關(guān)于熱電偶傳感器的調(diào)研報告

1、題目：熱電式傳感器傳感器與檢測技術(shù)調(diào)研報告姓 名 學(xué) 校 學(xué) 院 專業(yè)班級 學(xué) 號 2015 年 12 月 17 日目 錄第一章 熱電偶傳感器發(fā)展現(xiàn)狀簡述11.1 熱電偶傳感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.2 熱電偶傳感器國外發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 熱電偶傳感器的基本工作原理42.1熱電偶測溫原理42.2熱電動勢的測量42.3熱電偶的基本定律52.4熱電偶冷端溫度誤差及其補償5第3章 熱電偶在軸承熱處理連續(xù)網(wǎng)帶爐自動控制中的應(yīng)用6 3.1 變成爐63.2淬火爐與回火爐73.3淬火油槽與中洗()及防銹油槽7第四章 自己對傳感器技術(shù)的理解8參考文獻(xiàn)9附錄9 1第一章 熱電偶傳感器發(fā)展現(xiàn)狀簡述1.1 熱電偶傳感器國內(nèi)

2、發(fā)展現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶工藝比較成熟，應(yīng)用廣泛，性能優(yōu)良穩(wěn)定，能成批生產(chǎn)，同一型號可以互換，統(tǒng)一分度，并有配套儀表。難融金屬熱電偶中鎢錸熱電偶是最成功的，也是可測到1800以上工業(yè)熱電偶中最好的熱電偶。在宇航與核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。這種熱電偶的特點是：電極絲的熔點高、強(qiáng)度大；極易氧化；熱電勢大，靈敏度高；價格便宜，鎢鎳熱電極絲價格僅為s型熱電偶的16，B型熱電偶的118。一種設(shè)想是在鎢錸熱電偶保護(hù)管內(nèi)制造出非氧化性氣氛，使其在非氧化性氣氛中工作，國內(nèi)外均取得突破性進(jìn)展，在冶金、化工等行業(yè)應(yīng)用已取得滿意效果。東北大學(xué)已研制的實體性抗氧化鎢錸熱電偶已獲得國家專利。既可用于氧化、還原氣氛，又可以在

3、兩者交替的氣氛中使用。自1992年起，沈陽冶煉廠用它替代鉑銠系貴金屬熱電偶。結(jié)果表明：其使用壽命是鉑銠系熱電偶的12倍，而價格不足鉑銠熱電偶的一半，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。當(dāng)前，鉑銠熱電偶價格昂貴，推廣抗氧化鎢錸熱電偶符合國情，勢在必行。1.2 熱電偶傳感器國外發(fā)展現(xiàn)狀美國Hoskins公司開發(fā)出一種復(fù)合管型鎧裝熱電偶2300型，可長時間在1260條件下使用。它的特點是：采用特種鎳基耐熱合金作鎧裝熱電偶套管材料；采用高精度N型或K型熱電偶絲及高純度MgO，以特殊的工藝制成復(fù)合管型鎧裝熱電偶，高溫下熱穩(wěn)定性高；生產(chǎn)工藝獨特，可生產(chǎn)超常規(guī)的長熱電偶(L=500m)，其直徑為1o一64ram；

4、耐高溫，抗氧化，使用壽命長。早在ITs一90溫標(biāo)實施前，加拿大人EH Mcla，en和EGMurdock就開始了對金鉑熱電偶進(jìn)行研究。通過大量的實驗工作發(fā)現(xiàn)，使用純鉑和純金構(gòu)成的熱電偶具有良好的復(fù)現(xiàn)性。ITs一9p溫標(biāo)實施后，人們對高溫鉑電阻HTPRT使用到銀凝固點(96178。C)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了質(zhì)疑，這時，很多人尋求一種更好的測溫元件，金鉑熱電偶成為眾多國家研究的對象。美國NIST、英國NPL、韓國KRISS等研究機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了研究，其中美國NIST的GwBums等人在他們的題目為金鉑熱電偶：研究數(shù)據(jù)及ITS一90溫標(biāo)下的參考函數(shù)中指出“在o1000。C溫區(qū)內(nèi)，金鉑熱電偶在兩年的實驗中在961

5、 oC。965。C累計1000h的條件下，在銀凝固點(96178。C)的穩(wěn)定性不超過土16mK，其在鋁凝固點上進(jìn)行的均勻性的研究表明它的不均勻性為2mK(浸入深度變化74cIn)。這些數(shù)據(jù)表明在銀凝固點(96178"C)的穩(wěn)定性比高溫鉑電阻溫度計HTPRT更好”。目前 2國際上已經(jīng)有了得到大家認(rèn)可的金鉑熱電偶的分度表，金鉑熱電偶已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用階段。我國已經(jīng)開展了此項研究。 3 第二章 熱電偶傳感器的基本工作原理2.1熱電偶測溫原理 熱電效應(yīng)：將不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成閉合回路。當(dāng)兩個接合點溫度T 和 T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢。兩種不同材料的導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶回路

6、產(chǎn)生的電動勢包括<1>兩種導(dǎo)體的接觸電勢 <2>單一導(dǎo)體的溫差電勢2.2熱電動勢的測量回路中A和B的接觸電勢：回路中的溫差電勢為：回路總熱電勢：在總熱電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，則熱電偶的熱電勢可表示為： 42.3熱電偶的基本定律2.3.1均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均勻?qū)w（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的截面和長度如何，也不論各處的溫度如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。2.3.2中間導(dǎo)體定律 在熱電偶測溫回路中接入第三種導(dǎo)體，只要保證其兩端溫度相，則不會影響回路的總熱電動勢。2.3.3中間溫度定律 在熱電偶測溫回路中，Tn 為熱電極上某一點的溫度(中

7、間溫度)，熱電偶 AB 在接點溫度為 T、 T0 時的熱電勢等于熱電偶在接點溫度為T、Tn 和Tn 、T0 時的熱電勢的代數(shù)和。2.3.4標(biāo)準(zhǔn)電極定律 如果已知熱電極A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶在（T，T0）時的熱電動勢分別為EAC（T，T0）和EBC（T，T0），則2.4熱電偶冷端溫度誤差及其補償<1>熱電偶測溫原理：只有參比端溫度恒定時，回路總熱電勢EAB(T,T0)才是溫度T的單值函數(shù)！<2>熱電偶分度表中，熱電勢溫度的對應(yīng)值以T00為基礎(chǔ)。 5第3章 熱電偶在軸承熱處理連續(xù)網(wǎng)帶爐自動控制中的應(yīng)用 在軸承生產(chǎn)中，軸承的主要零件內(nèi)、外環(huán)，滾動體(鋼球、滾子、滾針

8、)全部需要熱處理，需要熱處理的材料約占整個材料的80。軸承零件熱處理工藝流程圖(11PI)如圖3所示。一般來說軸承熱處理工藝比較單純，而且軸承零件形狀也簡單，但對熱處理要求卻比較高，對設(shè)備也有幾點要求：一是加熱均勻：淬火爐溫差要求10，淬火油溫度3，回火爐6 q：，變成爐5。二是節(jié)能：在軸承生產(chǎn)企業(yè)，熱處理是用電大戶，rrPI熱處理年耗電量占公司工業(yè)用電25以上，因此加熱爐的爐型、結(jié)構(gòu)以及采用材料都必須考慮節(jié)能。三是軸承批量大、產(chǎn)量高，因而要求高生產(chǎn)率，設(shè)備成套供應(yīng)等。出于這樣的考慮，軸承行業(yè)大多采用自動控制的高效連續(xù)網(wǎng)帶爐熱處理生產(chǎn)線。這里介紹熱電偶在我國臺灣第一大軸承生產(chǎn)企業(yè)7rPI熱處理

9、連續(xù)網(wǎng)帶爐自動控制中的應(yīng)用。TPl專業(yè)生產(chǎn)深溝滾珠軸承，共有4條熱處理生產(chǎn)線(中壢廠三條，上海廠一條)，臺灣廠年產(chǎn)量l 700萬顆，上海廠(一期)年產(chǎn)量200萬顆。上海廠生產(chǎn)型號從608到6328，同時還為NTN等企業(yè)代工。公司的熱處理生產(chǎn)線大多是根據(jù)其技術(shù)合作企業(yè)日本NTN生產(chǎn)線自行設(shè)計，由臺灣三水公司制造的。上海廠生產(chǎn)線全部從臺灣購進(jìn)，并且生產(chǎn)線組立及全部的控制線路均由臺灣三永公司工程師組立、調(diào)試，其中熱電偶自動控制加熱部分是重中之重。3.1變成爐網(wǎng)帶爐在生產(chǎn)中，為保證處理的制品不至于脫碳或其他要求，必須通人保護(hù)氣體(爐氣)。爐氣主要是由天然氣(75甲烷)與空氣按一定的比例混合，在觸媒及高

10、溫(1 050)的作用下，產(chǎn)生的多種成分的混合氣體，而這個反應(yīng)的容器以及相關(guān)的控制設(shè)備稱為變成爐。變成爐加熱溫度很高，這里選擇K_TYPE鎧裝熱電偶，并選擇相應(yīng)的補償導(dǎo)線。而且這個熱電偶還裝有sensor用來顯示和控制生成爐氣的成分。 63.2淬火爐與回火爐 淬火爐是熱處理生產(chǎn)線的重要組成部分，而且對它的控制直接影響制品的質(zhì)量。淬火爐分為4個區(qū)，分別由4個熱電偶來自動控制加熱器。在生產(chǎn)中，第一區(qū)設(shè)定溫度為830，第二、三、四區(qū)設(shè)定溫度為850?？紤]到淬火爐的高溫、傳感器的熱反應(yīng)時間等因素，選擇測量范圍為0一1 000KTYPE熱電偶。熱電偶安裝在網(wǎng)帶爐頂部每個區(qū)的中間，爐內(nèi)溫度及氣氛用攪拌風(fēng)扇

11、來均勻。軸承熱處理采用低溫回火?；鼗馉t分為3個區(qū)，每個區(qū)的設(shè)定溫度為180，分別由3個熱電偶來控制。根據(jù)實際需要，選擇0300TTYPE鎧裝熱電偶。同淬火爐一樣，每個熱電偶通過補償導(dǎo)線連接到電器控制柜的溫度顯示及控制儀器上。儀器內(nèi)部有冷端溫度自動補償線路，可以設(shè)定加熱溫度，報警溫度上下限等參數(shù)。3.3淬火油槽與中洗()及防銹油槽 制品經(jīng)過淬火爐加熱保溫一段時闖后，需要通過介質(zhì)快速冷卻來改變制品的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)以改善制品的機(jī)械特性和滿足產(chǎn)品品質(zhì)要求?？紤]到軸承熱處理要求較高(采用谷立思公司熱處理油)，油槽的溫度須保持在1lO±3。油槽控制在這個溫度，可以有效提升制品光輝度降低“喇叭口”不

12、良品，控制制品的硬度、圓筒度、真圓度。這里選擇靈敏度高、測溫范圍小的PE鎧裝熱電偶(O300)來控制油槽的8支加熱器。經(jīng)過淬火處理后的制品溫度保持在100左右的高溫，而且制品上有殘蟹的熱處理油，在進(jìn)行回火之前，須對制品進(jìn)行清洗(2次清洗)。又考慮到，淬火處理后，制品內(nèi)還有較多的殘留奧氏體，為降低殘留奧氏體，須對回火前的制品作低溫處理(30)。因此在中洗()處，把溫度控制在30以下。采用T_TYPE鎧裝熱電偶控制制冷機(jī)?？紤]到后續(xù)生產(chǎn)的時效性，回火后的制品須經(jīng)過防銹處理，也就是讓制品經(jīng)過防銹油槽。防銹油是由7701和煤油按比例勾兌而成，易揮發(fā)。再者，回火出來的制品溫度在170180，使得防銹油更

13、易揮發(fā)。從經(jīng)濟(jì)角度考慮(770l價格昂貴)，應(yīng)把油槽溫度控制在30以下。這里同樣采用T一7rYPE鎧裝熱電偶控制制冷機(jī)。 7第四章 自己對傳感器技術(shù)的理解 人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于五官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以就有了現(xiàn)在我們所討論的傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長。“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點已被全世界公認(rèn)。傳感器源源不斷的向人類提供宏觀和微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然，改造自然的有力工具。 8參考文獻(xiàn)1錢顯毅，唐國興傳感器原理與檢測技術(shù)北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2011 2錢顯毅傳感器原理與應(yīng)用南京，東南大

14、學(xué)出版社，2008 3徐湘元傳感器原理與及其信號調(diào)理技術(shù)北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2011 4張文娜，葉湘濱傳感器技術(shù)北京，清華大學(xué)出版社，2011 5祁樹勝傳感器與檢測技術(shù)北京，北京航空航天大學(xué)出版社，20110 6鄭偉，向明東，陳偉昕熱電偶精密技術(shù)的發(fā)展方向，現(xiàn)代測量與實驗室管理，2002年 第4期 （5）7井娥林，曾光宇，王曉霞，劉霞熱電偶在軸承熱處理連續(xù)網(wǎng)帶爐自動控制中的應(yīng)用科 技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005年第15卷第21期（5） 8錢顯毅，唐國興傳感器原理與檢測技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，2011 9Race.STStandard Method of THERMAL EMF TEST OF SIGNLE THERMOELE MATERIALES BY COMPARISON WITH A