檢測技術與控制工程-21-熱電偶課件

2.2熱電式傳感器熱電式傳感器：

溫度變化

電量變化在工業(yè)生產(chǎn)過程和機械加工過程中，溫度是常見的需要測量和控制的重要參數(shù)之一。傳感器2.2熱電式傳感器熱電式傳感器：在工1

接觸式測溫：基于熱平衡原理，接觸溫度場，二者進行熱交換（如：熱電偶、熱電阻溫度傳感器），因此存在滯后現(xiàn)象。接觸式測溫簡單、可靠、精度較高；受材料耐高溫性能的限制，測溫范圍在-250——1800℃。非接觸式測溫：無需接觸被測體，利用物體的熱輻射能量隨溫度變化而變化的原理實現(xiàn)測量。類型有：光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。測溫速度快，可對運動體進行測溫，測溫范圍在600—6000℃，但誤差較大。

根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。接觸式測溫：基于熱平衡原理，接觸溫度場，二者進行熱交換2各類溫度檢測方法構成的測溫儀表的大體測溫范圍各類溫度檢測方法構成的測溫儀表的大體測溫范圍32.2.1熱電偶傳感器

熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器。優(yōu)點：▲▲ 結構簡單、制作容易、精度高、溫度測量范圍寬、動態(tài)響應特性好、輸出信號便于遠傳、使用方便。測溫范圍：100℃~1300℃在溫度測量中占有重要的地位。

應用：測量爐子或管道的氣體、液體的溫度或固體的表面溫度

2.2.1熱電偶傳感器 熱電偶是工程上應用最4

熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢，由于這種熱電效應現(xiàn)象是1823年塞貝克（Seeback）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝克效應。一、熱電偶測溫原理熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連5一、熱電偶測溫原理圖中的閉合回路稱為熱電偶，導體A和B稱為熱電偶的熱電極。熱電偶的兩個接點中，置于被測介質（溫度為T）中的接點稱為工作端或熱端，置于溫度為參考溫度T0的一端稱為參考端或冷端。

1、熱電偶的結構一、熱電偶測溫原理圖中的閉合回路稱為熱電偶，導體A和62、熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。熱電動勢（來源：接觸電動勢和溫差電動勢）、熱電偶（兩種材料的組合體）、熱電極（A、B兩導體）熱端（測量端或工作端）、冷端（參考端或自由端）2、熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路73、兩種導體的接觸電動勢接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。兩接點的接觸電動勢EAB(T)和EAB（T0）可表示為含義：由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。接觸電動勢的大小與導體的材料、接點的溫度有關，而與導體的直徑、長度、幾何形狀等無關?！绻麄鞲衅髟O計好了，即導體A、B已經(jīng)選定，則接觸電勢只與溫度有關3、兩種導體的接觸電動勢接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種8同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。大小表示：

4、單一導體的溫差電動勢機理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。如果傳感器設計好了，即導體A、B已經(jīng)選定，則接觸電勢只與溫度有關同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。大小95、熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢EAB(T,T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0) 忽略溫差電動勢，熱電偶的熱電勢可表示為：

熱電偶回路有四個電動勢：兩個接觸電動勢、兩個溫差電動式（▲▲）。

實踐證明：①熱電偶回路所產(chǎn)生的電動勢主要是由接觸電動勢引起的，溫差電動勢所占比例極小，可以忽略不計；②又因為EAB(t)和EAB(t0)的極性相反，假設導體A的電子密度大于導體B的電子密度，則A為正極、B為負極，因此回路的總電動勢為：ＥAB(T,T0)≈eAB(T)-eAB(T0)5、熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢EAB(T,T0)=eAB10ＥAB(T,T0)因此測得熱電勢的值，即可知道溫度T的大小，利用熱電偶這一性質可以用來測溫。當參考端溫度T0恒定時：ＥAB(T,T0)=f(T)-C即總的熱電勢只與熱端溫度T成單值函數(shù)關系。但是在實際應用過程中，這樣做很麻煩，即必須通過繁雜的計算才能得到溫度T，工程上有沒有比較簡便的方法呢？可知：熱電勢的大小反映兩個接點的溫度差。根據(jù)：ＥAB(T,T0)因此測得熱電勢的值，即可知道11例如：鎳鉻——鎳硅熱電偶分度表（參考端溫度為0℃）實際應用中，為了簡便，溫度與熱電勢之間的關系是通過熱電偶分度表來確定的。

分度表是在參考端溫度T0為0℃時，通過實驗建立起來的熱電勢與工作端溫度T之間的數(shù)值對應關系。通過查表可以查得輸出熱電勢相對應的工作端溫度T，避免了繁雜的運算--例如：鎳鉻——鎳硅熱電偶分度表（參考端溫度為0℃）121、熱電偶回路的熱電動勢只與組成熱電偶的材料及兩端接點的溫度有關；與熱電偶的形狀無關。熱電偶基本性質2、只有用不同性質的材料才能組合成熱電偶，相同材料不會產(chǎn)生熱電動勢。3、只有當熱電偶兩端溫度不同時，不同材料組成的熱電偶才能有熱電動勢產(chǎn)生。4、導體材料確定后，熱電動勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關,是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的基本原理。1、熱電偶回路的熱電動勢只與組成熱電偶的材料及兩端接點的溫度13二、熱電偶基本定律1、均質導體定律如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢均為零.根據(jù)這一定律，可以檢驗兩個熱電極材料的成分是否相同(稱為同名極檢驗法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二、熱電偶基本定律1、均質導體定律根據(jù)這一定律，可142、中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體C，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。T0T0BTAC右圖回路中的總電動勢為：如果回路中三個接點的溫度都相同，即T＝T0，則回路總電動勢必為零，即：2、中間導體定律T0T0BTAC右圖回路中的總電動勢為：15即則如果按右圖接入第三種導體C，則回路中的總電動勢為：T1CT0T1TBA而所以意義：

可用電氣測量儀表直接測量熱電勢,可焊接熱電偶即則如果按右圖接入第三種導體C，則回路中的總電動勢163、標準電極定律如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC3、標準電極定律T0TEAB(T,T0)ABT0TEA17兩式相減得：——（1）若一個熱電偶由A、B、C三種導體組成，且回路中三個接點的溫度都相同，則回路總電動勢必為零，即：兩式相減得：——（1）若一個熱電偶由A、B、C18或即導體A與B組成的熱電偶的熱電動勢也可知。代入（1）式可得：或即導體A與B組成的熱電偶的熱電動勢也可知。代入（1）式可得19BBA

Tn

T

T0

AAB4、中間溫度定律熱電偶在兩接點溫度分別為T、T0

時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度分別為T、Tn和接點溫度分別為Tn、T0時的相應熱電動勢的代數(shù)和。BBATnAAB4、中間溫度定律20證明：即：對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。證明：即：對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供21三、熱電偶實用測量電路

(1)、單點溫度的測溫線路A、B為熱電偶，C、D為補償導線，冷端溫度T0，E為銅導線，M為毫伏表。三、熱電偶實用測量電路(1)、單點溫度的22(2)、測量兩點之間溫差的測溫線路兩只熱電偶型號相同，配用相同的補償導線，結果為:

T=T1-T2EAB(t1,t0)-EAB(t2,t0)=EAB(t1,t2)因此：熱電偶反向串聯(lián)，可測量兩點溫差。查分度表可得溫差(2)、測量兩點之間溫差的測溫線路兩只熱電偶型號相同，配用相23(3)、測量平均溫度的測溫線路同型號的熱電偶并聯(lián)(3)、測量平均溫度的測溫線路同型號的熱電偶并聯(lián)24(4)、熱電偶正向串聯(lián)，測量幾點溫度之和的測溫線路必須是相同型號的熱電偶，可提高靈敏度（測量微小溫度）和獲得較大的熱電勢輸出。(4)、熱電偶正向串聯(lián)，測量幾點溫度之和的測溫線路25(5)、若干只熱電偶共同一臺儀表的測溫線路在多點溫度測量時，若干只熱電偶通過模擬切換開關，共同連接到一臺測量儀表上，可節(jié)省顯示儀表，實現(xiàn)多點測溫。同樣，熱電偶型號須相同。(5)、若干只熱電偶共同一臺儀表的測溫線路26各種熱電偶各種熱電偶272.2熱電式傳感器熱電式傳感器：

溫度變化

電量變化在工業(yè)生產(chǎn)過程和機械加工過程中，溫度是常見的需要測量和控制的重要參數(shù)之一。傳感器2.2熱電式傳感器熱電式傳感器：在工28

接觸式測溫：基于熱平衡原理，接觸溫度場，二者進行熱交換（如：熱電偶、熱電阻溫度傳感器），因此存在滯后現(xiàn)象。接觸式測溫簡單、可靠、精度較高；受材料耐高溫性能的限制，測溫范圍在-250——1800℃。非接觸式測溫：無需接觸被測體，利用物體的熱輻射能量隨溫度變化而變化的原理實現(xiàn)測量。類型有：光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。測溫速度快，可對運動體進行測溫，測溫范圍在600—6000℃，但誤差較大。

根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通常可分成接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測溫：基于熱平衡原理，接觸溫度場，二者進行熱交換29各類溫度檢測方法構成的測溫儀表的大體測溫范圍各類溫度檢測方法構成的測溫儀表的大體測溫范圍302.2.1熱電偶傳感器

熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器。優(yōu)點：▲▲ 結構簡單、制作容易、精度高、溫度測量范圍寬、動態(tài)響應特性好、輸出信號便于遠傳、使用方便。測溫范圍：100℃~1300℃在溫度測量中占有重要的地位。

應用：測量爐子或管道的氣體、液體的溫度或固體的表面溫度

2.2.1熱電偶傳感器 熱電偶是工程上應用最31

熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢，由于這種熱電效應現(xiàn)象是1823年塞貝克（Seeback）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝克效應。一、熱電偶測溫原理熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連32一、熱電偶測溫原理圖中的閉合回路稱為熱電偶，導體A和B稱為熱電偶的熱電極。熱電偶的兩個接點中，置于被測介質（溫度為T）中的接點稱為工作端或熱端，置于溫度為參考溫度T0的一端稱為參考端或冷端。

1、熱電偶的結構一、熱電偶測溫原理圖中的閉合回路稱為熱電偶，導體A和332、熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。熱電動勢（來源：接觸電動勢和溫差電動勢）、熱電偶（兩種材料的組合體）、熱電極（A、B兩導體）熱端（測量端或工作端）、冷端（參考端或自由端）2、熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路343、兩種導體的接觸電動勢接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。兩接點的接觸電動勢EAB(T)和EAB（T0）可表示為含義：由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。接觸電動勢的大小與導體的材料、接點的溫度有關，而與導體的直徑、長度、幾何形狀等無關?！绻麄鞲衅髟O計好了，即導體A、B已經(jīng)選定，則接觸電勢只與溫度有關3、兩種導體的接觸電動勢接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種35同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。大小表示：

4、單一導體的溫差電動勢機理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。如果傳感器設計好了，即導體A、B已經(jīng)選定，則接觸電勢只與溫度有關同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。大小365、熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢EAB(T,T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0) 忽略溫差電動勢，熱電偶的熱電勢可表示為：

熱電偶回路有四個電動勢：兩個接觸電動勢、兩個溫差電動式（▲▲）。

實踐證明：①熱電偶回路所產(chǎn)生的電動勢主要是由接觸電動勢引起的，溫差電動勢所占比例極小，可以忽略不計；②又因為EAB(t)和EAB(t0)的極性相反，假設導體A的電子密度大于導體B的電子密度，則A為正極、B為負極，因此回路的總電動勢為：ＥAB(T,T0)≈eAB(T)-eAB(T0)5、熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢EAB(T,T0)=eAB37ＥAB(T,T0)因此測得熱電勢的值，即可知道溫度T的大小，利用熱電偶這一性質可以用來測溫。當參考端溫度T0恒定時：ＥAB(T,T0)=f(T)-C即總的熱電勢只與熱端溫度T成單值函數(shù)關系。但是在實際應用過程中，這樣做很麻煩，即必須通過繁雜的計算才能得到溫度T，工程上有沒有比較簡便的方法呢？可知：熱電勢的大小反映兩個接點的溫度差。根據(jù)：ＥAB(T,T0)因此測得熱電勢的值，即可知道38例如：鎳鉻——鎳硅熱電偶分度表（參考端溫度為0℃）實際應用中，為了簡便，溫度與熱電勢之間的關系是通過熱電偶分度表來確定的。

分度表是在參考端溫度T0為0℃時，通過實驗建立起來的熱電勢與工作端溫度T之間的數(shù)值對應關系。通過查表可以查得輸出熱電勢相對應的工作端溫度T，避免了繁雜的運算--例如：鎳鉻——鎳硅熱電偶分度表（參考端溫度為0℃）391、熱電偶回路的熱電動勢只與組成熱電偶的材料及兩端接點的溫度有關；與熱電偶的形狀無關。熱電偶基本性質2、只有用不同性質的材料才能組合成熱電偶，相同材料不會產(chǎn)生熱電動勢。3、只有當熱電偶兩端溫度不同時，不同材料組成的熱電偶才能有熱電動勢產(chǎn)生。4、導體材料確定后，熱電動勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關,是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的基本原理。1、熱電偶回路的熱電動勢只與組成熱電偶的材料及兩端接點的溫度40二、熱電偶基本定律1、均質導體定律如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢均為零.根據(jù)這一定律，可以檢驗兩個熱電極材料的成分是否相同(稱為同名極檢驗法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二、熱電偶基本定律1、均質導體定律根據(jù)這一定律，可412、中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體C，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。T0T0BTAC右圖回路中的總電動勢為：如果回路中三個接點的溫度都相同，即T＝T0，則回路總電動勢必為零，即：2、中間導體定律T0T0BTAC右圖回路中的總電動勢為：42即則如果按右圖接入第三種導體C，則回路中的總電動勢為：T1CT0T1TBA而所以意義：

可用電氣測量儀表直接測量熱電勢,可焊接熱電偶即則如果按右圖接入第三種導體C，則回路中的總電動勢433、標準電極定律如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就可知。T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC3、標準電極定律T0TEAB(T,T0)ABT0TEA44兩式相減得：——（1）若一個熱電偶由A、B、C三種導體組成，且回路中三個接點的溫度都相同，則回路總電動勢必為零，即：兩式相減得：——（1）若一個熱電偶由A、B、C45或即導體A與B