模块8热电偶传感器

月岛分享2015-09-01 06:19:34 次阅读

模块8热电偶

传感器

第九章热电偶传感器

1．了解温度测量的基本概念和温标的分类。 2．熟悉温度传感器的分类。

3．熟悉热电效应以及热电偶传感器的工作原理。 4．熟悉热电偶的种类和结构。 5．掌握热电偶的应用。

? 教学手段多媒体课件、多种热电偶加热演示 ? 教学课时 3学时 ? 教学内容：

本章首先介绍温度测量的基本概念，然后分析热电偶的工作原理、分类，并介绍其使用方法。

第一节温度测量的基本概念

一、温度的基本概念（了解）温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的微观概念是：温度标志着物质内部大量分子的无规则运动的剧烈程度。

二、温标（换算）

温度的数值表示方法称为温标。

1.摄氏温标（?C）

摄氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为零度（0?C），把水的沸点定为100度（100?C）。

2华氏温标（F）

它规定在标准大气压下，冰的熔点为32F℉，水的沸点为212℉

它与摄氏温标的关系式为

? / F=（1.8t / ?C +32 ） (9-1)

3.热力学温标（K）

热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标

用下式进行K氏和摄氏的换算

t / ?C=T / K－273.15 (9-2)

或 T / K=t / ?C+273.15 (9-3)

4.1990国际温标(ITS-90)

国际计量委员会在1968年建立了一种国际协议性温标，即IPTS-68温标。

三、温度测量及传感器分类（了解，并讨论什么场合使用什么传感器）温度传感器的分类方法很多。按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等）；

第二节热电偶传感器的工作原理

一、热电效应（多媒体演示）

由于热电偶的两个结点均存在珀尔帖电动势，所以热电偶所产生的总的热电势是两个结点的温差Δt的函数fAB（见图9-2及9-4），即

EAB（T，T0）=fAB（T，T0）= fABΔt (9-4) 讨论由上式可以得出哪些结论：

1）如果热电偶两结点温度相同，则回路总的热电势必然等于零。两结点温差越大，热电势越大。

2）如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同（t≠t 0），但总输出热电势仍为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶。

3）为什么热电势的大小只与材料和结点温度有关，而热电偶的内阻与其长短、粗细、形状无关？（式9-4中未包含热与热电偶的尺寸形状有关的参数）热电偶越细，内阻越大。

二、中间导体定律（讨论实际价值）

利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成是中间导体，只要保证这些中间导体两端的温度各自相同，则对热电偶的热电势没有影响。

第三节热电偶的种类及结构

一、热电极材料和通用热电偶

热电极和热电偶的种类繁多，介绍常用的8种，讨论哪些场合选用哪个分度号：

①铂铑

表示该合金含70%的铂及30% 的铑，以下类推。

二、热电偶的结构形式（讨论哪些场合选用哪个种结构形式）

1．普通型热电偶

普通型热电偶主要用于测量气体、蒸气和液体等介质的温度。

2．铠装热电偶

铠装热电偶是由金属保护套管、绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的.热电偶。

３．薄膜热电偶

它是用真空蒸镀的方法，把热电极材料蒸镀在绝缘基板上而制成。测量端既小又薄，厚度约为几个微米左右，热容量小，响应速度快，便于敷贴。

第四节热电偶冷端的延长

为什么要使用补偿导线：实际测温时，由于热电偶长度有限，自由端温度将直接受到被测物温度和周围环境温度的影响。例如，热电偶安装在电炉壁上，而自由端放在接线盒内，电炉壁周围温度不稳定，波及接线盒内的自由端，造成测量误差。虽然可以将热电偶做得很长，但这将提高测量系统的成本，是很不经济的。工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区。

必须注意的四个问题：一是两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须具有相同的

温度；二是各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；三是必须在规定的温度范围内使用；四是极性切勿接反。常用的补偿导线见表9-3。

表9-3 常用热电偶补偿导线的特性

? 99.4%Cu , 0.6%Ni 。

? 98.2%~98.3%Cu , 1.7%~1.8%Ni 。

第五节热电偶的冷端温度补偿及技术处理

一、冷端恒温法（带一个冰瓶，观察补偿效果）

1）将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0?C不变。此

法也称冰浴法

2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40?C）。

3）将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。二、计算修正法

可以利用下式计算并修正测量误差（做练习，并熟练查表）