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第六章熱電勢(shì)傳感器第一頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五
溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高,表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。
模擬圖:在一個(gè)密閉的空間里,氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快!低溫高溫溫度測(cè)量的基本概念第二頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五體積熱膨脹式
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)溫度成正比第三頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五紅外溫度計(jì)第四頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五物理現(xiàn)象
體積熱膨脹
電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1.
熱鐵氧體2.
Fe-Ni-Cu合金第五頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000~1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500~1000℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0~500℃低溫用傳感器-250~0℃極低溫用傳感器-270~-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容測(cè)溫范圍溫度傳感器分類第六頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五結(jié)論: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(shì)。
熱電極A自由端(參考端、冷端)
測(cè)量端(工作端、熱端)
熱電極BAB第一節(jié)熱電偶一、熱電效應(yīng)第七頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五
從實(shí)驗(yàn)到理論:熱電效應(yīng)
問題1:
發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)?
(說明什么)問題2:如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱,指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減???(又說明什么)。
說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)說明電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。
第八頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五2.熱電效應(yīng)的分析
接觸電勢(shì):兩種材料的自由電子密度不同
溫差電勢(shì):兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同第九頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五(1)接觸電勢(shì)k——玻耳茲曼常數(shù);T——接觸面的絕對(duì)溫度;e——單位電荷量;NA——金屬電極A的自由電子密度NB——金屬電極B的自由電子密度接觸電勢(shì)結(jié)論:在材料一定的情況,其大小與T成正比關(guān)系。靜電場(chǎng)擴(kuò)散設(shè)NA>NB第十頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五(2)溫差電勢(shì)δ——湯姆遜系數(shù),它表示溫度為1℃時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值,它與材料的性質(zhì)有關(guān)。溫差電勢(shì)(湯姆遜電勢(shì))靜電場(chǎng)擴(kuò)散熱端電子冷端電子設(shè)T>T0第十一頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五(3)回路的總熱電勢(shì)
設(shè)T>To,NA>NB第十二頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五熱電極A和B為同一種材料時(shí),NA=NB,δA=δB, 則EAB(T,T0)=0。若熱電偶兩端處于同一溫度下,T=T0, 則EAB(T,T0)=0。熱電勢(shì)存在必須具備兩個(gè)條件: 兩種不同的金屬材料組成熱電偶, 它的兩端存在溫差。
第十三頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五熱電勢(shì)是T和T0的溫度函數(shù)的差,而不是溫度的函數(shù)。
問題1:能否測(cè)量單點(diǎn)溫度?E與T之間有唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系,
問題2:為什么實(shí)際應(yīng)用中,常把T0=0℃?當(dāng)T0保持不變時(shí),f(T0)=C則有:第十四頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五K熱電偶的分度表
比較查出的3個(gè)熱電勢(shì),可以看出熱電勢(shì)是否線性?第十五頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五
八種國(guó)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第十六頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)
分度號(hào)
名稱
測(cè)量溫度范圍
1000C熱電勢(shì)/mVB鉑銠30-鉑銠650~1820C4.834R鉑銠13—鉑-50~1768C10.506S鉑銠10—鉑-50~1768C9.587K鎳鉻-鎳鉻(鋁)-270~1370C41.276E鎳鉻-銅鎳(康銅)-270~800C——?第十七頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五熱電偶的結(jié)構(gòu)形式
1.普通型熱電偶:由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成安裝螺紋安裝法蘭第十八頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五2.鎧裝熱電偶
由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體,它可以做得很細(xì)很長(zhǎng),使用中隨需要能任意彎曲。BA絕緣材料熱電偶橫截面第十九頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五二、熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律2.中間導(dǎo)體定律3.連接導(dǎo)體定律第二十頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律兩電極(A、B)材料相同時(shí),即則無論接點(diǎn)處溫度如何變化,第二十一頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五2.中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C,只要引入點(diǎn)溫度相同,熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間導(dǎo)體接入的影響。第二十二頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五ET0T0TET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理,可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E,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(shì),接入的方式見下圖所示。
第二十三頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五3.連接導(dǎo)體定律其中:而:第二十四頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五例.用(S型)熱電偶測(cè)量某一溫度,若參比端溫度T0=30℃,測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,Tn)=7.5mV,求測(cè)量端實(shí)際溫度T。查分度表有E(30,0)=0.173mV反查分度表有T=830℃,測(cè)量端實(shí)際溫度為830℃第二十五頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五三、熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償
熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度的有關(guān),而且也與冷端溫度有關(guān),只有當(dāng)冷端溫度恒定,通過測(cè)量熱電勢(shì)的大小得到熱端的溫度。
熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償: 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí),必須首先使用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長(zhǎng)到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方,再考慮將冷端處理為0℃。第二十六頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五幾種冷端處理方法:
1.補(bǔ)償導(dǎo)線法2.熱電偶冷端溫度恒溫法3.計(jì)算修正法4.冷端補(bǔ)償電橋法第二十七頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五1.補(bǔ)償導(dǎo)線法熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線功能:其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移;其二是降低了電路成本。第二十八頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五2.熱電偶冷端溫度恒溫法
適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。第二十九頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五3.計(jì)算修正法在實(shí)際應(yīng)用中,熱電偶的參比端往往不是零,而是環(huán)境溫度,這時(shí)測(cè)量出的回路熱電勢(shì)要小,因此必須加上環(huán)境溫度與冰點(diǎn)之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)后才能符合熱電偶分度表的要求??捎檬覝赜?jì)測(cè)出環(huán)境溫度T1,從分度表中查出的E(T1,0)值,然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)E(T,T1),得到E(T,0)值,反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度值。第三十頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五例用鎳鉻--鎳硅(K型)熱電偶測(cè)溫,熱電偶參比端溫度為30℃。測(cè)得的熱電勢(shì)為28mV,求熱端溫度。反查K分度表T=701.5℃計(jì)算修正曲線第三十一頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年,星期五4.冷端補(bǔ)償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值第三十二頁(yè),共三十三頁(yè),編輯于2023年
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