热电偶热电阻.ppt

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1、热电偶热电阻现在学习的是第1页，共36页接触法测量：热膨式温度计（接触法测量：热膨式温度计（优缺点优缺点）热电偶温度计热电偶温度计 热电阻温度计热电阻温度计特点：特点：测量精度高、适合多点、集中测量和自动控制、测量精度高、适合多点、集中测量和自动控制、滞后大、不适合动态测量滞后大、不适合动态测量非接触法测量：辐射式非接触法测量：辐射式 光学式光学式 声学式声学式特点：特点：适合高温测量、动态测量、测量容易受烟尘、适合高温测量、动态测量、测量容易受烟尘、空气的影响。空气的影响。现在学习的是第2页，共36页本章学习要求：本章学习要求：l热电偶传感器（将温度变化转化为热热电偶传感器（将温度变化转化为

2、热电势变化）电势变化）l热电阻传感器（将温度变化转化为电热电阻传感器（将温度变化转化为电阻变化）阻变化）l辐射测温辐射测温l温度检测电路温度检测电路现在学习的是第3页，共36页 热电偶是工业中常用的测温元件，属于能量转换型的热电偶是工业中常用的测温元件，属于能量转换型的传感器，测量信号易于传输和变换，主要测温范围传感器，测量信号易于传输和变换，主要测温范围50015005001500。一、工作原理（热电效应）一、工作原理（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串接成一个闭合回路，串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，当两个接点温度不同时，

3、在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。形成电流，此现象称为热电效应。1.11.1热电偶测温技术热电偶测温技术现在学习的是第4页，共36页物理基础物理基础 1、塞贝克效应、塞贝克效应l热电偶热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成成闭合回路闭合回路,当两端存在当两端存在温度梯度温度梯度时时,回路中就会有电流回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在通过，此时两端之间就存在电动势电动势热热电动势电动势，这就，这就是所谓的是所谓的塞贝克效应塞贝克效应。热能转变成电能的现象。热能转变成电能的现象。l18211821年德国物理学家塞贝克发现，

4、年德国物理学家塞贝克发现，铜铜-铋，铋铋，铋-锑锑 （热（热电第一效应）电第一效应）现在学习的是第5页，共36页l两种不同成份的两种不同成份的均质均质导体为热电极，温度较高的一端为导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成制成热电偶热电偶分度表分度表;分度表分度表是自由端温度在是自由端温度在0时的条件下时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的得到的，不同的热电偶具有不同的分度表分度表。现在学习的是第6页，共36页 塞贝

5、克电动势的大小和方向决定于回路中两接触塞贝克电动势的大小和方向决定于回路中两接触点的温度差和导体材料点的温度差和导体材料2 2、珀尔帖效应（热电第二效应）、珀尔帖效应（热电第二效应）1834 1834 电流通过两种金属时接触点将吸热或放热。电流通过两种金属时接触点将吸热或放热。如果电流与塞贝克电流一致，热点如果电流与塞贝克电流一致，热点吸热吸热如果电流与塞贝克电流相反，热点如果电流与塞贝克电流相反，热点放热放热 电能转化为热能电能转化为热能3 3、汤姆逊效应、汤姆逊效应18511851，热力学理论，珀尔帖效应是塞贝克效应的逆效应，热力学理论，珀尔帖效应是塞贝克效应的逆效应现在学习的是第7页，共

6、36页热电偶产生的热电势由两种导体的接触电动势和热电偶产生的热电势由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。单一导体的温差电动势组成。1、接触电动势、接触电动势 k k玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，e e电子电荷量，电子电荷量，T T接触处的温度接触处的温度N NA A，N NB B分别为导体分别为导体A A和和B B的自由电子密度。的自由电子密度。热端热端 冷端冷端 现在学习的是第8页，共36页2、温差电动势、温差电动势汤姆逊系数，含义汤姆逊系数，含义是单一导体两端温是单一导体两端温差差1 1度时的温差电度时的温差电势。势。现在学习的是第9页，共36页现在学习的是第10页，共36页热端

7、电势热端电势 冷端电势冷端电势 热电偶测温条件：热电偶测温条件：热电偶两个电极材料不同热电偶两个电极材料不同 两个接点的温度不同两个接点的温度不同固定固定现在学习的是第11页，共36页二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律1、中间温度定律、中间温度定律只有冷端温度不变时，热电势才与热端温度只有冷端温度不变时，热电势才与热端温度t成单值对应关系，成单值对应关系，但实际上冷端温度固定不变是不可能的。如把冷端放在冰水混但实际上冷端温度固定不变是不可能的。如把冷端放在冰水混合物中，可以使冷端保持合物中，可以使冷端保持0。现在学习的是第12页，共36页 2 2、中间导体定律、中间导体定律在热电偶回路中接入

8、第三、第四种均质材料的导在热电偶回路中接入第三、第四种均质材料的导体后，只要中间接入的导体两端具有相同的温度，体后，只要中间接入的导体两端具有相同的温度，就不会影响热电偶的热电势。就不会影响热电偶的热电势。在热电偶回路中引入各种显示仪表和连接导线，可在热电偶回路中引入各种显示仪表和连接导线，可以采用各种焊接方法来焊制热电偶，只要保证引入的以采用各种焊接方法来焊制热电偶，只要保证引入的中间导体两端的温度相同，就不致影响热电偶回路的中间导体两端的温度相同，就不致影响热电偶回路的热电势。热电势。TT0V现在学习的是第13页，共36页对热电偶要求如下：对热电偶要求如下：热电特性稳定热电特性稳定 热电势

9、要大，与温度最好呈线性关系热电势要大，与温度最好呈线性关系 耐热性、抗氧化还原和耐蚀性强耐热性、抗氧化还原和耐蚀性强 复制性好复制性好 工艺性能好。特别焊接性能好。工艺性能好。特别焊接性能好。表表1-1 1-1 常用热电偶的基本特性常用热电偶的基本特性三、工业用热电偶三、工业用热电偶现在学习的是第14页，共36页 在铂铑在铂铑10-10-铂热电偶中，以铂铑铂热电偶中，以铂铑1010丝为正极，丝为正极，纯铂丝为负极，分度号为纯铂丝为负极，分度号为S S。它的测量范围为。它的测量范围为-202013001300，在良好的使用环境下可短期测量，在良好的使用环境下可短期测量16001600；适于在氧化

10、性或中性介质中使用，耐；适于在氧化性或中性介质中使用，耐高温，不宜氧化；有较好的化学稳定性；有较高温，不宜氧化；有较好的化学稳定性；有较高的测量精度，可用于精密温度测量和作基准高的测量精度，可用于精密温度测量和作基准热电偶。热电偶。l铂铑铂铑10-10-铂热电偶铂热电偶(S)(S)热电偶分度号资料热电偶分度号资料1 1、热电偶种类、热电偶种类现在学习的是第15页，共36页 这是一种贵重金属高温热电偶，以铂铑这是一种贵重金属高温热电偶，以铂铑3030为为正极，铂铑正极，铂铑6 6为负极，其分度号为为负极，其分度号为B B。由于两个热电。由于两个热电极都是铂铑合金，因而提高了抗污染能力和机械极都是

11、铂铑合金，因而提高了抗污染能力和机械强度，在高温下其热电特性较为稳定，宜在氧化强度，在高温下其热电特性较为稳定，宜在氧化性和中性气氛中使用，在真空中可短期使用。长性和中性气氛中使用，在真空中可短期使用。长期使用的最高温度可达期使用的最高温度可达16001600，短期使用温度可，短期使用温度可达达18001800。l铂铑铂铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶热电偶(B)(B)现在学习的是第16页，共36页l镍铬镍铬-镍铝或镍铬镍铝或镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶(K)(K)这是一种能测量较高温度的廉价金属热电这是一种能测量较高温度的廉价金属热电偶，以镍铬合金为正极，镍铝偶，以镍铬合金为正极，镍铝(或镍

12、硅或镍硅)合金为合金为负极，其分度号为负极，其分度号为K K，它具有较好的抗氧化性，它具有较好的抗氧化性和抗腐蚀性；其复现性较好；热电势大；热电和抗腐蚀性；其复现性较好；热电势大；热电势与温度关系近似于线性关系；其成本较低，势与温度关系近似于线性关系；其成本较低，虽然测量精度不高，但能满足工业测温的要求，虽然测量精度不高，但能满足工业测温的要求，是工业上最常用的热电偶；其长期使用的最高是工业上最常用的热电偶；其长期使用的最高温度为温度为10001000，短期使用温度可达，短期使用温度可达12001200。现在学习的是第17页，共36页 这是一种廉价金属热电偶，以铜为正极，康这是一种廉价金属热电

13、偶，以铜为正极，康铜为负极，其分度号为铜为负极，其分度号为T T。因铜热电极极易氧化，。因铜热电极极易氧化，一般在氧化性气氛中使用不宜超过一般在氧化性气氛中使用不宜超过300300。这种。这种热电偶的热电势率较大，热电特性良好，材料热电偶的热电势率较大，热电特性良好，材料质地均匀，成本低，但复现性较差。在质地均匀，成本低，但复现性较差。在0 0-100100温度范围内可作二等标准热电偶，准确度温度范围内可作二等标准热电偶，准确度达达0.10.1。通常铜。通常铜-康铜热电偶用于康铜热电偶用于200200200200范围内的测温。范围内的测温。l铜铜-康铜热电偶（康铜热电偶（T T）现在学习的是第

14、18页，共36页2 2、热电偶的结构热电偶的结构（1 1）普通热电偶普通热电偶 组成：组成：热电极，绝缘套管，保护套管，接线盒，接热电极，绝缘套管，保护套管，接线盒，接线盒盖线盒盖 用途：用途：用于测量气体，蒸汽和液体等介质的温度用于测量气体，蒸汽和液体等介质的温度（2 2）铠装热电偶铠装热电偶 分类：分类：根据测量端的型式，根据测量端的型式，可分为碰底型，可分为碰底型，露头型，帽型等露头型，帽型等 特点：特点：动作响应快，动作响应快，测量端容量小，测量端容量小，挠性好挠性好现在学习的是第19页，共36页（3 3）薄膜热电偶）薄膜热电偶 分类：片状，针状等分类：片状，针状等 特点：热容量小，动

15、作响应快，适宜测量小特点：热容量小，动作响应快，适宜测量小面积和瞬时变化温度面积和瞬时变化温度（4 4）浸入式热电偶）浸入式热电偶 作用：测量钢水，铜水，以及熔融合金的温度作用：测量钢水，铜水，以及熔融合金的温度 特点：可直接插入液态金属中进行测量特点：可直接插入液态金属中进行测量防喷式恺装热电偶防喷式恺装热电偶防水式恺装热电偶防水式恺装热电偶现在学习的是第20页，共36页薄膜热电偶薄膜热电偶现在学习的是第21页，共36页插入式热电偶插入式热电偶现在学习的是第22页，共36页四、热电偶的冷端补偿四、热电偶的冷端补偿(1)冰浴法：冰浴法：在实验室条件下常将热电偶冷端置于冰点恒温槽在实验室条件下常

16、将热电偶冷端置于冰点恒温槽中，使冷端温度恒定在中，使冷端温度恒定在0时进行测温，这种方时进行测温，这种方法称为冰浴法。法称为冰浴法。热电偶分度表热电偶分度表现在学习的是第23页，共36页(2)(2)冷端温度修正：冷端温度修正：热电偶分度表是以冷端温度为热电偶分度表是以冷端温度为00为基础而制成的，为基础而制成的，所以如欲直接利用分度表根据显示仪表的读数求得温度必须所以如欲直接利用分度表根据显示仪表的读数求得温度必须使冷端温度保持为使冷端温度保持为00。如果冷端温度不为。如果冷端温度不为00，则必须，则必须对仪表指示值进行修正，例如冷端温度恒定在对仪表指示值进行修正，例如冷端温度恒定在00时，则

17、时，则测得的热电势将小于该热电偶的分度值，因此为了求得所测测得的热电势将小于该热电偶的分度值，因此为了求得所测的真实温度，可利用的真实温度，可利用现在学习的是第24页，共36页例如：铂铑例如：铂铑-铂热电偶测量炉温，工作时的冷端温度铂热电偶测量炉温，工作时的冷端温度为为2525度，用直流电压表测得热电偶产生的热电势为度，用直流电压表测得热电偶产生的热电势为10.280mv10.280mv，求热电偶的热端温度，求热电偶的热端温度t t查表得热端温度为查表得热端温度为现在学习的是第25页，共36页(3)(3)冷端补偿导线：冷端补偿导线：用补偿导线代替部分热电偶丝作为热电偶的延长部用补偿导线代替部分

18、热电偶丝作为热电偶的延长部分，使冷端移到离开被测介质较远的地方，这样可节省较分，使冷端移到离开被测介质较远的地方，这样可节省较多的贵金属热电偶材补偿导线在测温回路中的连接料。必多的贵金属热电偶材补偿导线在测温回路中的连接料。必须注意补偿导线的热电特性与所取代的热电偶丝一样。列须注意补偿导线的热电特性与所取代的热电偶丝一样。列出了各种热电偶补偿导线的材料，选用时务必不能搞错。出了各种热电偶补偿导线的材料，选用时务必不能搞错。同时注意，对于具有补偿导线的热电偶，其冷端温度应该同时注意，对于具有补偿导线的热电偶，其冷端温度应该是补偿导线的末端温度。是补偿导线的末端温度。现在学习的是第26页，共36页

19、热电偶名热电偶名称称补偿导线补偿导线正极正极负极负极材料材料颜色颜色材料材料颜色颜色铂铑铂铑-铂铂铜铜红红镍铜镍铜白白镍铬镍铬-镍硅镍硅铜铜红红康铜康铜白白镍铬镍铬-康铜康铜镍铬镍铬褐绿褐绿康铜康铜白白铜铜-康铜康铜铜铜红红康铜康铜白白可以让热电偶的冷端保持恒定，远离工作可以让热电偶的冷端保持恒定，远离工作端，热电势才是被测温度的单值函数端，热电势才是被测温度的单值函数现在学习的是第27页，共36页（4 4）冷端补偿器：）冷端补偿器：现在学习的是第28页，共36页1.2 1.2 热电阻传感器热电阻传感器工作原理：将温度变化转化为电阻值变化。工作原理：将温度变化转化为电阻值变化。l热电阻热电阻

20、铂热电阻铂热电阻 铜热电阻铜热电阻u热敏电阻热敏电阻 正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTCPTC）负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTCNTC）临界温度系数热敏电阻（临界温度系数热敏电阻（CTRCTR）现在学习的是第29页，共36页不同的电阻对上式得简化形式不同不同的电阻对上式得简化形式不同1 1、铂热电阻、铂热电阻贵重金属，物理化学性质稳定，用于标准的电阻温度计贵重金属，物理化学性质稳定，用于标准的电阻温度计一、热电阻一、热电阻现在学习的是第30页，共36页标准化，纯度以标准化，纯度以R100/R0R100/R0表示表示 表表1-41-4常用常用Pt100Pt1002 2、

21、铜热电阻、铜热电阻铜价格便宜，易于提纯，复制性能好，灵敏度高，但电铜价格便宜，易于提纯，复制性能好，灵敏度高，但电阻率低，适于阻率低，适于-50150-50150度范围内的测量。度范围内的测量。常用有常用有Cu50Cu50和和Cu100Cu100现在学习的是第31页，共36页现在学习的是第32页，共36页 其它热电阻其它热电阻 铂铂、铜铜电阻不适宜作低温和超低温的电阻不适宜作低温和超低温的测量。测量。铟铟电阻适宜在电阻适宜在-269-269-258-258温度范温度范围内使用，测量精度高，复现性差。围内使用，测量精度高，复现性差。锰锰电阻适宜在电阻适宜在-271-271-210-210温度范温

22、度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。碳碳电阻适宜在电阻适宜在-273-273-268.5-268.5温度温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性差。作简便，但是热稳定性差。现在学习的是第33页，共36页热敏电阻的特点热敏电阻的特点 （1 1）负温度系数热敏电阻）负温度系数热敏电阻 （NTCNTC）a a：电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电：电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电阻的十倍。阻的十倍。b b：结构简单，体积小，可测量点温度。：结构简单，体积小，可测量点温度。c c：电阻率高，

23、热惯性小，适宜动态测量。：电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。d d：易于维护和进行远距离控制。：易于维护和进行远距离控制。e e：制造简单，使用寿命长。：制造简单，使用寿命长。（2 2）正温度系数热敏电阻）正温度系数热敏电阻 （PTCPTC）（3 3）临界温度系数热敏电阻）临界温度系数热敏电阻 （CTRCTR）用途用途3 3、热敏电阻、热敏电阻 现在学习的是第34页，共36页负温度系数负温度系数:半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、铁等金属半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。RT现在学习的是第35页，共36页现在学习的是第36页，共36页