第二章热电式传感器优秀PPT.ppt
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1、第二章热电式传感器第一页,本课件共有44页第二章第二章 热电式传感器热电式传感器热电式传感器是工程上应用最广泛的温度传热电式传感器是工程上应用最广泛的温度传感器。它将感器。它将热能热能直接转化成直接转化成电量电量输出,具有输出,具有构造简单,使用方便,构造简单,使用方便,准确度、稳定性及准确度、稳定性及复现性较高,温度测量范围宽等优点,在温复现性较高,温度测量范围宽等优点,在温度测量中占有重要的地位。度测量中占有重要的地位。本章主要介绍:本章主要介绍:1热电偶传感器热电偶传感器4石英温度传感器石英温度传感器2热电阻传感器热电阻传感器5半导体温度传感器半导体温度传感器3热敏电阻传感器热敏电阻传感
2、器6集成温度传感器集成温度传感器第二页,本课件共有44页学习要求学习要求1.1.了解热电偶传感器基本结构和工作原理了解热电偶传感器基本结构和工作原理2.2.掌握热电偶传感器温度补偿方法掌握热电偶传感器温度补偿方法3.3.了解热电阻传感器基本结构和工作原理了解热电阻传感器基本结构和工作原理4.4.掌握热敏电阻的工作原理掌握热敏电阻的工作原理5.5.了解热敏电阻的主要参数了解热敏电阻的主要参数第三页,本课件共有44页第一节第一节热电偶传感器热电偶传感器一、热电效应一、热电效应 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接成串接成一个一个闭合回路闭合回路,当两个,当两个节点温度不同时
3、节点温度不同时,在回路中就会产生热电势,形成电流,在回路中就会产生热电势,形成电流,此现象称为此现象称为热电效应热电效应。热电势由导体中的热电势由导体中的接触电势接触电势和和温差温差电势电势决定。决定。热电偶热电偶-2001300C热电阻热电阻 -200850C第四页,本课件共有44页热电偶工作原理热电偶工作原理 热电偶的测温原理基于热电效应。热电偶的测温原理基于热电效应。工作端工作端 参比端参比端 图图2-1 2-1 热电效应热电效应 TT TT0 0 这种由两种导体的组合并将温度转化为热电动这种由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶势的传感器叫做热电偶。第五页,本课件共有
4、44页注意注意:热电偶构成条件热电偶构成条件1、两种不同导体、两种不同导体2、闭合回路、闭合回路3、两接合点处温度不同、两接合点处温度不同“塞贝克温差电动势”简称“热电动势”热电动势:热电动势:两种导体两种导体接触电势接触电势单一导体单一导体温差电势温差电势第六页,本课件共有44页接触电势接触电势由于不同金属材料所具有的自由电子密度不同,当两种由于不同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。不同的金属导体接触时,在接触面上就会发生电子扩散。ABTT0第七页,本课件共有44页温差电势温差电势因导体两端温度不同而产生的电动势称为因导体两端温度不同而
5、产生的电动势称为温差电势温差电势。高温(高温(T)端电子将向低温端()端电子将向低温端(T0)扩散,致使高温端)扩散,致使高温端因失去电子带正电,低温端因获电子而带负电。因而在因失去电子带正电,低温端因获电子而带负电。因而在同一导体两端也产生电位差,并阻止电子从高温端向低同一导体两端也产生电位差,并阻止电子从高温端向低温端扩散,于是电子扩散形成动平衡,此时所建立的电温端扩散,于是电子扩散形成动平衡,此时所建立的电位差称为温差电势即位差称为温差电势即汤姆逊电势。汤姆逊电势。ABTT0第八页,本课件共有44页热电偶的热电势是随着介质的温度变化而变化的,其量热电偶的热电势是随着介质的温度变化而变化的
6、,其量值关系可由式所表示:值关系可由式所表示:式中:式中:热电偶的热电势,单位热电偶的热电势,单位V;温度为温度为T时的热电势,单位时的热电势,单位V;温度为温度为T0时的热电势,单位时的热电势,单位V。上一页下一页返回第九页,本课件共有44页结论结论:1.1.热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极;热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极;2.2.如果热电偶两结点温度相同,即如果热电偶两结点温度相同,即T T=T T0 0,则尽管,则尽管导体导体A A、B B的材料不同,热电偶回路中的总电动的材料不同,热电偶回路中的总电动势也为零。势也为零。3.3.热电偶热电偶ABAB的热电动势与的热电动势与
7、A A、B B材料的中间温度无关,材料的中间温度无关,只与结点温度有关。只与结点温度有关。4.4.热电势的大小与两种导体材料的性质及结点温热电势的大小与两种导体材料的性质及结点温度有关,而与电极的几何尺寸无关。度有关,而与电极的几何尺寸无关。第十页,本课件共有44页热电偶基本定律热电偶基本定律中间导体定律:在热电偶回路中接入第三种材料的导在热电偶回路中接入第三种材料的导体,只要其两端的温度相等,第三导体的体,只要其两端的温度相等,第三导体的引入不会影响热电偶的热电动势引入不会影响热电偶的热电动势。根据这个定律,可以将根据这个定律,可以将第三导线第三导线换成换成测试仪表测试仪表或连接导线或连接导
8、线,只要保持两结点温度相同,就可,只要保持两结点温度相同,就可以对热电势进行测量而不影响原热电动势的数值。以对热电势进行测量而不影响原热电动势的数值。第十一页,本课件共有44页常用的热电偶常用的热电偶并不是所有材料均可以用来作热电偶的,对组并不是所有材料均可以用来作热电偶的,对组成热电偶的材料应具备以下一些条件:成热电偶的材料应具备以下一些条件:1.在测温的范围内,热电特性要稳定,不随时间而变化。在测温的范围内,热电特性要稳定,不随时间而变化。2.在测温的范围内,物理、化学性能要稳定,不易氧化在测温的范围内,物理、化学性能要稳定,不易氧化或腐蚀或腐蚀3.在测温中产生的热电动势要大,并且热电动势
9、随温度在测温中产生的热电动势要大,并且热电动势随温度变化为变化为单值的、线性的、或者接近线性的。单值的、线性的、或者接近线性的。4.电阻温度系数要小,电阻率要高。电阻温度系数要小,电阻率要高。5.材料的复制性好,易焊接、拉丝和加工。材料的复制性好,易焊接、拉丝和加工。第十二页,本课件共有44页 根据上述要求,国际上目前得到应用的热电偶材料根据上述要求,国际上目前得到应用的热电偶材料有有300300多种,广泛应用的有多种,广泛应用的有40504050种。国际电工委员会种。国际电工委员会IECIEC对已被公认为性能比较好的七种热电偶制订了统一的标对已被公认为性能比较好的七种热电偶制订了统一的标准。
10、我国已采用准。我国已采用IECIEC标准,按标准生产,并按标准分度表标准,按标准生产,并按标准分度表生产与之相配的显示仪表。生产与之相配的显示仪表。IECIEC推荐的标准化热电偶如表推荐的标准化热电偶如表所示。所示。热电偶名称热电偶名称IEC分度号分度号我国分度号我国分度号国家标准号国家标准号新新旧旧铂铑铂铑10-铂铂铂铑铂铑30-铂铑铂铑6镍铬镍铬-镍硅镍硅铜铜-铜镍(康铜)铜镍(康铜)镍铬镍铬-铜镍(康铜)铜镍(康铜)铁铁-铜镍(康铜)铜镍(康铜)铂铑铂铑13-铂铂SBKTEJRSBKTEJRLB-3LL-2EU-2CK-GB3772-83GB2902-82GB2614-85GB2903-
11、82GB4993-85GB4994-85GB1598-79第十三页,本课件共有44页K K型热电偶型热电偶K K型热电偶是目前在型热电偶是目前在500500以上的测温区用量以上的测温区用量最大的金属热电偶,其用量是其他金属热电最大的金属热电偶,其用量是其他金属热电偶的总和。偶的总和。K K型热电偶线性度好、热电动势较大,所以型热电偶线性度好、热电动势较大,所以能用于氧化性、惰性气氛中。但能用于氧化性、惰性气氛中。但K K型热电偶型热电偶不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气
12、氛之中。弱氧化气氛之中。第十四页,本课件共有44页热电偶的补偿热电偶的补偿根据热电偶测温原理,只有当热电偶的参考端的温度保根据热电偶测温原理,只有当热电偶的参考端的温度保持不变时,热电动势才是被测温度的单值函数。持不变时,热电动势才是被测温度的单值函数。原因:原因:通常要求通常要求T T0 0保持为保持为00,但在实际使用时,但在实际使用时,由于热电偶的两端离的很近,冷端又暴露在由于热电偶的两端离的很近,冷端又暴露在空气中,受其环境温度的影响,冷端的温度空气中,受其环境温度的影响,冷端的温度很难保持恒定的很难保持恒定的00,于是就产生了热电偶冷,于是就产生了热电偶冷端补偿的问题。端补偿的问题。
13、主要方法有:主要方法有:冷端导线延伸补偿法,电桥补偿法,冷端导线延伸补偿法,电桥补偿法,参考端参考端00恒温法恒温法。第十五页,本课件共有44页法法1 1:冷端导线延伸补偿法冷端导线延伸补偿法为了使热电偶的冷端温度保持恒定(最好为为了使热电偶的冷端温度保持恒定(最好为00),),常用导线将热电偶的冷端延伸出来,使其置于恒温常用导线将热电偶的冷端延伸出来,使其置于恒温环境中。延伸用的导线在一定温度范围内(环境中。延伸用的导线在一定温度范围内(0-0-10001000)。应具有和所连热电偶相同的热电偶相同)。应具有和所连热电偶相同的热电偶相同的热电性能。的热电性能。第十六页,本课件共有44页 不不
14、平平衡衡电电桥桥由由R R1 1、R R2 2、R R3 3(锰锰铜铜丝丝绕绕制制)、R RCuCu(铜铜丝丝绕绕制制)四四 个个 桥桥 臂臂 和和 桥桥 路路 电电 源源 组组 成成。在在 00下下 使使 电电 桥桥 平平 衡衡(R R1 1=R R2 2=R R3 3=R RCuCu),),此时此时U Uabab=0,=0,电桥对仪表读数无影响。电桥对仪表读数无影响。供电供电4V4V直流,在直流,在0 04040或或-20-202020的范围起补偿作用。的范围起补偿作用。电桥补偿的作用注注意意:桥桥臂臂RCu必必须须和和热热电电偶偶的的冷冷端端靠近,使处于同一温度之下。靠近,使处于同一温度
15、之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0EAB(T,T0)RCu Ua Uab法法2 2:电桥补偿法电桥补偿法第十七页,本课件共有44页法法3 3:参考端参考端00恒温法恒温法 这种方法是将热电偶的参比端保持在稳定的这种方法是将热电偶的参比端保持在稳定的0 0 C C环境中。在实验室中采用冰浴法,通常环境中。在实验室中采用冰浴法,通常是把参比端放在盛有绝缘油的试管中,然后是把参比端放在盛有绝缘油的试管中,然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中,再将其放入装满冰水混合物的保温容器中,使参比端保持使参比端保持0 0 C C。这种方法是一种理想方这种方法是
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