第六章热电式传感器优秀课件.ppt

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1、第六章热电式传感器第1页，本讲稿共61页教学基本要求和重点教学基本要求和重点l l掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念l l掌握三类热电式传感器的基本工作原理掌握三类热电式传感器的基本工作原理l l掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方法、使用热电偶的测温方法法、使用热电偶的测温方法l l掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合l l掌握热敏电阻的电阻温度特性掌握热敏电阻的电阻温度特性l l会使用分度表会使用分度表第2页，本讲稿共61页先看一个实验先看一个实验热电偶工作

2、原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、端、冷冷端端）第一节 热电偶温度传感器左端称为：左端称为：测量端测量端（工作端、（工作端、热端热端）热电极热电极B B热电势热电势AB第3页，本讲稿共61页一、一、热电偶测温原理热电偶测温原理 热热电电偶偶两两结结点点所所产产生生的的总总的的热热电电势势等等于于热热端端热热电电势势与冷端热电势与冷端热电势之差之差，是两个结点的，是两个结点的温差温差tt 的函数：的函数：EAB（T，T0）=eAB（T T

3、）-eAB（T T0 ）热电势大致与热电势大致与两个结点的两个结点的温差温差tt 成正比成正比第4页，本讲稿共61页从实验到理论：从实验到理论：热电效应热电效应 1821年，德国物理学家年，德国物理学家赛贝克赛贝克用两种不同金属用两种不同金属组成组成闭合回路闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏指南针发生偏转转（说明什么？）（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结，如果用两盏酒精灯对两个结点点同时加热，指南针的偏转角反而减小同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明（又说明什么？）什么？）。显然

4、，指南针的偏转说明回路中有电动势产显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。点的温差有关。第5页，本讲稿共61页（一）热电势的产生（一）热电势的产生 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属由电子的密度不同，在两金属A和和B的接触点处会发的接触点处会发生自由电子的生自由电子的扩散现象扩散现象。自由电子将从密度大的金属。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B，使，使A失去电子带正电失去电子带正电，B得得到电子

5、带负电到电子带负电，从而产生，从而产生热电势热电势。自由自由电子电子ABeAB（T T）T T第6页，本讲稿共61页1 1 1 1、接触电动势、接触电动势、接触电动势、接触电动势接触电势接触电势温差电势温差电势 若金属若金属若金属若金属A A A A的自由电子浓度大于金属的自由电子浓度大于金属的自由电子浓度大于金属的自由电子浓度大于金属B B B B的，的，的，的，则在同一瞬间由则在同一瞬间由则在同一瞬间由则在同一瞬间由A A A A扩散到扩散到扩散到扩散到B B B B的电子将比由的电子将比由的电子将比由的电子将比由B B B B扩扩扩扩散到散到散到散到A A A A的电子多，因而的电子多，

6、因而的电子多，因而的电子多，因而A A A A对于对于对于对于B B B B因失去电子而带因失去电子而带因失去电子而带因失去电子而带正电，正电，正电，正电，B B B B获得电子而带负电，在接触处便产生获得电子而带负电，在接触处便产生获得电子而带负电，在接触处便产生获得电子而带负电，在接触处便产生电场。电场。电场。电场。A A A A、B B B B之间便产生了一定的接触电动势。之间便产生了一定的接触电动势。之间便产生了一定的接触电动势。之间便产生了一定的接触电动势。热电势热电势热电势热电势 EAB(T,T0)第7页，本讲稿共61页 接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关接触电动势的

7、大小与两种金属的材料、接点的温度有关接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。，与导体的直径、长度及几何形状无关。，与导体的直径、长度及几何形状无关。，与导体的直径、长度及几何形状无关。对于温度为对于温度为对于温度为对于温度为T T的接点，有下列接触电动势公式：的接点，有下列接触电动势公式：的接点，有下列接触电动势公式：的接点，有下列接触电动势公式：上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体中上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体中上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体中上式说明接触电

8、动势的大小与接点温度的高低及导体中的电子密度有关。的电子密度有关。的电子密度有关。的电子密度有关。第8页，本讲稿共61页 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小

9、。因有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差温差电动势，又称汤姆森电动势电动势，又称汤姆森电动势。2、温差电动势、温差电动势第9页，本讲稿共61页 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材料材料及及两端的两端的温度温度。

10、导体导体A两端的温差电动势可用下式表示：两端的温差电动势可用下式表示：E EA A（T T，T T0 0）导体导体导体导体A A两端温度分别为两端温度分别为两端温度分别为两端温度分别为T T、T T0 0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T T、T T0 0高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；A A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A A两端的温度差为两端的温度差为两端的温度差为两端的温度差为1 1时所产生的温差电动势。时所产生的温差电动势。时所产生的

11、温差电动势。时所产生的温差电动势。同样导体同样导体B两端的温差电动势如下式所示：两端的温差电动势如下式所示：第10页，本讲稿共61页图图6-5 6-5 热电偶回路总热电势热电偶回路总热电势A AB BT TT T0 0E EA A(T T,T T0 0)E EB B(T T,T T0 0)E EABAB(T T)E EABAB(T T0 0)3、回路总电动势、回路总电动势第11页，本讲稿共61页第12页，本讲稿共61页 由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在

12、热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。N NA（T）和和NA（T T0）可记做）可记做N NA，NB（T）和）和NB B（T0）可记做）可记做NB，则，则 有有在标定热电偶时，一般使在标定热电偶时，一般使T0为常数，则为常数，则 第13页，本讲稿共61页 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；的材料及两端接点的温度有关；与热电偶与热电偶的长度、粗细、形状无关的长度、粗细、形状无关。热电偶基本性质：热电偶基本性质：只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会

13、产生热电动势。因为当相同材料不会产生热电动势。因为当A、B两种两种导体是同一种材料时，导体是同一种材料时，ln（NA/NB）=0，所以，所以EAB（T，T0）=0。第14页，本讲稿共61页 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即电动势，即EAB（T，T0）=0。导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使两端的温度有关。如果

14、使eAB（T0）=常数，则回常数，则回路热电动势路热电动势EAB（T，T0）就只与温度）就只与温度T有关，有关，而且是而且是T的单值函数，这就是利用的单值函数，这就是利用热电偶测温热电偶测温的基本原理的基本原理。第15页，本讲稿共61页B BB BA A T Tn n T T T T0 0 A AA AB B1、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T T、T0 0时的热电动势等时的热电动势等时的热电动势等时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为于该热电偶在接点温度分别为于该热电偶在接点温度分别为于该热电偶在接点温度分别为T T、T Tn n和接点温度分别和接

15、点温度分别为为T Tn、T0时的相应热电动势的代数和。时的相应热电动势的代数和。（二）（二）热电偶基本定律热电偶基本定律第16页，本讲稿共61页证明：证明：即：即：对于冷端温度不是零度时，热电偶为如何对于冷端温度不是零度时，热电偶为如何分度表分度表的问题提供了依据。的问题提供了依据。第17页，本讲稿共61页当当T Tn n=0=0时，则：时，则：上式说明：只要上式说明：只要A、B组成的热电偶在冷端温组成的热电偶在冷端温度为零时的度为零时的“热电动势热电动势 温度温度”关系已知，关系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。第18页，本讲稿共61页 中

16、间温度定律表明：当在原来热电中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料偶回路中分别引入与导体材料A、B相同相同热电特性的材料热电特性的材料C、D即引入所谓即引入所谓补偿导补偿导线线时，只要它们之间连接的两点温度相时，只要它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与两连接点温同，则总回路的热电动势与两连接点温度无关，度无关，只与热电偶两端的温度有关只与热电偶两端的温度有关。第19页，本讲稿共61页2、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C，只要第三，只要第三种导体的种导体的两接点温度相同两接点温度相同，则回路中总的热电，则回路中总的热

17、电动势不变。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：T0T0BTAC（6-116-11）第20页，本讲稿共61页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TT0，则回路总电动势必为零，即：则回路总电动势必为零，即：即即代入式（代入式（611）则）则第21页，本讲稿共61页如果按右图接入第三种如果按右图接入第三种导体导体C，则回路中的总，则回路中的总电动势为：电动势为：T1CT0T1TBA而而所以所以第22页，本讲稿共61页从从1988年年1月月1日日起起，我我国国热热电电偶偶和和热热电电阻阻的的生生产产全全部部按按国国际际电电工工委委员员会会（IEC

18、）的的标标准准，并并指指定定S、B、E、K、R、J、T七七种种标标准准化化热热电电偶偶为为我我国国统统一一设设计计型型热热电电偶偶。但但其其中中的的R型型（铂铂铑铑13-铂铂）热热电电偶偶，因因其其温温度度范范围围与与S型型（铂铑（铂铑10-铂）重合铂）重合,我国没有生产和使用。我国没有生产和使用。二、二、热电偶的种类与结构热电偶的种类与结构（一）（一）标准型热电偶标准型热电偶第23页，本讲稿共61页(1)铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电偶（分度号热电偶（分度号B）它的正极是铂铑丝它的正极是铂铑丝(铂铂70%，铑，铑30%)，负极也，负极也是铂铑丝是铂铑丝(铂铂94%，铑，铑6%)，俗称双铂铑。测

19、量，俗称双铂铑。测量温度最高长期可达温度最高长期可达1600，短期可达，短期可达1800。优点是材料性能稳定，测量精度高，测温上优点是材料性能稳定，测量精度高，测温上限高。限高。缺点是在还原性气体中易被侵蚀，成本高。缺点是在还原性气体中易被侵蚀，成本高。第24页，本讲稿共61页铂铂pt78pt78，性软，易受机械处理，溶点，性软，易受机械处理，溶点1772C1772C，化学性质稳定，但溶于王水，化学性质稳定，但溶于王水（硝酸和盐酸（硝酸和盐酸1 1：3 3混合）。混合）。铂族元素：钌、锇、铑、铱、钯、铂，溶点铂族元素：钌、锇、铑、铱、钯、铂，溶点都在都在1500C1500C以上，性质稳定，在自

20、然界中以上，性质稳定，在自然界中多以游离态存在。多以游离态存在。金金AU79AU79，延展性强，比重，延展性强，比重19.32,19.32,熔点熔点1064C1064C，在空气中极稳定，不溶于酸或，在空气中极稳定，不溶于酸或碱，溶于王水及氯化钾、氯化钠溶液中。碱，溶于王水及氯化钾、氯化钠溶液中。第25页，本讲稿共61页(2)铂铑铂铑10-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号S）正极是铂铑丝正极是铂铑丝(铂铂90%，铑，铑l0%)，负极是纯铂，负极是纯铂丝。测量温度最高长期可达丝。测量温度最高长期可达1300，短期可达，短期可达1600，一般用来测量，一般用来测量1000以上的高温。以上的高温。优点

21、是材料性能稳定；测量准确度较高，可做成优点是材料性能稳定；测量准确度较高，可做成标准热电偶或基准热电偶；抗氧化性强，宜在氧标准热电偶或基准热电偶；抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作。化性、惰性气氛中工作。第26页，本讲稿共61页缺点是在高温还原性气体中（如气体中含缺点是在高温还原性气体中（如气体中含C、H2等）易被侵蚀，需要用保护套管；另外其等）易被侵蚀，需要用保护套管；另外其热电极材料属贵金属，成本较高，热电势也较热电极材料属贵金属，成本较高，热电势也较弱。弱。国际温标中规定它为国际温标中规定它为630.741064.43温度范温度范围内复现温标的标准仪器。围内复现温标的标准仪器。第27

22、页，本讲稿共61页正正极极是是镍镍铬铬合合金金(88.489.7镍镍、910铬铬，0.6硅硅，0.3锰锰，0.40.7钴钴)，负负极极为为镍镍硅硅(镍镍95.797镍镍,23硅硅,0.40.7钴钴)。测温范围为。测温范围为-200+1300。优优点点是是测测温温范范围围很很宽宽、热热电电动动势势与与温温度度关关系系近近似似线线性性、热热电电动动势势大大、高高温温下下抗抗氧氧化化能能力强、价格低，所以在工业上应用广泛。力强、价格低，所以在工业上应用广泛。(3)镍铬镍铬-镍硅热电偶（分度号镍硅热电偶（分度号K）第28页，本讲稿共61页缺缺点点是是热热电电动动势势的的稳稳定定性性和和精精度度较较B型

23、型或或S型型热热电电偶偶差差，在在还还原原性性气气体体和和含含有有SO2、H2S等等气气体体中中易易被被侵侵蚀蚀。测测量量温温度度长长期期可可达达1000，短期可达，短期可达1300。(4)镍铬镍铬-铜镍热电偶（分度号铜镍热电偶（分度号E）正极是镍铬合金，负极是铜镍合金正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜铜55%，镍镍45%)。测温范围为。测温范围为-200+1000。优点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧优点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。化性或惰性气氛中工作。第29页，本讲稿共61页正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为-20

24、0+1300。其特点是价格低、热电动势较大（仅次于其特点是价格低、热电动势较大（仅次于E型型热电偶）、灵敏度高（约为热电偶）、灵敏度高（约为53V/）、线性）、线性度好、价格便宜，可在度好、价格便宜，可在800以下的还原介质以下的还原介质中使用。中使用。主要缺点是铁极易氧化。主要缺点是铁极易氧化。(5)铁铁-铜镍热电偶（分度号铜镍热电偶（分度号J）第30页，本讲稿共61页正极是铜，负极是铜镍合金，测温范围为正极是铜，负极是铜镍合金，测温范围为-200+400，热电势略高于镍铬，热电势略高于镍铬-镍硅热镍硅热电偶，约为电偶，约为43V/。优点是精度高、复现。优点是精度高、复现性好、稳定性好、价格

25、便宜。缺点是铜极性好、稳定性好、价格便宜。缺点是铜极易氧化，故在氧化性气氛中使用时，一般易氧化，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过不能超过300。(6)铜铜-铜镍热电偶（分度号铜镍热电偶（分度号T）在在0-100范围内，范围内，铜铜-铜镍热电偶已被定为铜镍热电偶已被定为三级标准热电偶三级标准热电偶，用以检测低温仪表的精度，用以检测低温仪表的精度，误差不超过误差不超过 0.1。第31页，本讲稿共61页热电偶类别热电偶类别热电偶类别热电偶类别代号代号代号代号分度号分度号分度号分度号测温测温测温测温范围范围范围范围允许误差允许误差允许误差允许误差铂铑铂铑铂铑铂铑30303030-铂铑铂铑铂铑铂铑6

26、 6 6 6WRRWRRWRRWRRLL-2LL-2LL-2LL-2或或或或B B B B0 0 0 01800180018001800800800800800，4.04.04.04.08008008008000.5%t0.5%t0.5%t0.5%t铂铑铂铑铂铑铂铑10-10-10-10-铂铂铂铂WRPWRPWRPWRPLB-3LB-3LB-3LB-3或或或或S S S S0 0 0 01600160016001600600600600600，3.03.03.03.06006006006000.5%t0.5%t0.5%t0.5%t镍铬镍铬镍铬镍铬-镍硅镍硅镍硅镍硅WRNWRNWRNWRNEU-

27、2EU-2EU-2EU-2或或或或K K K K 0 0 0 01300130013001300400400400400，3.03.03.03.04004004004000.75%t0.75%t0.75%t0.75%t镍铬镍铬镍铬镍铬-考铜考铜考铜考铜镍铬镍铬镍铬镍铬-铜镍铜镍铜镍铜镍WRKWRKWRKWRKWRE WRE WRE WRE EA-2EA-2EA-2EA-2或或或或E E E E0 0 0 08008008008000 0 0 01000 1000 1000 1000 300300300300，3.03.03.03.03003003003001.0%t1.0%t1.0%t1.0%

28、t几种常用热电偶的测温范围及精确度几种常用热电偶的测温范围及精确度第32页，本讲稿共61页几种常用热电偶的热电势与温度几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析的关系曲线分析 哪几种热电哪几种热电偶的测温上限较偶的测温上限较高？高？结论：结论：哪几种热电哪几种热电偶的线性较差？偶的线性较差？哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较高？的灵敏度较高？哪一种热电偶哪一种热电偶的灵敏度较低？的灵敏度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？第33页，本讲稿共61页 铱和铱合金热电偶：铱和铱合金热电偶：如铱如铱50铑铑铱铱10钌、铱铑钌、铱铑40-铱、铱铑铱、铱铑60-铱

29、热电铱热电偶。它能在氧化环境中测量高达偶。它能在氧化环境中测量高达2100的高温，的高温，且热电动势与温度关系线性好。且热电动势与温度关系线性好。2.非标准型热电偶非标准型热电偶第34页，本讲稿共61页 钨铼热电偶：钨铼热电偶：60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。中，但高温抗氧能力差。国产钨铼国产钨铼3-钨铼钨铼25、钨铼、钨铼-钨铼钨铼20热电偶使用温度热电偶使用温度范围在范围在3002000，分度精度为，分度精度为1。主要用于。主要用于钢水连续测

30、温、反应堆测温等场合。钢水连续测温、反应堆测温等场合。第35页，本讲稿共61页 金铁金铁镍铬热电偶：主要用在低温测量，镍铬热电偶：主要用在低温测量，可在可在2273K范围内使用，灵敏度约为范围内使用，灵敏度约为10V。钯钯铂铱铂铱15热电偶：热电偶：是一种高输出性能的热电偶，在是一种高输出性能的热电偶，在1398时的热电时的热电势为势为47.255mV，比铂铑，比铂铑10铂热电偶在同样温度铂热电偶在同样温度下的热电势高出下的热电势高出3倍，因而可配用灵敏度较低的倍，因而可配用灵敏度较低的指示仪表，常应用于航空工业。指示仪表，常应用于航空工业。第36页，本讲稿共61页为了适应不同生产对象的测温要

31、求和条件，热电偶的结构形式有：普通型热电偶特殊热电偶铠装型热电偶薄膜热电偶等。（三）热电偶的结构型式（三）热电偶的结构型式第37页，本讲稿共61页1.普通型普通型图图6-9 工业用装配式热电偶结构示意图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第38页，本讲稿共61页优优点点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。2、铠装型热电偶、铠装型热电偶第39页，本讲稿共61页3 3快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上

32、而用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。其热接点极薄形成薄膜装热电偶。其热接点极薄形成薄膜装热电偶。其热接点极薄形成薄膜装热电偶。其热接点极薄(0.01(0.01(0.01(0.010.lm)0.lm)0.lm)0.lm)。4 41 12 23 3快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶11热电极热电极热电极热电极;2;2热接点热接点热接点热接点;33绝缘基板绝缘基板绝缘基板绝缘基板;4;4引出线引出线引出线引出线特别适用于对特别适用于对壁

33、面温度壁面温度的快速的快速测量。安装时测量。安装时,用粘结剂将它粘用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。尺寸为结在被测物体壁面上。尺寸为 6060.2mm6060.2mm;测温范围在测温范围在测温范围在测温范围在300300300300以下；反应时间仅为几以下；反应时间仅为几以下；反应时间仅为几以下；反应时间仅为几msmsmsms。第40页，本讲稿共61页 4 4快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶 可测钢水的温度。用直径为可测钢水的温度。用直径为0.050.050.lmm0.lmm的的铂铑铂铑1010一铂铑一铂铑30303030热电偶装在热电偶装在热电偶装在热电偶装在U UU U型石英管中，再铸

34、以高温型石英管中，再铸以高温型石英管中，再铸以高温型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。142 35678 911101111刚帽；刚帽；刚帽；刚帽；2 2 2 2石英；石英；石英；石英；3 3 3 3纸环；纸环；纸环；纸环；4 4 4 4绝热泥；绝热泥；绝热泥；绝热泥；5555冷端；冷端；冷端；冷端；6 6 6 6棉花；棉花；棉花；棉花；7777绝缘纸管；绝缘纸管；绝缘纸管；绝缘纸管；8 8 8 8补偿导线；补偿导线；补偿导线；补偿导线；9999套管；套管；套管；套管；10

35、 10 10 10塑料插座；塑料插座；塑料插座；塑料插座；11 11 11 11簧片与引出线簧片与引出线簧片与引出线簧片与引出线第41页，本讲稿共61页三、热电偶冷端温度补偿热电偶分度表和根据分度表刻度的显示仪器都要求冷端温度恒定为0，否则将产生测量误差。然而在实际应用中，由于热电偶的冷端与热端距离通常很近，冷端（接线盒处）又暴露于空间，受到周围环境温度波动的影响，冷端温度很难保持稳定，保持在0就更难。因此必须采取措施，消除冷端温度变化和不为0所产生的影响，进行冷端温度补偿。第42页，本讲稿共61页热电偶一般做得较短，一般为3502000mm。在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离

36、现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。（一）补偿导线 解决办法：工程中采用一种补偿导线。在0100温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。解决办法：工程中采用一种补偿导线。第43页，本讲稿共61页表6-2常用补偿导线 第44页，本讲稿共61页如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。供查阅使用，每10分档。中间值按内插法计算。第45页，本讲稿共61页热电偶的分度表热电偶

37、的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新标准。按）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。化集成电路与之对应。直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为自由端（冷端）温度必须为0 0 C C。本教材本教材p84p848686的的表表6

38、65 5列出了列出了工业中常用的工业中常用的热电偶如镍铬热电偶如镍铬-镍硅（镍硅（K）的分度表。的分度表。第46页，本讲稿共61页K热电偶的热电偶的分度表分度表 比较查比较查出的出的3 3个热个热电势，可以电势，可以看出热电势看出热电势是否是否线性？线性？第47页，本讲稿共61页如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值 设设冷端为冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示值示值及及K热电偶的热电偶的分度表，分度表，查出查出热端的温度热端的温度tx 。第48页，本讲稿共61页 1、计算修正法当冷端温度t0不等于0，需要对热电偶回路的测量电势值

39、EAB（t，t0）加以修正。当工作端温度为t时，分度表可查EAB(t,0)与EAB(t0,0)。根据中间温度定律得到：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)（二）冷端温度校正法 配用补偿导线，将冷端延伸至温度基本恒定的地方，但新冷端若不恒为0，配用按分度表刻度的温度显示仪表，必定会引起测量误差，必须予以校正。第49页，本讲稿共61页例子用用镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶测测量量加加热热炉炉温温度度。已已知知冷冷端端温温度度t0=30，测得热电势，测得热电势EAB（t，t0）为）为33.29mV,求加热炉温度。求加热炉温度。解解：查查镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶分分度度表表得

40、得EAB（30，0）1.203 mV。可得可得 EAB（t，0）=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由镍铬由镍铬-镍硅热电偶分度表得镍硅热电偶分度表得t=829.8。第50页，本讲稿共61页2 2、机械零位调整法、机械零位调整法 当热电偶通过补偿导线连接显示仪当热电偶通过补偿导线连接显示仪当热电偶通过补偿导线连接显示仪当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电偶冷端温度不是表时，如果热电偶冷端温度不是表时，如果热电偶冷端温度不是表时，如果热电偶冷端温度不是0 0，但十分稳定（如恒温车间或有空，但十分稳定（如恒温车间或有空，但十分稳定（如恒温车间或

41、有空，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所），可预先将有零位调整调的场所），可预先将有零位调整调的场所），可预先将有零位调整调的场所），可预先将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度的初始器的显示仪表的指针从刻度的初始器的显示仪表的指针从刻度的初始器的显示仪表的指针从刻度的初始值调至已知的冷端温度值上，这时值调至已知的冷端温度值上，这时值调至已知的冷端温度值上，这时值调至已知的冷端温度值上，这时显示仪表的示值即为被测量的实际显示仪表的示值即为被测量的实际显示仪表的示值即为被测量的实际显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。温度值。温度值。温度值。数字式温度表数字式温度表温度温度设定值设定值温度值温度

42、值设定键设定键第51页，本讲稿共61页 将热电偶的冷端置于冰点槽内将热电偶的冷端置于冰点槽内(冰水混合冰水混合物物)，使冷端温度处于，使冷端温度处于0，如下图所示。为，如下图所示。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。这种装置通常用于一冰点槽，使相互绝缘。这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。实验室或精密的温度测量。(三三)冰点槽法冰点槽法第52页，本讲稿共61页mVmVA AB BT T铜导线铜导线铜导线铜导线铜铜铜铜导导导导线线线线试试试试管管管管补偿

43、导线补偿导线补偿导线补偿导线热电偶热电偶热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液冰水溶液冰水溶液T T0 0仪表仪表仪表仪表补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线图：图：冰浴法冰浴法第53页，本讲稿共61页四、四、电桥补偿（又称冷端补偿器）法电桥补偿（又称冷端补偿器）法图图图图6-10 6-10 补偿电桥补偿电桥补偿电桥补偿电桥T T0 0I I2 2I I1 1+E ER RS SR RT TR R3 3R R1 1R R2 2A AT TT T0 0B BU U 电桥补偿法利用不平电桥补偿法利用不平衡电桥产生不平衡电势来衡电桥产生不平衡电势来补偿因冷端温度变化而引补偿因冷端温度变化而

44、引起的热电势变化值，可以起的热电势变化值，可以自动地将冷端温度校正到自动地将冷端温度校正到补偿电桥的平衡点温度上。补偿电桥的平衡点温度上。右图中右图中R RT为补偿电阻。第54页，本讲稿共61页图图6-10 补偿电桥补偿电桥T T0 0I I2 2I I1 1+E ER RS SR RT TR R3 3R R1 1R R2 2A AT TT T0 0B BU U 回路输出电压为回路输出电压为:U=E（T，T0）+(UTU3)上式中：上式中：上式中：上式中：EEEE热电偶上的热电势热电偶上的热电势热电偶上的热电势热电偶上的热电势 U UT T、U U3 3 R RT T和和和和R R3 3上的电

45、压上的电压上的电压上的电压只要能满足下式即可达只要能满足下式即可达到自动补偿的目的到自动补偿的目的 上式中：上式中：上式中：上式中：材料的温度系数材料的温度系数材料的温度系数材料的温度系数第55页，本讲稿共61页如果热电偶的冷端温度变化范围为如果热电偶的冷端温度变化范围为0+50，热电偶选用铂铑热电偶选用铂铑10-铂。查分度表得出铂。查分度表得出E为为0.299mV，因此补偿电阻，因此补偿电阻Rt的阻值可以根据上的阻值可以根据上式求出。式求出。第56页，本讲稿共61页四、热电偶测温线路四、热电偶测温线路 1.测量某一点的温度测量某一点的温度流过测温毫伏表的电流为流过测温毫伏表的电流为:图图6-

46、1 6-1 单点测温线路单点测温线路T Tn nT T0 0T T0 0T Tn nC CD DMMR RL LE EA AB BT T第57页，本讲稿共61页2.测量两点之间的温度差测量两点之间的温度差图图图图6-11 6-11 6-11 6-11 测两点温差线路测两点温差线路测两点温差线路测两点温差线路A AT T2 2仪表仪表仪表仪表B BT T1 1C CD DT T0 0 T T0 0B BA AC C采用反向串联，回路内的总电动势为采用反向串联，回路内的总电动势为:因为因为故故第58页，本讲稿共61页3.热电偶并联线路热电偶并联线路 图图图图6-12 6-12 并联测量线路并联测量

47、线路并联测量线路并联测量线路T T1 1R R1 1T T0 0T T2 2R R2 2T T0 0 T T3 3R R3 3T T0 0 仪表仪表仪表仪表A AB B A AB B A AB B每只热电偶的输出为：每只热电偶的输出为：回路总的热电动势为回路总的热电动势为:第59页，本讲稿共61页4.热电偶串联线路热电偶串联线路图图6-13 串联测量线路串联测量线路T T1 1T T0 0T T2 2仪表仪表仪表仪表T T3 3T T0 0A AB BD DD DD DC CC CC CA AB BA AB B因为因为所以所以第60页，本讲稿共61页T T1 1T T2 2T Tn n 图图图

48、图6-14 6-14 若干只热电偶若干只热电偶若干只热电偶若干只热电偶共用一台仪表的测量路线共用一台仪表的测量路线共用一台仪表的测量路线共用一台仪表的测量路线仪表仪表仪表仪表5 5、若干只热电偶共用一台仪表的测量路线若干只热电偶共用一台仪表的测量路线若干只热电偶共用一台仪表的测量路线若干只热电偶共用一台仪表的测量路线 在多点温度测量时，在多点温度测量时，在多点温度测量时，在多点温度测量时，为了节省显示仪表，为了节省显示仪表，为了节省显示仪表，为了节省显示仪表，将若干只热电偶通将若干只热电偶通将若干只热电偶通将若干只热电偶通过模拟式切换开关过模拟式切换开关过模拟式切换开关过模拟式切换开关共用一台测量仪表，共用一台测量仪表，共用一台测量仪表，共用一台测量仪表，常用的测量线路，常用的测量线路，常用的测量线路，常用的测量线路，如右图所示。条件如右图所示。条件如右图所示。条件如右图所示。条件是各只热电偶的型是各只热电偶的型是各只热电偶的型是各只热电偶的型号相同，测量范围号相同，测量范围号相同，测量范围号相同，测量范围均在显示仪表的量均在显示仪表的量均在显示仪表的量均在显示仪表的量程内。程内。程内。程内。第61页，本讲稿共61页