第四次課熱電偶測溫演示文稿

第四次課熱電偶測溫演示文稿目前一頁\總數三十頁\編于十點優(yōu)選第四次課熱電偶測溫目前二頁\總數三十頁\編于十點幾種溫標的對比正常體溫為37C

，相當于華氏溫度多少度？目前三頁\總數三十頁\編于十點熱力學溫標（K）

熱力學溫標是建立在熱力學第二定律基礎上的最科學的溫標，是由開爾文（Kelvin）根據熱力學定律提出來的，因此又稱開氏溫標。它的符號是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像目前四頁\總數三十頁\編于十點1990國際溫標(ITS-90)

從1990年1月1日開始在全世界范圍內采用1990年國際溫標，簡稱ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點，測量和重現這些固定點的標準儀器以及計算公式，例如水的三相點為273.16K（0.01C）等。

目前五頁\總數三十頁\編于十點三、溫度測量及傳感器分類按照用途可分為基準溫度計和工業(yè)溫度計；按照測量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等。

目前六頁\總數三十頁\編于十點介紹幾種溫度測量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案變得清晰可辨目前七頁\總數三十頁\編于十點變色涂料在電腦內部溫度中的示溫作用CPU散熱風扇低溫時顯示藍色溫度升高后變?yōu)榧t色目前八頁\總數三十頁\編于十點體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學溫度成正比目前九頁\總數三十頁\編于十點紅外溫度計目前十頁\總數三十頁\編于十點先看一個實驗——熱電偶工作原理演示

結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產生電動勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

第二節(jié)熱電偶的工作原理

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB目前十一頁\總數三十頁\編于十點溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結構簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠傳或信號轉換等優(yōu)點外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)=f(T)-C=g(T)熱電偶的電勢可表示為：目前十二頁\總數三十頁\編于十點第三節(jié)標準化熱電偶與分度表熱電偶熱電極的材料要求：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時間改變；導電率高，且電阻溫度系數??；熱電勢隨溫度的變化率大，且該變化率接近常數復現性好，便于成批生產，便于制造常用的種標準化熱電偶：S型、B型、K型、E型。目前十三頁\總數三十頁\編于十點在t0=0C時，用實驗方法測出熱電偶在不同的工作溫度下所產生的熱電勢值，列成表格，就是分度表。溫度與熱電勢之間非線性。當自由端t0C時，熱電勢應由下式求得目前十四頁\總數三十頁\編于十點【例3.3】S型熱電偶在工作時自由端溫度t0=30C，現測得熱電偶的電勢為7.5mV，求被測介質實際溫度。解：查S分度表得熱電偶測得的電勢為則再查S分度表得與其對應的實際溫度為830C注意:既不能只按7.5mV查表，認為T=814.6℃，也不能把814.6℃加上30℃，認為T=844.6℃。目前十五頁\總數三十頁\編于十點第四節(jié)熱電偶自由端溫度的處理1、補償導線ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補償導線接線圖E根據中間溫度定律：只要T1、T0不變，當在原來熱電偶回路中分別引入與導體材料A、B同樣熱電特性的材料A、B(如圖)即引入所謂補償導線時，接入A

B后不管接點溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補償導線原理。

EAB（T1,T0）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T0）

=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T0）

=EAB（T1,T0）目前十六頁\總數三十頁\編于十點補償導線可將熱電偶延長，使其自由端遠離易受環(huán)境變化影響的測溫現場，則自由端溫度t0比較穩(wěn)定。補償導線用廉價金屬代替貴重金屬，降低成本。使用補償導線便于安裝和鋪設。使用補償導線的原因：使用補償導線須注意：溫度范圍0~100C型號匹配接點處溫度相同區(qū)分正負補償導線的作用只是延伸熱電偶的自由端，并沒有自由端補償功能。目前十七頁\總數三十頁\編于十點補償導線外形

AB屏蔽層保護層目前十八頁\總數三十頁\編于十點熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據，否則會產生誤差。原因：熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數，必須使冷端溫度保持恒定方法計算修正法自由端恒溫法自動補償法零點遷移法軟件處理法2、熱電偶自由端溫度補償問題目前十九頁\總數三十頁\編于十點(1)計算修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)(2)自由端恒溫法mVABA’B’TCC’儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液T0把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學實驗中使用。工業(yè)應用中，把補償導線的末端引至電加熱的恒溫器中，使其維持在某一恒定溫度。目前二十頁\總數三十頁\編于十點(3)自動補償法利用不平衡電橋產生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數無影響。

T0UaUabEAB(T,T0)注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。冷端補償器的作用

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3R注意，不同材質的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調整。供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補償作用。目前二十一頁\總數三十頁\編于十點(4)零點遷移法例:用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值并不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當熱端溫度T=TH時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。

應用領域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調的場所）。實質：在測量結果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數，利用指示儀表上調整零點的辦法，加大某個適當的值而實現補償。目前二十二頁\總數三十頁\編于十點指針被預調到室溫（40C

）可補償冷端損失目前二十三頁\總數三十頁\編于十點對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應的常數即可。(5)軟件處理法【例3.4】有一個實際的熱電偶測溫系統(tǒng)，如下圖所示，設t=300C，tc=50C，t0=20C，①求測量回路的總電勢以及溫度顯示儀表的讀數。②如果補償導線為普通銅導線，或顯示儀表為配E型熱電偶的，則測量回路的總電勢和溫度的顯示值又各為多少？鎳硅ttcL1L2t0補償電橋顯示儀表鎳烙目前二十四頁\總數三十頁\編于十點解：①由題意可知，使用的熱電偶的分度號為K型，則回路總電勢K型熱電偶產生的熱電勢補償電橋提供的電勢K型熱電偶補償導線產生的電勢由于補償導線和補償電橋都是和K型熱電偶匹配的，回路總電勢可寫成將t=300C代入上式，查表可得E=12.209mV顯然，顯示儀表的讀數應該為300C目前二十五頁\總數三十頁\編于十點②當補償導線為銅導線時(顯示儀表為配K型熱電偶)，則EK補(tc,t0)=0，回路總電勢為：查K型熱電偶分度表可得t顯示=270.3C。當顯示儀表為配E型熱電偶(補償導線接法正確)時，則E補(t0,0)=EE(t0,0)，回路總電勢為：由于顯示儀表是配E型熱電偶，因此查E型熱電偶分度表可得t顯示=188.9C。在測量中補償導線的接法不正確或配用的顯示儀表型號不對等都會引起錯誤的測量結果。目前二十六頁\總數三十頁\編于十點第五節(jié)熱電偶的結構形式1、普通熱電偶下圖為典型工業(yè)用熱電偶結構示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護套管以及接線盒等部分組成。實驗室用時，也可不裝保護套管，以減小熱慣性。工業(yè)熱電偶結構示意圖1－接線盒；2－保險套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234目前二十七頁\總數三十頁\編于十點普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭目前二十八頁\總數三十頁\編于十點普通裝配型熱電偶的結構放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）