要接入的第三种材料的导线两端的温度相等，该导线的入的第三种材料的导线两端的温度相等，该导线的引入不会影响回路的热电势。引入不会影响回路的热电势。据此，可将第三种导线换成测试仪表或连接导据此，可将第三种导线换成测试仪表或连接导线，只要保持两接点处温度相等，就可以对热电势线，只要保持两接点处温度相等，就可以对热电势进

9、行测量而不影响的结果。进行测量而不影响的结果。电气检测技术电气检测技术11现在学习的是第11页，共33页证明：明：回路总电动势为：回路总电动势为：电气检测技术电气检测技术12现在学习的是第12页，共33页证明：证明：电气检测技术电气检测技术13现在学习的是第13页，共33页 6 6、当接点、当接点处温度温度为t t，t t0 0，用，用导体体A A、B B组成的成的热电偶的偶的热电势等于等于ACAC热电偶和偶和CBCB热电偶的偶的热电势总和。即：和。即：电气检测技术电气检测技术14现在学习的是第14页，共33页三、三、热电偶冷端温度偶冷端温度补偿 为使热电势与被测温度成单值函数关系，需把为使热

10、电势与被测温度成单值函数关系，需把热电偶冷端的温度按保持恒定，并消除冷端热电偶冷端的温度按保持恒定，并消除冷端00所产所产生的误差。由于热电偶分度表是以冷端温度生的误差。由于热电偶分度表是以冷端温度00为标为标准的，故实际使用时应注意这一点。准的，故实际使用时应注意这一点。电气检测技术电气检测技术15现在学习的是第15页，共33页1 1、补偿导线法法 补偿导线是在一定温度范围内补偿导线是在一定温度范围内(0-100)(0-100)，热电，热电性能与其所连接的热电偶的热电性能相同的一种廉性能与其所连接的热电偶的热电性能相同的一种廉价的导线。价的导线。电气检测技术电气检测技术16现在学习的是第16

11、页，共33页 补偿导线的作用补偿导线的作用 1)1)用廉价的用廉价的补偿导线作作为贵金属金属热电偶的延偶的延长线，节约贵金属；金属；2)2)将冷端迁移至离被将冷端迁移至离被测对象象(热源源)较远且且环境境温度温度较恒定的地方，便于冷端温度的修正和减小恒定的地方，便于冷端温度的修正和减小测量量误差；差；3)3)用用较粗的粗的补偿导线作作为热电偶的延偶的延长线，减，减小小热电偶回路的内阻，以利偶回路的内阻，以利显示示仪表的正常工作。表的正常工作。电气检测技术电气检测技术17现在学习的是第17页，共33页使用使用补偿导线时注意点注意点 1)1)各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配各种补偿导线只能与相

12、应型号的热电偶配用；使用时必须同极性相连；用；使用时必须同极性相连；2)2)热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100,100,否则会由于热电特性不同带来新的误差；否则会由于热电特性不同带来新的误差；3)3)延长后的冷端的温度值恒定或。延长后的冷端的温度值恒定或。在热电偶的补偿导线使用中，必须要同极性连在热电偶的补偿导线使用中，必须要同极性连接，当极性接反时，将会带来很大的误差。接，当极性接反时，将会带来很大的误差。电气检测技术电气检测技术18现在学习的是第18页，共33页 例：已知热电偶的灵敏度为：例：已知热电偶的灵敏度为：0.0411mV/0.0411m

13、V/，ABAB分别为分别为ABAB的同极补偿导线。极性接错时，相的同极补偿导线。极性接错时，相对误差为多大对误差为多大?电气检测技术电气检测技术19现在学习的是第19页，共33页 解：如果不接错极性，回路的电势为：解：如果不接错极性，回路的电势为：当接错补偿导线时，导线当接错补偿导线时，导线AA与与B B及及A A与与BB分别分别组成热电偶，接触点温度为组成热电偶，接触点温度为T T1 1，此时回路电势为：，此时回路电势为：电气检测技术电气检测技术20现在学习的是第20页，共33页 极性接极性接错引入的相引入的相对误差差为：热电偶和偶和补偿导线需配套使用，两者不匹配需配套使用，两者不匹配时，会

14、，会带来很大来很大误差，差，这是使用是使用热电偶偶补偿导线时需要注意的。需要注意的。电气检测技术电气检测技术21现在学习的是第21页，共33页2 2、冷端温度的修正方法、冷端温度的修正方法 分分度度表表在在冷冷端端温温度度 0 0 时时获获得得，冷冷端端温温度度不不为为 0 0 时时，对对仪仪表表示示值值修修正正，获获正正确确读读数数。修修正正公公式式为为：四、常用四、常用热电偶及其特性偶及其特性 1 1、铂铑、铂铑铂热电偶铂热电偶(S)(S)铂铑铂铑铂热电偶属于贵金属热电偶，该热电偶铂热电偶属于贵金属热电偶，该热电偶的正极为铂铑合金，该热电偶能测量较高的温度，的正极为铂铑合金，该热电偶能测量

15、较高的温度，能长时间在能长时间在0-13000-1300的环境中进行测量，短时间可的环境中进行测量，短时间可测到测到16001600，可用于高温及精密测量。，可用于高温及精密测量。缺点：缺点：在还原性气体中易受损坏，材料为贵金属，成在还原性气体中易受损坏，材料为贵金属，成本较高。本较高。电气检测技术电气检测技术23现在学习的是第23页，共33页2 2、镍铬、镍铬镍铝镍铝(镍铬镍铬镍硅镍硅)非非贵贵金金属属热热电电偶偶中中性性能能最最稳稳定定的的一一种种，应应用用最最广广。正正极极为为镍镍铬铬。高高温温下下抗抗氧氧化化的的能能力力很很强强，可可长长期期工工作作在在 1 10 00 00 0 环环

16、境境中中，短短时时间间内内可可工工作作在在 1 13 30 00 0的的环环境境中中。线线性性度度好好，接接近近直直线线，热热电电动动势势大大（相相同同温温差差下下，热热电电势势为为铂铂铑铑 铂铂热热电电偶偶的的 4 4-5 5倍倍），价价格便宜，是工业生产中最常用的热电偶。格便宜，是工业生产中最常用的热电偶。电气检测技术电气检测技术24现在学习的是第24页，共33页 镍铝电极在长期高温使用时较易氧化，用镍硅镍铝电极在长期高温使用时较易氧化，用镍硅来取代镍铝，镍硅电极的抗氧化性及热电性能要优来取代镍铝，镍硅电极的抗氧化性及热电性能要优于镍铝。我国采用镍铬于镍铝。我国采用镍铬镍硅作为标准热电偶，

17、用镍硅作为标准热电偶，用来检定工业用镍铬来检定工业用镍铬镍铝热电偶。镍铝热电偶。这种热电偶易受还原性气体的影响，在不加保这种热电偶易受还原性气体的影响，在不加保护的情况，只能用于低于护的情况，只能用于低于500500的工作环境中。的工作环境中。电气检测技术电气检测技术25现在学习的是第25页，共33页五、五、热电偶常用偶常用测量量电路路 1 1、基本测量电路、基本测量电路 2 2、温差测量电路、温差测量电路 3 3、平均温度测量电路、平均温度测量电路 4 4、温度求和电路、温度求和电路 电气检测技术电气检测技术26现在学习的是第26页，共33页1 1、基本、基本测量量电路路 C C、D D为补

18、偿导线，冷为补偿导线，冷端温度端温度T T0 0，E E为铜导线。为铜导线。回路总热电势回路总热电势E EABAB(T,T(T,T0 0)，流过毫伏表的电流为：流过毫伏表的电流为：式中：式中：R RZ Z为热电偶内阻，为热电偶内阻，RCRC为导线为导线(包括铜线，包括铜线，补偿导线补偿导线)内组，内组，R RM M为仪表的内阻为仪表的内阻(包括负载电阻包括负载电阻)电气检测技术电气检测技术27现在学习的是第27页，共33页六六 热电偶偶实际测温温电路路 使用热电偶测量温度时，选择或设计相应的测使用热电偶测量温度时，选择或设计相应的测量电路必须要考虑三件事：量电路必须要考虑三件事：1 1、采用什

19、么样的放大电路？、采用什么样的放大电路？2 2、非线性误差如何校正、非线性误差如何校正?3 3、冷端如何处理、冷端如何处理?电气检测技术电气检测技术28现在学习的是第28页，共33页1 1、热电偶放大偶放大电路路 设测量的温度范围为：设测量的温度范围为：0-600 0-600 输出量程电压为：输出量程电压为：0-6V0-6V 查表得，查表得，K K型热电偶输出电压型热电偶输出电压-温度对应如下：温度对应如下：温度：温度：温差电势温差电势(mV)(mV)：0 00 0 100 4.095 100 4.095 200 8.137 200 8.137 300 12.207 300 12.207 60

20、0 24.902 600 24.902 可以看出，在量程内，输出是非线性的。可以看出，在量程内，输出是非线性的。电气检测技术电气检测技术29现在学习的是第29页，共33页设计放大放大电路如下：路如下：电气检测技术电气检测技术30现在学习的是第30页，共33页电路路说明：明：1)1)电阻电阻R1R1和电容和电容C C构成一阶无源低通滤波器对构成一阶无源低通滤波器对输入信号滤波，输入信号滤波，A1A1是同相输入的比例放大器，采用是同相输入的比例放大器，采用高精度、低温漂的高精度、低温漂的OP07OP07运算放大器；运算放大器；2)2)为获得量程输出，放大电路的增益为：为获得量程输出，放大电路的增益

21、为：选取：选取：R R2 2=510=510欧、欧、R3R3=120=120千欧、千欧、W W1 1=3=3千欧即可。千欧即可。电气检测技术电气检测技术31现在学习的是第31页，共33页 3)3)滤波电容若有较大的漏电流，将产生很大的滤波电容若有较大的漏电流，将产生很大的偏移电压。例如，若偏移电压。例如，若C1C1有有0.2uA0.2uA的漏电流，则会产生的漏电流，则会产生的附加偏移电压的附加偏移电压200uV200uV，该附加电压经放大输出后，该附加电压经放大输出后，会带来较大的测温误差；会带来较大的测温误差；4)4)电路产生较大的非线性误差，电路产生较大的非线性误差，t=300t=300，实，实际的输出电压为：际的输出电压为：12.207mV*240.94=2.941V12.207mV*240.94=2.941V，此时，此时的非线性误差约为的非线性误差约为1%1%，对于精密测量是不允许的，对于精密测量是不允许的，需进行非线性校正。需进行非线性校正。电气检测技术电气检测技术32现在学习的是第32页，共33页小结小结电气检测技术电气检测技术33现在学习的是第33页，共33页