第15講 熱電偶傳感器

熱電偶傳感器介紹：

熱電偶屬電量傳感器(將非電量轉(zhuǎn)換為電量T——mV)，有源傳感器。一.熱電偶測溫的基本原理

1、熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路,如果將兩個接點分別置于溫度各為T及TO（T>TO）的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢（接觸電勢和溫差電勢）。熱端冷端T>TO2、接觸熱電勢

由于兩種材料電子密度不同（如NA>NB），其電子在兩個方向上的擴散速度就不同，在A、B的接觸面上便形成了一個從A到B的靜電場E。靜電場E的大小取決于A、B的性質(zhì)（電子密度）及接觸點的溫度，而與其形狀尺寸無關(guān)。熱端從A擴散到B的電子數(shù)目多，冷端少。因此：NA>NBeE>3、溫差電動勢

溫差電動勢是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢.高溫側(cè)電子受熱能運動加劇失去電子而帶正電,低溫側(cè)得到電子帶負電，形成一個從高溫側(cè)到低溫側(cè)的靜電場。E4、回路總電勢：AB固定T0后有：由于接觸電勢遠大于溫差電勢，忽略溫差電勢后有：5、結(jié)論：回路總電勢與NA、NB和T、TO有關(guān)，當(dāng)材料一定時，成為T、TO的函數(shù)?；芈房傠妱轂門的單值函數(shù)。二.熱電偶的幾點結(jié)論：1、若組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體相同（均質(zhì)導(dǎo)體）,則無論兩接點溫度如何,熱電偶回路內(nèi)的總電動勢為零。2、如熱電偶兩接點溫度相同,即T=T0,盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總熱電動勢為零。3、熱電偶AB的熱電動勢與A、B材料的中間溫度無關(guān)，只與接觸點溫度有關(guān)。三、熱電偶的重要定律：1.中間溫度定律：

熱電偶AB在接點溫度為T1、T3時的熱電動勢，等于熱電偶在接點溫度為T1、T2和T2、T3時的熱電動勢總和。AB2.中間導(dǎo)體定律:

在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要這第三種材料的導(dǎo)體兩端溫度相同，第三種材料導(dǎo)線的引入不會影響熱電偶的熱電動勢，這一性質(zhì)稱為中間溫度定律。ABCmVABt1t2t2C3.標準電極定律:

當(dāng)溫度為T1、T2時，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。

EAB（

T1,T2）=EAC（T1,T2

）+ECB（T1,T2）

導(dǎo)體C稱為標準電極（一般由鉑組成），故把這一性質(zhì)稱為標準電極定律。T1T1T1T2T2T2AABBCCEAB（

T1,T2）=EAC（T1,T2

）-EBC（T1,T2）解：例EAB（T1,T2）＝2.95mV-(-4.0mV)=6.95mVT1T1T2T2T2AABBCC100℃100℃100℃鎳鉻合金考銅2.95mV4.0mV鎳鉻考銅純鉑求：鎳鉻和考銅熱電偶的熱電動勢EAB（

T1,T2）=EAC（T1,T2

）－EBC（T1,T2）從1988年1月1日起，我國熱電偶和熱電阻的生產(chǎn)全部按國際電工委員會（IEC）的標準，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。但其中的R型（鉑銠13-鉑）熱電偶，因其溫度范圍與S型（鉑銠10-鉑）重合,我國沒有生產(chǎn)和使用。四、熱電偶的種類1.標準型熱電偶熱電偶類別代號分度號測溫范圍允許誤差鉑銠30-鉑銠6WRRLL-2或B0～1800℃≤800℃，±4.0℃>800℃±0.5%t鉑銠10-鉑WRPLB-3或S0～1600℃≤600℃，±3.0℃>600℃±0.5%t鎳鉻-鎳硅WRNEU-2或K

0～1300℃≤400℃，±3.0℃>400℃±0.75%t鎳鉻-考銅

鎳鉻-銅鎳WRK

WREEA-2或E0～800℃

0～1000℃≤300℃，±3.0℃>300℃±1.0%t幾種常用熱電偶的測溫范圍及精確度鉑銠鉑（S/R）

溫度范圍最廣，3000C以上精度最高銅康銅（T）在-160～2500C精度最高鎳鉻鎳硅/鋁（K）在廉金屬中上限溫度最高五、常用熱電偶10/13分度號1普通工業(yè)用裝配式熱電偶

工業(yè)用裝配式熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖接線盒保險套管絕緣套管熱電偶絲(a)接殼式(b)絕緣式1322．鎧裝（或套管式）熱電偶的結(jié)構(gòu)由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極接殼式與絕緣式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快；機械強度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。其熱接點極薄(0.01～0.lμm)．4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點;3—絕緣基板;4—引出線特別適用于對壁面溫度的快速測量。安裝時,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。尺寸為60×6×0.2mm;測溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時間僅為幾ms。熱電偶銅―康熱電偶分度（自由端溫度0℃）mVABT銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線試管熱電偶冰點槽冰水溶液T0儀表冰點槽法1、提供冷端六、熱電偶的冷端補償方法2、（冷端恒溫法）當(dāng)冷端不為時但穩(wěn)定時，查表補償例如：E型實際溫度300度,環(huán)境溫度30度時,問儀表顯示的溫度值是多少?當(dāng)冷端為儀表顯示?查：則：n增大時電勢減小

當(dāng)冷端不為時但穩(wěn)定時，查表補償當(dāng)冷端為儀表顯示280度查：則：實際溫度查表查表例如：E型顯示溫度280度,環(huán)境溫度30度時,問測溫端實際的溫度值是多少?mVABT銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線試管補償導(dǎo)線熱電偶冰點槽冰水溶液T0儀表補償導(dǎo)線冰點槽法1、提供冷端六、熱電偶的冷端補償方法3、冷端變化時，加補償導(dǎo)線（用廉金屬替代貴金屬，將冷端延長到控制室）不論如何變化，只要不變則即不變但兩種材料的熱電特性一定要相同電橋補償（又稱冷端補償器）法補償電橋T0I2I1+ERSRcuR3R1R2－ATT0B回路輸出電壓為:U=E（T，T0）+(UT－U3)只要能滿足下式即可達到自動補償?shù)哪康?/p>

U作業(yè)1、試比較熱電阻、熱敏電阻、熱電偶三種測溫傳感器的特點及其對測溫電路的要求。2、如糧倉測溫（每0.5米裝一個溫度