热电偶温度传感器..ppt
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1、热电偶温度传感器 热电偶是温度测量仪表中常用热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件的测温元件,是由两种不同成分是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当的导体两端接合成回路时,当两接合点两接合点 热电偶温度不同时,热电偶温度不同时,就会在回路内产生热电流。如就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存果热电偶的工作端与参比端存有温差时,显示仪表将会指示有温差时,显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长,将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两它的大小只与热电偶材料和两端
2、的温度有关,与热电极的长端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表常和显示仪表,记录仪表和电子记录仪表和电子调节器配套使用。调节器配套使用。热电偶温度传感器热电偶温度传感器 热电偶热电偶温度传感器温度传感器 本节要点:本节要点:本节要点:本节要点:1 1 1 1、热电偶、热电偶、热电偶、热电偶基本基本基本基本原理原理原理原理及热电效应及热
3、电效应及热电效应及热电效应;2 2 2 2、热电偶热电偶热电偶热电偶基本定律基本定律基本定律基本定律;3 3 3 3、热电偶结构外形与材料;、热电偶结构外形与材料;、热电偶结构外形与材料;、热电偶结构外形与材料;4 4 4 4、热电偶的、热电偶的、热电偶的、热电偶的冷端补偿方法;冷端补偿方法;冷端补偿方法;冷端补偿方法;5 5 5 5、热电偶测温线路、热电偶测温线路、热电偶测温线路、热电偶测温线路1、基本原理及热电效应 1.1.基本原理基本原理基本原理基本原理 18211821年年年年赛赛赛赛贝贝贝贝克克克克发发发发现现现现了了了了铜铜铜铜、铁铁铁铁这这这这两两两两种种种种金金金金属属属属的的
4、的的温温温温差差差差电电电电现现现现象象象象。即即即即在在在在这这这这两两两两种种种种金金金金属属属属构构构构成成成成的的的的闭闭闭闭合合合合回回回回路路路路中中中中,对对对对两两两两个个个个接接接接头头头头中中中中的的的的一一一一个个个个加加加加热热热热即即即即可可可可产产产产生生生生电电电电流流流流。在在在在冷冷冷冷接接接接头头头头处处处处,电电电电流流流流从从从从铁铁铁铁流流流流向向向向铜铜铜铜。由由由由于于于于冷冷冷冷、热热热热两两两两个个个个端端端端(接接接接头头头头)存存存存在在在在温温温温差差差差而而而而产产产产生生生生的的的的电电电电势势势势差差差差E E,就就就就是是是是温温
5、温温差差差差热热热热电电电电势势势势。这这这这种种种种由由由由两两两两种种种种不不不不同同同同的的的的金金金金属属属属构构构构成成成成的的的的能能能能产产产产生生生生温温温温差差差差热热热热电势的装置称为热电偶。电势的装置称为热电偶。电势的装置称为热电偶。电势的装置称为热电偶。2.2.热电效应热电效应热电效应热电效应 将将将将两两两两种种种种不不不不同同同同的的的的导导导导体体体体(或或或或半半半半导导导导体体体体)A A、B B组组组组合合合合成成成成闭闭闭闭合合合合回回回回路路路路,若若若若两两两两结结结结点点点点处处处处温温温温度度度度不不不不同同同同,则则则则回回回回路路路路中中中中将
6、将将将有有有有电电电电流流流流流流流流动动动动,即即即即回回回回路路路路中中中中有有有有热热热热电电电电动动动动势势势势存存存存在在在在。此此此此电电电电动动动动势势势势的的的的大大大大小小小小除除除除了了了了与与与与材材材材料料料料本本本本身身身身的的的的性性性性质质质质有有有有关关关关以以以以外外外外,还还还还决决决决定定定定于于于于结结结结点点点点处的温差,这种现象称为处的温差,这种现象称为处的温差,这种现象称为处的温差,这种现象称为热电效应热电效应热电效应热电效应或或或或塞贝克效应塞贝克效应塞贝克效应塞贝克效应。热热热热电电电电效效效效应应应应产产产产生生生生的的的的热热热热电电电电势
7、势势势由由由由接接接接触触触触电电电电势势势势和和和和温温温温差差差差电电电电势势势势两两两两部分组成的部分组成的部分组成的部分组成的。(1 1)接接接接触触触触电电电电势势势势 当当当当两两两两种种种种导导导导体体体体(或或或或半半半半导导导导体体体体)接接接接触触触触在在在在一一一一起起起起时时时时,由由由由于于于于不不不不同同同同导导导导体体体体的的的的自自自自由由由由电电电电子子子子密密密密度度度度不不不不同同同同,在在在在结结结结点点点点处处处处就就就就会会会会发发发发生生生生电电电电子子子子迁迁迁迁移移移移扩扩扩扩散散散散。失失失失去去去去电电电电子子子子的的的的导导导导体体体体呈
8、呈呈呈正正正正电电电电位位位位,得得得得到到到到电电电电子子子子的的的的导导导导体体体体呈呈呈呈负负负负电电电电位位位位。当当当当扩扩扩扩散散散散达达达达到到到到平平平平衡衡衡衡时时时时,在在在在两两两两种种种种金金金金属属属属的的的的接接接接触触触触处处处处形形形形成成成成电电电电位位位位差差差差,此此此此电电电电位位位位差差差差称称称称为为为为接接接接触触触触电电电电势势势势。其其其其大大大大小小小小与与与与两两两两种种种种导导导导体体体体的的的的性性性性质质质质及及及及结点的温度有关结点的温度有关结点的温度有关结点的温度有关,可表示为:可表示为:可表示为:可表示为:式中,式中,EAB(T
9、)EAB(T)为为A A、B B两种导体在温度两种导体在温度T T时的接触电势;时的接触电势;K K为玻尔兹曼常数;为玻尔兹曼常数;e e为电子电荷;为电子电荷;NANA,NBNB为导体为导体A A、B B的自由电子密度;的自由电子密度;T T为结点处的绝对温度。为结点处的绝对温度。(2 2)温差电势)温差电势)温差电势)温差电势 也称为也称为也称为也称为汤姆逊电势汤姆逊电势汤姆逊电势汤姆逊电势,产生原因是,产生原因是,产生原因是,产生原因是,金属导体两端的温度不同,则其自由电子的浓金属导体两端的温度不同,则其自由电子的浓金属导体两端的温度不同,则其自由电子的浓金属导体两端的温度不同,则其自由
10、电子的浓度亦不相同度亦不相同度亦不相同度亦不相同,温度高的一端浓度较大,因此高,温度高的一端浓度较大,因此高,温度高的一端浓度较大,因此高,温度高的一端浓度较大,因此高温端的自由电子将向低温端扩散,高温端失去温端的自由电子将向低温端扩散,高温端失去温端的自由电子将向低温端扩散,高温端失去温端的自由电子将向低温端扩散,高温端失去电子带正电,低温端得到多余的电子带负电,电子带正电,低温端得到多余的电子带负电,电子带正电,低温端得到多余的电子带负电,电子带正电,低温端得到多余的电子带负电,从而形成温差电势从而形成温差电势从而形成温差电势从而形成温差电势:式中,EA(T,T0)为导体A的两端温度分别为
11、T与T0时的温差电势;sA为温度系数(又叫汤姆逊系数),它表示单一导体的两端温差为1时所产生的温差电势。热电偶的电势可表示成:热电偶的电势可表示成:可进一步写成可进一步写成 几点结论:几点结论:几点结论:几点结论:如如如如果果果果组组组组成成成成热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的两两两两个个个个电电电电极极极极的的的的材材材材料料料料相相相相同同同同,即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。即使是两结点的温度不同也不会产生热电势。组组组组成成成成热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的两两两两个个个个电电电电极极极极的的的的
12、材材材材料料料料虽虽虽虽然然然然不不不不相相相相同同同同,但是两结点的温度相同也不会产生热电势。但是两结点的温度相同也不会产生热电势。但是两结点的温度相同也不会产生热电势。但是两结点的温度相同也不会产生热电势。由由由由不不不不同同同同电电电电极极极极材材材材料料料料A A、B B组组组组成成成成的的的的热热热热电电电电偶偶偶偶,当当当当冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度T T0 0恒恒恒恒定定定定时时时时,产产产产生生生生的的的的热热热热电电电电势势势势在在在在一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度范范范范围内是热端温度围内是热端温度围内是热端温度围内是热端温度 T T 的单值函数的单值函数的
13、单值函数的单值函数。赛贝克效应赛贝克效应(1)(1)(1)(1)中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体在热电偶回路中接入第三种导体在热电偶回路中接入第三种导体在热电偶回路中接入第三种导体C C C C,只要第三种导体的两接点温度相同,只要第三种导体的两接点温度相同,只要第三种导体的两接点温度相同,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变。则回路中总的热电动势不变。则回路中总的热电动势不变。则回路中总的热电动势不变。右图回路中的总电动势为:右图回路中的总电动势为:右图回路中的总电动势为:右图回路中的总电动势为:T0T0BTAC2 2、热电偶
14、基本定律热电偶基本定律 如果回路中三个接点的温度都相同,即如果回路中三个接点的温度都相同,即如果回路中三个接点的温度都相同,即如果回路中三个接点的温度都相同,即T T T TT T T T0 0 0 0,则回路总电动,则回路总电动,则回路总电动,则回路总电动势必为零,即:势必为零,即:势必为零,即:势必为零,即:即即即即:则则则则:应用:应用:应用:应用:在稳定的冷端环境中,接入在稳定的冷端环境中,接入在稳定的冷端环境中,接入在稳定的冷端环境中,接入检测仪表检测仪表检测仪表检测仪表不会带来测量误差。不会带来测量误差。不会带来测量误差。不会带来测量误差。B BB BA A T Tn n T T
15、T T0 0 A AA AB B(2)(2)(2)(2)中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律 热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度分别为T T T T、T T T T0 0 0 0时的热电动势时的热电动势时的热电动势时的热电动势等于等于等于等于该热电偶该热电偶该热电偶该热电偶在接点温度分别为在接点温度分别为在接点温度分别为在接点温度分别为T T T T、T T T Tn n n n和接点温度分别为和接点温度分别为和接点温度分别为和接点温度分别为T T T Tn n n n、T T T T0 0 0 0时的相应热电动时的相应热电动
16、时的相应热电动时的相应热电动势的代数和。势的代数和。势的代数和。势的代数和。证明:证明:证明:证明:即:即:即:即:(3)(3)(3)(3)参考电极定律参考电极定律参考电极定律参考电极定律 如果两种导体分别与如果两种导体分别与如果两种导体分别与如果两种导体分别与第三种导体第三种导体第三种导体第三种导体组成的热电偶所产生的热电组成的热电偶所产生的热电组成的热电偶所产生的热电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热电偶所产生的热电动势也就动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就动势已知,则由这两种导体组成的热电
17、偶所产生的热电动势也就可知。可知。可知。可知。T T0 0T TE EAB AB(T T,T T0 0)A AB BT T0 0T TE EACAC(T T,T T0 0)A AC CT T0 0T TE EBC BC(T T,T T0 0)B BC C两式相减得:两式相减得:两式相减得:两式相减得:结合热电偶中间导体定律理解:结合热电偶中间导体定律理解:第三种导体为参考电极!第三种导体为参考电极!小结:小结:小结:小结:热电偶三大定律热电偶三大定律 T0T0BTAC中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律 参考电极定律参考电极定律参考
18、电极定律参考电极定律 3 3、常用热电偶的结构和材料、常用热电偶的结构和材料 普通工业用装配式热电偶结构示意图普通工业用装配式热电偶结构示意图普通工业用装配式热电偶结构示意图普通工业用装配式热电偶结构示意图接线盒接线盒接线盒接线盒保险套管保险套管保险套管保险套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管热电偶丝热电偶丝热电偶丝热电偶丝1 1 1 1、常用热电偶的结构、常用热电偶的结构、常用热电偶的结构、常用热电偶的结构 2 2 2 2、热电偶外形、热电偶外形、热电偶外形、热电偶外形 3 3 3 3、热电偶材料、热电偶材料、热电偶材料、热电偶材料 用作热电极的材料应具备下面的条件:用作热电极的材料应具备下
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