熱電偶傳感器1

1、目錄：1熱電偶的工作原理與結(jié)構(gòu)類型；2 熱電偶的型號構(gòu)成及選用方法；3怎樣用其進行溫度測量：4 常見熱電偶測溫系統(tǒng)的組成與功能。第一節(jié)熱電偶的工作原理一、熱電效應從實驗到理論：熱電效應k 1821年，徳國物理學家賽貝克I（J兩種不h«J金屈刃I成閉介 回路.并用酒精燈加熱其中-個接觸點（稱為結(jié)點）.發(fā)現(xiàn) 放在冋路中的指南針發(fā)生偏諾（說明什么？），如果用兩盞 叫橋燈對兩個結(jié)點同時加熱,指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。▉V 說網(wǎng)什么？）O顯然,指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中仃電動勢產(chǎn)工并仃電流 在回路中流動，電流的強弱仃兩個結(jié)點的溫差冇關。第一節(jié)熱電偶的工作原理一、熱電效應從實驗到理論：熱電效應h 兩種不

2、同的金屬用相援觸時，由于不同金屬內(nèi)門山電的密 度不同.兩金屬A和B的接植點處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)1（ |'1山電何彳從斛叟大的金屬A擴散到密度小的金屬B,使A失去電r 帯止電.B得到電產(chǎn)帶負電，從希廉生熱電勢。第一節(jié)熱電偶的工作原理一、熱電效應熱電效應的定義：L 站兩種不同材料的島相和B川接成個閉介冋路. '訕個 ife點（一個稱為作端或熱端I,另-個稱為n山端或冷瑞-） 溫度竹可時，在回路中就會產(chǎn)牛緞電勢，形成電流,此現(xiàn)象稱 為熱電效應。A1 BEab（Iq）二、熱電勢分別為導體A和B的自由電子密度.接觸電動勢* In “Ae玻耳茲曼常數(shù).T儺處的溫度.Nr %二、熱電勢第

3、一節(jié)熱電偶的工作原理溫差電動勢/溫差電動勢E& /c) = 一 rc) = £n(r) 一 EQ)回路中總熱電動勢:E.e，G)= E.a + E&, 4)一 £(r0) 一 04”, t0)E朋(t, t0) = /；矽(z) E朋(q)Eg)湯姆遜溫度系數(shù)。ill F溫差電動勢很小, 而n 的極性相反,兩者相互 抵消，可忽略不計。顯然,熱電偶冋路的 熱電動勢 與熱電偶 電穫材料和兩接點的溫 度有契！當電極材料 一定時候，熱電偶回路的成為溫度 即空保持冷端T數(shù)，則有： 溫I八有單值函數(shù)的關系一一熱電偶的匸作原理。EAB(f)"©)t &

4、gt; 4, Na > Nb的函數(shù)z差.即冷端為常，此時熱電偶回路 只與熱端三、熱電偶測溫基本定律第一節(jié)熱電偶的工作原理1）均質(zhì)鄆M由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導體的橫截面積、 長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。2）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫 度相同，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。+三、熱電偶測溫基本定律3）標準熱電極定律當兩接點的溫度為時，利用A、B導體組成的熱電偶的熱電動勢等于A、C導體組成的熱電偶和C、B導體組成的熱電偶的 熱電動勢代數(shù)和，即4）中間溫度定律熱電偶在兩接點溫度t、時的熱電動勢等于該熱電偶在接 點溫度為t、

5、5和J、t°時的相應熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定 律可以用下式表示：中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據(jù)。第二節(jié) 熱電偶的材料.結(jié)構(gòu)及種類1熱電偶的材料根據(jù)金屬的熱電效應原理，任意兩種不同材料的導體都 可以作為熱電極組成熱電偶.在實際應用中，用作熱電極的材料應具備如下幾方面的 條件：(1) 溫度測量范圍廣(-2692800D；(2) 性能穩(wěn)定和復現(xiàn)：(3) 物理化學性能好；第二節(jié) 熱電偶的材料.結(jié)構(gòu)及種類2、熱電偶的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 熱電偶的材料.結(jié)構(gòu)及種類2、熱電偶的結(jié)構(gòu)2）鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)皚裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、

6、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。鎧裝熱電偶特點：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良 好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性. 鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問 題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。a）外於陽b>第二節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類2、熱電偶的結(jié)構(gòu)3）隔爆型熱電偶結(jié)構(gòu)特點：隔爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊 結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間, 機構(gòu)強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封， 因此，當接線盒內(nèi)一旦

7、放弧時，不會與外界環(huán)境的危險氣體傳爆. 能達到預期的防爆、隔爆效果。使用場合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學工業(yè)自控系 統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化 學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán) 境氣體爆炸）。厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線糠洛-鎳硅熱電偶,分度號“K” ；鐮箔-毎白銅熱電偶，分度號“E” ；2）非標準型熱電偶非標準型熱電偶包括鉗銬系、鐵銬系及鵠銖系熱電偶等。K熱電偶分度表較岀珂電，以出電是呈也 比査的熱勢可看熱勢否線TflMxnMHft魅brnMMfir3amVrmVcVcmV-3?0oooon2?0101MO22 350 1a441to

8、0場280U M2<<a23.，% 1-2M) 404200 F290U.WMO»-«J240d MM)1 203m12.209*?0-<2624011231012624<so24 15S 1-23)-4 IM<02B2SS2013 040<024 4S0 1,K)-<03<602 4M330n60024 W 1<200-SS91TO2 SSI34013>7<6100330 |iW-s.?»SO333JCA4.SW02025.?SS 1180s.s$o903 M236014.7156302617 1

9、-1W-S ><4too4 OOft3?015 1SJ64026 aoFl100-51411104 5Wno1S.SM65027t2< 1-150-4 915IS4 920J901W66027.447 11404 66Q1»<J2BOOU WT67027S5® 1ITO-4.4U140S.7J5410u noMO28 ：S9 14 1M1506 IM420124360L uoS<31006 540430110WO29 119 Juoo-S SS4 |1W641imit ooi710R 54S I*3 243isoY*4<0IS <1

10、65少町nX20190T -W46011941S0J*2|："200S IMmW S?40B w 1M114321048019.T927<0J1.213 «4 SS9220 040490H 213S1A2S 140-1-52T2»9 34 J5002044HOS2«41 1»1 IM240P.?47<1021 0?l32 43 120 7?t101M?2021 49TH訟js o如何由熱電偶的熱電勢査熱端溫度值III設冷端為0。心 根據(jù)以下電路中的亳伏表的示值及K熱電偶的 分度農(nóng)，查出熱端的溫度-。4.裝配熱電偶的型號表示R熱電偈私

11、護P伯住心怕 曲恪-標璉E樓餡旳汗C斛癩F tt-WW 偈如對數(shù)58接姣盒形氏2陰激式3防;*氏工作蠣形氏：G變概面1保IPT1徑0： ei6u (lCrl8Ni9Ti)2： ei6u *1"貫3> 0257518質(zhì)(草層丨第二節(jié)熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、熱電偶冷端溫度補償由于熱電偶產(chǎn)生的電勢與兩端溫度有關，只有將冷端溫度保持恒定才能使熱電勢正確反映熱端的被測溫度。由于很難保證冷端溫度在恒定oc,故常采取一些冷端補償措施，主要有:補償導線法、溫度修正法、冷端恒溫法、補償電等幾種。第二節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類(溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法、和補償電橋法)5、冷端補償溫

12、度修正法測量值再加上冷端溫度到0 C的熱電勢，如今可利用計算 機進行自動計算補償。例：用K型熱電偶測溫度，冷端為40 -C,測得的熱電勢 為29. 188(mV),求被測溫度t解：已知 e(t, 40)=29. 188 (mV)査 E(40, 0)=1. 611 (mV)E(t, 0)=29. 188+1.611=30. 799 (mV)査K型分度表得：T=740 *C崩尼實質(zhì)：中間溫度定律:：(溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法、和補償電橋法)5、冷端補償補償導線一原理導線，實 價、線徑100溫度 的熱電偶 的熱電特 屬熱電偶 達到冷端 減小誤差。由于受到貴金屬材料價格的限制不可能做很長，而

13、要使直 冷端不受測溫對象的溫度影響，必須使冷端遠離溫度對象，采 用補償導線可以做到這一點。TV “所謂補償際上是一種廉較粗，在0范圍內(nèi)與配接有相同或相近性，作為貴金的延伸線，以溫度的修正和第二節(jié)熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類(溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法.和補償電橋法)1)熱電偶的補償導線只能與相應型號的熱電偶配合使用,且必須同極性相連接。5.冷端補償補償導線一注意事項2)熱電偶與補償導線連接處的溫度不應超過100C,否則 由于熱電偶特性不同帶來新的誤差。3) 只有新延伸的冷端溫度恒定或所配顯示儀農(nóng)內(nèi)具有冷 端溫度自動補償時，使用補償導線才有意義.4) 具體常用熱電偶補償導線的特性見書頁表4-

14、1。5、冷端補償吋補償導線法根據(jù)川間溫i度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫 度一致，是不會影響熱電動勢輸岀的。下面以爐溫測量為例說明補償導線的修正作用.如采用銀鏈-銀硅(K)熱電偶測爐溫，熱端為800P ,冷 端為50 r ,加補償導線后冷端為20問采用補償導線后的溫度是多少.先分別査表得：E (800,0) =33. 277mV, E(50, 0)=2. 022mV、E(20, 0)=0. 798mV0 則不補償時輸入儀表的熱電勢為：E(800, 50)=33. 277-2. 022=31. 255mV (相當于751 *C ), 采用補償導線后則為：E(800, 20)=33. 27

15、7-0. 798=32. 479mV (相當于781 *0 ),第二節(jié) 熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類5、冷端補償冷端恒溫法(溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法、和補償電橋法)將熱電偶的冷端置于溫度為0C的恒溫器內(nèi) 主要用于實驗室或精密的溫度測量。-其他恒溫器”if、熱電01線 (H戍尋線、冰ut冰水混令物(0C)試詩新的冷華冰浴空按筑$理第二節(jié)熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類X（溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法、和補償電橋法）償電路產(chǎn)生一個補償電動勢y補償電橋法原理線圖I ek，g = E.a 辛審料為阻值附近的靈敏度，使得 的熱電動勢中去，達完全補償$右圖中不隨溫度變化的猛銅電阻， 為具有正電阻溫度系

16、數(shù) 的銅電阻，由這4個電阻組 成一個不平衡電橋。5、冷端補償電橋一注意事項第二節(jié)熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類（溫度修正法、補償導線法、冷端恒溫法、和補償電橋法）1）由于電橋是在劃U平衡的.采用這種方法補償時.必 須把顯示儀農(nóng)的機械零點調(diào)整到20-Co2）冷端補償只能與柑應即:的熱電偶配合使, 不能配 錯冷端補償器的型號,否則會發(fā)生較吝誤差% 3）不能接錯冷端補償器的極性,杏則不但起不到補伏作 用,反而引起更人誤差。4）有些儀器內(nèi)部已含有冷端補償電路,不必再對此類電 路做冷端補償。電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)牛的不平衡電爪來I動補 償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，町購買與被 補償熱電偶對

17、應型號的補償電橋。第三節(jié) 熱電偶的應用及配套儀表T生產(chǎn)的熱電偶均符介ITS 901腸溫杯所觀定的杯川箕二發(fā)裡罪擺好“山丿、川家乂規(guī)定9毎-種標準熱電偶配賣的 蟹表，它們的顯示值為溫度，而且均已線性化。國家標準的動圈 式顯示儀衣命名為XC系列。有指示型（XCZ）和指示調(diào)節(jié)型（XCT） 飛系列品種。與K型熱電偶配套的勵圈儀表和；為XCZ 101或XCT rtiWa 診式儀表也有指示型 血）和指示調(diào)節(jié)型（XMT）等 幾種系列品種XCZ系列指針式顯示儀表點列動圈式儀 衣測貳機構(gòu)的核心部 件是個磁電式雖伏 ilo動圈式儀農(nóng)與熱 電偶配套測溫時，熱 電偶、連接導線（補 償導線）、調(diào)整電阻 和顯示儀表組成了

18、 個閉合回路。1熱電偶2補償導線3冷端補償器4 一外接調(diào)整 電阻5銅導線6-動圈7張絲8磁鋼（極靴）指針10-刻度面板XMZ系列智能數(shù)字顯示儀表特點：K帶冷端溫度自動補償；2、單片機智能化設計，儀表零點、 量程等全部參數(shù)可按鍵設定；3、具有軟件校驗功能，可通過按 鍵對儀表進行校準；4、具有超量程指示、斷線指示等 故障自診斷功能；SflSflWBS88 M«5、采用開關電源，電壓適應范圍 寬，儀表體積小、重量輕。6. 220VAC或24VDC供電電DCL I* TaXMT系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀農(nóng)的特點帶冷端溫度自動補償$具有超最程指示、斷線指示等故障自診斷功能; 雙屏顯示、副屏顯示內(nèi)容可設定；最多可帶4路報警控制繼電器輸出；每個報警控制點的回差可設定；:每個報警控制點的報警方式（上限報警或下限報警）可分別 設定。sass?wasaa® I * I 它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比 例的電流（電壓）信號*供給顯示、 控制儀炭及計算機集散系統(tǒng)，廣泛 用于冶金、石油化工、