熱電偶傳感器（第7、8課時）

學習目標與任務

1.了解熱電偶的工作原理與結構類型；

2.了解熱電偶的型號構成及選用方法；

3.掌握普通熱電偶的基本使用方法；

4.了解常見熱電偶測溫系統(tǒng)的組成與功能；熱電偶傳感器認識熱電偶

熱電偶溫度傳感器通過連接導線與顯示儀表相連接組成測溫系統(tǒng)。1普通型熱電偶本體是熱電極，絕緣套，保護套管，接線端子。熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護套管等幾個主要部分組成，其常見外形結構如圖所示。安裝螺紋安裝法蘭1、普通工業(yè)裝配式熱電偶常用熱電偶的結構普通工業(yè)用裝配式熱電偶工業(yè)用裝配式熱電偶結構示意圖接線盒保險套管絕緣套管熱電偶絲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）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

2、鎧裝熱電偶的結構

鎧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、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。(2)鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶結構鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面薄膜熱電偶由兩種金屬薄膜連接而成。

1）特點：微小面積上的溫度測量；動態(tài)響應快，可測瞬變的表面溫度。

2)應用：

(1)如將熱電極材料直接蒸鍍到被測表面，可測微秒級變化的溫度。

(2)如制成針狀，針尖為熱端，可測量點的溫度隔爆型熱電偶

結構特點：隔爆熱電偶的接線盒在設計時采用防爆的特殊結構，它的接線盒是經過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內一旦放弧時，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（由于在化工生產廠、生產現(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）。隔爆型熱電偶外形厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線其他熱電偶外形小形K型熱電偶

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6

、R:鉑銠13—鉑、

S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、

N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、

J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000

C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820

C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768

C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768

C9.587K鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370

C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C——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）左端稱為：測量端（工作端、熱端）熱電極B熱電勢AB上述現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象，1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)的，也稱賽貝克效應熱電偶的工作原理（1）補償導線法由于受到材料價格的限制不可能做很長，而要使其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。所謂補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在0～150℃溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。型號配用熱電偶正-負導線外皮顏色正-負SC鉑銠10-鉑紅-綠KC鎳鉻-鎳硅紅-藍WC5/26鎢錸5-鎢錸26

紅-橙補償導線在0～150

C范圍內的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。熱電偶的冷端補償補償導線外形

A’B’屏蔽層保護層(2)冰浴法

冷端用冰水混合物或0℃恒溫器保持在0℃。這種方法可避免校正的麻煩,但使用不便,多在實驗室中使用。適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用。熱電偶的基本定律—中間導體定律根據(jù)中間導體定律,用開路熱電偶對液態(tài)金屬和金屬壁面測溫。3.中間溫度定律

接點溫度為(T,T0)時的熱電勢等于該熱電偶在接點溫度為(T,Tn)和(Tn,T0)時相應熱電勢的代數(shù)和。其中,Tn稱為中間溫度。

圖10-6熱電偶中間溫度定律示意圖熱電偶的基本定律—中間溫度定律EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)

中間溫度定律為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎。熱電偶分都表都是以冷端溫度為0℃時作出的。從分度表(見于各種傳感器使用手冊)查出參考端為0℃時的熱電勢,即可求得參考端溫度不為0℃時的熱電勢。同理,以導體A’和B’分別替代導體A和B時,有

該式為補償導線的應用提供了理論依據(jù)。熱電偶的基本定律—中間溫度定律熱電偶的基本定律—中間溫度定律

一般工程測量中冷端都不為零(任一恒定值),因此只要測出熱端冷端的熱電勢,便可利用熱電偶分度表求出被測工作端的實際溫度。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等，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V1)均質導體定律由一種均質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生熱電動勢。熱電偶測溫基本定律3)參考電極定律兩種導體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：4)中間溫度定律熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0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：

設冷端為0

C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及K熱電偶的分度表，查出熱端的溫度tx

。如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值K熱電偶的分度表

比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？熱電偶的應用及配套儀表

由于我國生產的熱電偶均符合ITS-90國際溫標所規(guī)定的標準，其一致性非常好，所以國家又規(guī)定了與每一種標準熱電偶配套的儀表，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表命名為XC系列。有指示型（XCZ）和指示調節(jié)型（XCT）等系列品種。與K型熱電偶配套的動圈儀表型號為XCZ-101或XCT-101等。數(shù)字式儀表也有指示型（XMZ）和指示調節(jié)型（XMT）等幾種系列品種。

XCZ系列指針式顯示儀表

XC系列動圈式儀表測量機構的核心部件是一個磁電式毫伏計。動圈式儀表與熱電偶配套測溫時，熱電偶、連接導線（補償導線）、調整電阻和顯示儀表組成了一個閉合回路。

1—熱電偶2—補償導線3—冷端補償器4—外接調整電阻5—銅導線6—動圈7—張絲8—磁鋼（極靴）

9—指針

10—刻度面板

XMZ系列智能數(shù)字顯示儀表

特點：

1、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；

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供電電源。XMT系列熱電偶智能數(shù)字顯示控制儀表的特點帶冷端溫度自動補償；具有超量程指示、斷線指示等故障自診斷功能；雙屏顯示、副屏顯示內容可設定；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。DDZ－Ⅲ型電動單元組合

儀表中的變送單元之一：軌裝式溫度變送器

它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號線性地轉換成與溫度成比例的電流（電壓）信號，供給顯示、控制儀表及計算機集散系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測溫控制系統(tǒng)中。

請將右圖各有關設備正確地連接起來，組成熱電偶測溫、控溫電路。黃綠紅L1

L2

L3

接大地銅排接零熱電偶輸出端電爐如何根據(jù)常用電路設備的要求接線380V線圈的交流接觸器連接過程

當溫度控制器測得的溫度達到設定值時，5-6兩端開路，交流接觸器失電，電爐回路被切斷。接大地銅排黃綠紅L1

L2

L3

電爐接零“3”端接何處熱電偶220V線圈的交流接觸器連接過程LLL123

當溫度控制器測得的溫度達到設定值時，5-6兩端開路，交流接觸器失電，電爐回路被