熱電偶產生熱電勢的必要條件PPT課件

1、 第1頁/共44頁概述第2頁/共44頁熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量的裝置。量的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化化的特性來進行測量的。例如將溫度變化轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當的測量電路達到檢等的變化，再通過適當的測量電路達到檢測溫度的目的。測溫度的目的。 概述第3頁/共44頁概述 各種熱電偶第4頁/共44頁概述 各種熱電阻第5頁/共44頁概述第6頁/共44頁第7頁/共44頁第8頁/共44頁第9頁/共44頁

2、( )lnAABBNKTETeN冷端（0）接觸電勢：00()lnAABBKTNETeN 式中： A、B 代表不同材料； ，0 為兩端溫度； k波爾茲曼常數； e 電子電荷量； BNAN是A、B 材料的電子濃度；第10頁/共44頁00ln,AABBNKETTT TeN0lnABNKTTeN第11頁/共44頁2、單一導體的溫差電勢（湯姆遜電勢） 對單一金屬如果兩邊溫度不同，兩端也產生電勢。 產生這個電勢是由于導體內自由電子在高溫端具 有較大的動能，會向低溫端擴散。由于高溫端失 去電子帶正電，低溫端得到電子帶負電。第12頁/共44頁v A、B 兩導體構成閉合回路總的溫差電勢為：000,()TABAB

3、TeT TeT TdT00,TAATeT TdT單一導體的溫差電勢為：:湯姆遜系數00,TBBTeT TdT第13頁/共44頁根據兩導體的接觸電勢（珀爾帖電勢）和單一導體溫差電勢（湯姆遜電勢）。v熱電偶總的熱電勢為：0000,()TABABABTET TeT TeT TdT00ln()TAABTBNKTTdTeN第14頁/共44頁000,ln()TAABABTBNKET TTTdTeN第15頁/共44頁第16頁/共44頁 000,ABCABBCCAET TETETET：第17頁/共44頁0TT設 時， 00ABCET000BCCAABETETET 將 代入上式有： 000,ABCABABABE

4、T TETETET T第18頁/共44頁第19頁/共44頁,ABCET T與 0,ABCET T的代數和為：0,0,ABABCABCET TET TET T第20頁/共44頁000,ln()TAABABTBNKET TTTdTeN第21頁/共44頁第22頁/共44頁第23頁/共44頁第24頁/共44頁(3)延伸熱電極法(即補償導線法) 熱電偶長 度一般只有一米左右，在實際測量時，需要將熱電偶輸出的電勢傳輸到數十米外的顯示儀表或控制儀表，根據即可實現上述要求。一般選用直徑粗、導電系數大的材料制作延伸導線，以減小熱電偶回路的電阻，節(jié)省電極材料。第25頁/共44頁 該法利用不平衡電橋產生的電壓來補償

5、熱電偶參考端溫度變化引起的電勢變化。 電橋四個橋臂與冷端處于同一溫度，其中R1=R2=R3為錳銅線繞制的電阻，R4為銅導線繞制的補償電阻，E是電橋的電源，R為限流電阻，阻值取決于熱電偶材料。 (4)補償電橋法 第26頁/共44頁使用時選擇R4的阻值使電橋保持平衡，電橋輸出 Uab=0。當冷端溫度升高時，R4阻值隨之增大，電橋失去 圖示 補償電橋法示意圖平衡，Uab相應增大，此時熱電偶電勢Ex由于冷端溫度升高而減小。若Uab的增量等于熱電偶電勢Ex的減小量，回路總的電勢Uab的值就不會隨熱電偶冷端溫度變化而變化，即： UAB=EX+Uab 第27頁/共44頁結構： 普通熱電偶，測量氣體、蒸汽、液

6、體等，棒形結構； 薄膜熱電偶，用于火箭、飛機噴嘴溫度測量，結構較?。?鎧裝熱電偶，用以測量狹小對象，結構細長、可彎曲； 表面熱電偶，用于弧形表面物體測溫； 消耗式熱電偶，主要用于鋼水溫度測量。a)a)普通熱電偶普通熱電偶 b)b)薄膜熱電偶薄膜熱電偶 c)c)鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶第28頁/共44頁熱電偶廣泛應用于各種條件下的溫度測量，尤其適用于500以上較高溫度的測量，普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶是實際應用最廣泛的兩種結構。 接線盒保護套管絕緣管熱電偶安裝法蘭引線口普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等主要部分組成。貴重金屬熱電極的直徑一般為0.30.65mm，普通金屬熱電極的直徑

7、一般為0.53.2mm；熱電極的長度由安裝條件和插入深入而定，一般為3502000mm。絕緣管用于防止兩根電極短路保護套管用于保護熱電極不受化學腐蝕和機械損傷普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種安裝方式第29頁/共44頁熱電極 絕緣材料 金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結構鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經過拉伸加工成型的金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等保護套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。鎧裝型熱電偶可以做得很細，一般為28mm，在使用中可以隨測量需要任意彎曲。鎧裝熱電偶具有動態(tài)響應快、機械強度高、抗震性好、可彎曲等優(yōu)點，可安裝在結構較復雜的裝置上，應用十分廣泛。 第30頁/共44頁v 熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、 性能好，這是其它熱電式傳感器無法替代的。 第31頁/共44頁00,0,0ABABABEtEt tEt第32頁/共44