热电势传感器 传感器知识学习 热电势传感器ppt.ppt

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1、第八章 热电势传感器,主讲人：姚兰,温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。,模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！,低温,高温,温度测量的基本概念,体积热膨胀式,不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。,气体的体积与热力学温度成正比,红外温度计,温度传感器分类,热电极A,自由端（参考端、冷端）,测量端（工作端、热端）,热电极B,A,B,第一节 热电偶,一、热电效应,从实验到理论：热电效应,问题1：发现放在回路中的毫伏计发生偏转？问题2：如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，毫伏计的偏转角反而减小？,说明回路中有电动势产生

2、并有电流在回路中流动,说明电流的强弱与两个结点的温差有关。,结论：两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,2.热电效应的分析 接触电势:两种材料的自由电子密度不同 温差电势：两个接点的温度不同,（1）接触电势,k 玻耳兹曼常数；T 接触面的绝对温度；e 单位电荷量；NA金属电极A的自由电子密度NB金属电极B的自由电子密度,接触电势,结论：在材料一定的情况，其大小与T成正比关系。,静电场,扩散,设NANB,（2）温差电势,汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。,温差电势（汤姆逊电势）,静电场,扩散,热端电子,冷端电子,设TT0,（3）回路的总热电势,设TTo,NA

3、NB,热电极A和B为同一种材料时，NA=NB,A=B，则EAB(T,T0)=0。若热电偶两端处于同一温度下，T=T0，则EAB(T,T0)=0。热电势存在必须具备两个条件：两种不同的金属材料组成热电偶，它的两端存在温差。,热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。问题1：能否测量单点温度？,E与T之间有唯一对应的单值函数关系，问题2：为什么实际应用中，常把T0=0？,当T0保持不变时，f(T0)=C则有：,K热电偶的分度表,比较查出的3个热电势，可以看出热电势是否线性？,八种国际通用热电偶：B:铂铑30铂铑6、R:铂铑13铂、S:铂铑10铂、K:镍铬镍硅、N:镍铬硅镍硅、E:镍铬铜镍、

4、J:铁铜镍、T:铜铜镍；,用于制造铂热电偶的各种铂热电偶丝,几种常用热电偶的测温范围及热电势,热电偶的结构形式 1.普通型热电偶：由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成,安装螺纹,安装法兰,2.铠装热电偶 由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。,热电偶横截面,二、热电偶的基本定律,1.匀质导体定律2.中间导体定律3.连接导体定律,1.中间导体定律,在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要引入点温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。,E,T0,T0,T,E,T0,T1,T1,T,电位计接入 热电偶回路,根据

5、上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。,2.连接导体定律,其中：,而：,例.用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温度T0=30，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。,查分度表有E（30，0）=0.173 mV,反查分度表有T=830，测量端实际温度为830,三、热电偶的冷端处理和补偿,热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小得到热端的温度。热电偶的冷端处理和补偿:当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先

6、使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为。,几种冷端处理方法：,1.补偿导线法2.热电偶冷端温度恒温法3.计算修正法4.冷端补偿电桥法,1.补偿导线法,热电偶补偿导线功能：其一实现了冷端迁移；其二是降低了电路成本。,2.热电偶冷端温度恒温法,适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。,3.计算修正法,在实际应用中，热电偶的参比端往往不是零，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。,可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。,例,用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。,反查K分度表 T=701.5,计算修正曲线,4.冷端补偿电桥法,利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值,a)T020C，RcuR1R2R3 电桥平衡，则Uab0，对电势无补偿输出；b）T020C,减小，而Rcu增大 Uab增大 则：u Uab,补偿作用,c）T020C,增大，而Rcu减小 Uab减小,则：u Uab,补偿作用,补偿分析：,