第熱電式傳感器演示文稿

第熱電式傳感器演示文稿目前一頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)優(yōu)選第熱電式傳感器目前二頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/123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三頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/124變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色目前四頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/125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(xué)溫度成正比目前五頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/126紅外溫度計(jì)目前六頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)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。

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；

2、結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)確度高、熱慣性小，測溫范圍廣，下限可達(dá)-270C

，上限可達(dá)1800C以上；3、能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。4、微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。目前七頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/128先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB一、熱電效應(yīng)與熱電偶測溫原理目前八頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)一、熱電效應(yīng)與熱電偶測溫原理兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體閉合回路，若連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，一個(gè)稱為工作端或熱端，另外一個(gè)稱為自由端或冷端。目前九頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/1210（1）兩種導(dǎo)體的接觸熱電勢由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。

自由電子＋ABeAB（

T）T目前十頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（1）兩種導(dǎo)體的接觸熱電勢接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。即，取決于A、B的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與其形狀尺寸無關(guān)。目前十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（2）溫差電動(dòng)勢

溫差電動(dòng)勢是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢。高溫側(cè)電子受熱能運(yùn)動(dòng)加劇，高溫側(cè)失去電子而帶正電，低溫側(cè)得到電子帶負(fù)電即形成一個(gè)靜電場，使兩端出現(xiàn)電位差，此電位差叫溫差電動(dòng)勢。目前十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)EA(t，t0)——導(dǎo)體A兩端溫度為t，t0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；t，t0——高低端的絕對(duì)溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。

溫差電勢AeA(T,To)ToT溫差電勢原理圖目前十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（3）熱電偶回路總電勢

總電勢中，溫差電動(dòng)勢比接觸電動(dòng)勢小很多，經(jīng)常可以忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電動(dòng)勢可表示為：假設(shè)導(dǎo)體A的電子密度大于導(dǎo)體B的電子密度，則總電動(dòng)勢為：目前十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)因此，熱電偶總電動(dòng)勢的影響因素：材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無關(guān)（1）兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢為0（2）兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢為0目前十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（3）回路總電勢

實(shí)際中，熱電勢與溫度之間的關(guān)系是通過熱電偶分度表來確定。分度表是在參考溫度為0℃時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電動(dòng)勢與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，EAB(T0)為常數(shù)，即EAB(T0)=C，則總的熱電動(dòng)勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：目前十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)熱電偶的分度表不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對(duì)照表，即分度表。供查閱使用，每10℃分檔。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。目前十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)熱電偶的分度表（熱電勢與溫度的關(guān)系）目前十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表目前十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)熱電偶的基本定律（1）中間導(dǎo)體定律目前二十頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)ATBTCCATBT0ACTC根據(jù)此性質(zhì)可在熱電偶回路中引入各種測量儀表、連線等均不影響熱電勢的測量ATBTCCD如第三種導(dǎo)體兩端溫度不等，將造成熱電勢變化，變化取決于導(dǎo)體熱電性質(zhì)與接點(diǎn)溫度。因此，接入導(dǎo)體材料要盡量與熱電偶熱電性質(zhì)相近目前二十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2．熱電偶的基本定律（1）中間導(dǎo)體定律的應(yīng)用利用熱電偶測溫，必須在熱電偶回路中接入電位計(jì)E和導(dǎo)線，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來的熱電勢。

測量儀表及引線作為第三種導(dǎo)體的熱電偶回路目前二十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2．熱電偶的基本定律（2）中間溫度定律和根據(jù)此性質(zhì)，只要列出熱電勢在冷端為0℃的分度表，就可以求出冷端在其它溫度時(shí)的熱電勢值目前二十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2．熱電偶的基本定律（2）中間溫度定律該定律為使用熱電偶分度表提供了依據(jù)。同時(shí)，可使用補(bǔ)償導(dǎo)線使測量距離加長，也可用于消除熱電偶自由端溫度變化影響。目前二十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律定律描述：當(dāng)接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電勢的代數(shù)和。此為參考電極定律，也稱組成定律。

只要通過實(shí)驗(yàn)獲得某些電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢，則其中任何兩個(gè)電極配成的熱電偶電動(dòng)勢可以通過計(jì)算獲得，可大大簡化熱電偶選配工作目前二十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)[例]當(dāng)T為100℃，T0為0℃時(shí)，鉻合金—鉑熱電偶的E（100℃，0℃）為+3.13mV，鋁合金—鉑熱電偶E（100℃，0℃）為-1.02mV，求鉻合金—鋁合金組成熱電偶的熱電勢E（100℃，0℃）。解：設(shè)鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C。即EAC（100℃，0℃）=+3.13mVEBC（100℃，0℃）=-1.02mVEAB（100℃，0℃）=EAC（100℃，0℃）-EBC（100℃，0℃）=3.13mV-(-1.02mV)=4.15mV目前二十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（4）均質(zhì)導(dǎo)體定律由同一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不產(chǎn)生熱電勢。ATBT0EAB(T，T0)T>T0A>B在制作熱電偶時(shí)，一定要選用均質(zhì)材料，以防止因材質(zhì)不均勻而產(chǎn)生附加熱電勢，造成測量誤差。熱電偶必須采用兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成。目前二十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)例：用鎳鉻－鎳硅（K型）熱電偶測量某一溫度，若冷端溫度為25℃，測得的熱電勢為20.54mV，求測量端的實(shí)際溫度，反之，若已知測量端實(shí)際溫度為800℃，其它條件同上，則測得的熱電勢應(yīng)為多少？溫度T(℃)K型熱電偶熱電勢E(mV)251.00049720.51649820.55952121.54077532.24780033.275

查K型熱電偶分度表，得設(shè)備真實(shí)溫度為521℃。目前二十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式和種類（1）工業(yè)用熱電偶（普通型）為裝配式結(jié)構(gòu)，一般由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等部分組成。貴金屬熱電極的直徑不大于0.5mm，廉價(jià)金屬熱電極直徑一般為0.5～3.2mm；熱電偶的長度為350～2000mm。由于熱容量大，溫度響應(yīng)較慢。目前二十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/1230普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭目前三十頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)4．熱電偶的結(jié)構(gòu)形式（2）鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）它是將熱電偶絲、絕緣材料和保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。其外徑一般為0.5～8mm其長度最大可達(dá)100m。鎧裝熱電偶溫度響應(yīng)快；撓性好，可彎曲適用復(fù)雜場合安裝使用。應(yīng)用比較廣泛。

目前三十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/1232鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面目前三十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)3.薄膜熱電偶

薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料,用真空蒸鍍、化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶,薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。杀〉?.01~0.1μm）,具有熱容量小,反應(yīng)速度快等的特點(diǎn),熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí),適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測量。目前三十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)熱電偶材料應(yīng)滿足：熱電極材料所滿足的要求：①熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢，熱電勢和溫度之間的關(guān)系最好呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系；材料的電阻溫度系數(shù)要小，電阻率高，資源豐富，價(jià)格便宜。②能測量較高的溫度，并在較寬的溫度范國內(nèi)應(yīng)用；③物理性能穩(wěn)定，導(dǎo)電性能好，熱容量要??；④化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測量時(shí)不被腐蝕；⑤熱電性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；⑥機(jī)械性能好，材質(zhì)均勻；⑦復(fù)現(xiàn)性要好，便于大批生產(chǎn)和互換，便于制定統(tǒng)一的分度表熱電偶的常用材料目前三十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號(hào)LB—3工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90％鉑和10％銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測量溫度：長期：1300℃、短期：1600℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測量溫度較高，一般用來測量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含Co、H2等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢較弱。目前三十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)

2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)分度號(hào)EU—2工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000℃，短期1300℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，

H2S等氣體中易被侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。目前三十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)3．鎳鉻—考銅熱電偶(E型)

分度號(hào)為EA—2工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測量溫度：長期600℃，短期800℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。目前三十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)4．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號(hào)為LL—2正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測量溫度：長期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在50℃以下可不加補(bǔ)償。成本高。目前三十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)一、冷端恒溫法

必要性：

1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿足t0=0C的條件。在實(shí)際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。

2、一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。1.采用0度恒溫器，保持冷端溫度為0度。2.采用其他恒溫器，保持冷端溫度一定。

熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償目前三十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)2023/5/1240冰浴法

在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長時(shí)間地保持在0C不變。目前四十頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)目前四十一頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（1）冷端恒溫法冷端溫度測量計(jì)算法

EAB(t，t0)為測得的數(shù)值；t0為已知溫度，可反查分度表求得EAB(t0，0)；因此可以計(jì)算出EAB(t，0)值；正查分度表可求被測溫度t。方法：自由端溫度測量計(jì)算法需要保持冷端溫度恒定。在實(shí)驗(yàn)室及精密測量中通常把冷端置于冰點(diǎn)槽中，使之溫度為0℃。工業(yè)應(yīng)用時(shí)，一般把冷端放在電加熱的恒溫器中。

熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償目前四十二頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)例如：K型熱電偶,工作時(shí)自由端t0

=30℃

，今測得熱電勢為38.560mv，求工作端的溫度查表則目前四十三頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（2）補(bǔ)償導(dǎo)線通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。補(bǔ)償導(dǎo)線：在一定溫度范圍內(nèi)（通常0~150℃），與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線。目前四十四頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0目前四十五頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)46例：有一個(gè)實(shí)際的熱電偶測溫系統(tǒng)，兩個(gè)熱電極的材料為鎳鉻和鎳硅，L1和L2分別為配鎳鉻－鎳硅熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，測量系統(tǒng)配K型熱電偶的溫度顯示儀表(帶補(bǔ)償電橋)來顯示被測溫度的大小，設(shè)t＝300℃。tc＝50℃，t0＝20℃，①求測量回路的總電勢及溫度儀表的讀數(shù)；補(bǔ)償電橋補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表鎳鉻鎳硅熱電偶溫度T(℃)熱電勢E(mV)K型熱電偶E型熱電偶200.7981.192502.0233.0481887.65912.5371897.69912.61027010.97318.71327111.02118.79030012.20921.036目前四十六頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)47解①：使用的熱電偶分度號(hào)為K型，則回路總電勢把t＝300℃帶入上式，并查K型熱電偶分度表，得E=11.411mV，顯示儀表讀數(shù)仍為300℃補(bǔ)償電橋補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表鎳鉻鎳硅熱電偶溫度T(℃)熱電勢E(mV)K型熱電偶E型熱電偶200.7981.192502.0233.0481887.65912.5371897.69912.61027010.97318.71327111.02118.79030012.20921.036目前四十七頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)48②如補(bǔ)償導(dǎo)線為普通的銅導(dǎo)線，則測量回路的總電勢和溫度的顯示值為多少。當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線為普通銅導(dǎo)線時(shí)，則，那么回路總電勢為：查K型熱電偶分度表，得

補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表鎳鉻鎳硅熱電偶溫度T(℃)熱電勢E(mV)K型熱電偶E型熱電偶200.7981.192502.0233.0481887.65912.5371897.69912.61027010.97318.71327111.02118.79030012.20921.036目前四十八頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)49當(dāng)顯示儀表為配E型熱電偶(補(bǔ)償導(dǎo)線連接正確時(shí))，則

，那么回路總電勢為

由于顯示儀表是配E型熱電偶，因此，顯示儀表的讀數(shù)值要查E型熱電偶分度表，可得補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表鎳鉻鎳硅熱電偶溫度T(℃)熱電勢E(mV)K型熱電偶E型熱電偶200.7981.192502.0233.0481887.65912.5371897.69912.61027010.97318.71327111.02118.79030012.20921.036目前四十九頁\總數(shù)五十九頁\編于十一點(diǎn)（3）電橋補(bǔ)償法（自動(dòng)補(bǔ)償法）利用不平衡電橋產(chǎn)生的相應(yīng)電勢，以補(bǔ)償熱電偶由于冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化。溫度系數(shù)?。翰黄胶怆姌蛴蒖1、R2、R3(錳銅絲繞制)溫度系數(shù)大：RCu(銅