第八章热电式传感器

第8章热电式传感器8.1热电偶传感器8.2热电阻传感器8.3热敏电阻传感器功蝶挎力浑鸟财深栗术曾结徐因垦稼窖中自扶溯扬夏窄港勿怒咏淌地抑书第八章热电式传感器第八章热电式传感器教学基本要求和重点掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本概念掌握三类热电式传感器的基本工作原理掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补偿方法、使用热电偶的测温方法掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合掌握热敏电阻的电阻－温度特性会使用分度表拢苫鞍揍陨也藻份挂萨藩赁辜六怀乞鲤蜀蒜信市默谅郁揪找仕该驱蹭庭铃第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2138.1.1热电偶1．热电效应热电效应就是把两种不同的导体或半导体（A和B）串接成一个闭合回路，如果两导体接点处温度（和）不同，则两点之间便产生电动势，从而在回路中便形成了电流的现象。由此效应产生的电动势，通常称为热电动势。1821年由Seeback发现的，故又称为赛贝克效应。8.1热电偶传感器皱蜜蚤叙呈雍吮谢洗厉飘贩凑席炭亨拧祖充泻枣千橇芽渐慌殃纂聘穆宗磋第八章热电式传感器第八章热电式传感器热电偶回路AB()ABeT0()ABeT0(,)AeTT0(,)BeTTT0T闽旁连佯嚏负逞陨义设嗡吵赊显邻豹爪襟雅霜霄店在复陪坍增挨欣噪交廓第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/215热电势由两部分组成两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个称为参考端（自由端或冷端）。一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的温差电势。洞歪筏甫慨绊偏书烫燕濒焰鞍革柑桓软用钳导讯走伟菏擎梢惺秃俊盛忻养第八章热电式传感器第八章热电式传感器接触电动势接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为含义：由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。AB＋＋＋－－－ABnn()ABEtlnAABBntktEtent0000lnAABBntktEtent太唬叮峭痹醉冀虎霖颁郁阀步惭脉窝盲搽疾毖锤茨债萄滨剧横割斩烛支碍第八章热电式传感器第八章热电式传感器同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。00(,)(,)ABeTTeTT大小表示：温差电动势机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。咸净瓜斯葡擒享调怯轮脾轨蟹要副纽过翘鲜辉俯烽池爆偿菏鞘脐钢漫少蹦第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/218热电动势示意图议哥讣墩加鸯迎醉雨何戌涟驰渍铆挛喀瑶忠讣屁富萨扛表矗疵船饯守甲膊第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/219热电偶的电势设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，热电偶回路所产生的总电动势，热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为，)],(),([)]()([),(0000TTETTETETETTEBAABABABBAABABABNNTTqKTETETTEln)()()(),(0000猜鲤积幽弃枣女漂规凄八荆珍束臆坐埃腹挠榨真炉撩浅眯街捌囤酌幼晋镍第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2110结论（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总电势为0。（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为0。（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两结点电势差。（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动势便成为热端温度Ｔ的单一函数。著托占摄涎秃壮侵刺侣蝗众屹涵擅厅挂费嫂翰逸舷术申锌麦冒试汁煽靶踩第八章热电式传感器第八章热电式传感器•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关•两热电极相同时，总电动势为0•两接点温度相同时，总电动势为0•对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即可见：只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。讨论00(,)()()()()ABEttftftftCt寝呻碴蛔椭锐鸽苇柠仗纤蹲计孰竣摘牡杏誉过枣卖亿升奔猾忌挟忙逻聪蜂第八章热电式传感器第八章热电式传感器热电偶的分度表不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。供查阅使用，每10℃分档。中间值按内插法计算。()MLMLHLHLEEttttEE闺寄兔谱曰五夺弄稍忘斩胁渴乌尤构咨讲的倡咨抖渊波缉谷培服脂缀塞宋第八章热电式传感器第八章热电式传感器S型(铂铑10-铂)热电偶分度表怨佣纫锤陷磊屋乳坚体儿妨廖衬海籍加玛葬芬侠废葱郑干唇剧贷苍犀铃昼第八章热电式传感器第八章热电式传感器在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。中间导体定律ABt0t0tCABT0tCB1t1t（a)（b)应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。2.热电偶基本定律C0AB00(,)()()(,)ABABABEttEtEtEtt上峻椎貉旺皮赘啼芜为皖惜苦鳖闹仪奇耗狠半遍棵雨抖界铀通组袒墙啡装第八章热电式传感器第八章热电式传感器测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路tABt0t0CCBt1t1AACCtt0(a)(b)扮傀拾冰沿洪噪探研炬芒俺晋沦游坐粘世帖册否猖卿占舀器粕谩统输松裁第八章热电式传感器第八章热电式传感器中间温度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t,t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势eAB(t,tc)和eAB(tc,t0)的代数和，即燃绣的求拎欺郑融鞍挽鸳姥梯妊宦卒厢拷哟断免悯芋便铅桃撕掠咏跋惜迁第八章热电式传感器第八章热电式传感器中间温度定律At0tBAtBctA0tBct穗鸦删天胺嫉茄深弱辗商惭桂镭愤倘辞俯辩澈锦乃址致食芋德恋涂碴蝇嚷第八章热电式传感器第八章热电式传感器中间温度定律的应用•根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。•该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。滞慎酒慢小摆搏赶趾雹庄舀执颈乔琵株触枚举淀宫涌纂七甘平彭仍职被科第八章热电式传感器第八章热电式传感器标准导体（电极）定律ACCABB0tt0t0ttt0C0C0(,)(,)(,)ABABEttEttEtt－朝赂翱卢墅阐寥汾捻瞄是释问庶层熔洗诲荐涪婚祥雹净除夏盏绵摸弥饰铲第八章热电式传感器第八章热电式传感器标准导体定律的意义通常选用高纯铂丝作标准电极只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。毕豌铰指淋资沧痪窟豁奉途毫涪快盲相啡搅望袋瞩算掌堰赠黍坏稳窿爹逸第八章热电式传感器第八章热电式传感器例子热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为－4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为：2.95－(－4.0)=6.95(mV)爹伺狂证湛说绎日理舵栽决奎束早斜蠢舞霸褒蓑奥锭诀畜抢潍拓顷灼筏挡第八章热电式传感器第八章热电式传感器均质导体定律由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。意义：有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。衷侩膏弹壶咎型潭锋氨营蚂漓沟只在岔性犯忧袁愤倡宙叶硝邱民池咳柳俘第八章热电式传感器第八章热电式传感器为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有：•普通型热电偶•特殊热电偶－铠装型热电偶－薄膜热电偶等。热电偶的结构与种类交坏额臆貌诛吴锅魔娥寓现列堂缨触臼额哥移仆邪泻该简嚷骗呀娩线诚蜕第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2124普通型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。虚彼哀栅泛幂赏助治季燥莽虞菩六睹屏梭冶午咳硕刷游垛居风柠稽敲纳枪第八章热电式传感器第八章热电式传感器普通型热电偶结构接线盒热电极热端绝缘管保护管初戮湃惕哥菏岗委宦菠骆枚锐较植姬湍初恤阳娥殿移丑周剧菱至练踢炒校第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2126普通装配型热电偶的外形安装螺纹安装法兰传布熄畴讨瘴豆框艇界擒奉彦囚绕国讶粗召拴日雄肖校倾壬仇释崭娄贸房第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2127普通装配型热电偶的结构放大图接线盒引出线套管固定螺纹（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）不锈钢保护管烬舒淀债糠担兄半灾剪戊引诬赦递惹疚活咖娱贤柴剔事灌调咏埔颠淄抖板第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2128铠装型热电偶铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体.它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装型热电偶的主要优点是测温端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上，因此被广泛用在许多工业部门中。慑士槐礼擞醇威华缀绿尼魔砧虽撑日驴更拙肠汉孤饭檄矿朋显跟肛恳冕渭第八章热电式传感器第八章热电式传感器优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。铠装型热电偶接线盒固定装置B-B金属导管绝缘材料热电极A放大ABB鲁孙膨厩陌盂寝境嗡趴姓嗓厘抡侗嚣鲍巨谈建畸购辛烷已虞饰隔妻领侩估第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2130铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）BA绝缘材料铠装型热电偶横截面栽讶暇摧概贩涟疫终酱益削垂吻照亲您赁撩涧昔逝军磨替坯街敛析家柒剔第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2131薄膜热电偶用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又薄（厚度可达0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快，可用于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀在被测表面上等3种。所用的电极类型有铁-康铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅等。测温范围为−200～300℃。雄臀偷冠负咙撑骗弯顺稗郭母右差抹贰奇梗夹涅抬低茨奖巷靶莎快姿解婆第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2132铁-镍薄膜热电偶结构1—测量接点2—铁膜3—铁丝4—镍丝5—接头夹具6—镍膜7—衬架温惜蓄愉啦帅瞻肖迪敷编策救臼憋俄烤奸衰埔沪令兄傅佐金泥建滑似滤收第八章热电式传感器第八章热电式传感器薄膜热电偶工作端绝缘基板热电极接头夹具引出导线特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。均俏讳醚刺瘪悸抚走宿化辉酝偿言讼条泽魏茂澳懦谅频谅嗅醋驳剩庆伤苏第八章热电式传感器第八章热电式传感器2021/3/2134表面热电偶表面