传感器与检测技术第二版陈洁黄鸿第十一章热电式传感器(定稿)讲述.ppt

一 热电偶工作原理 中间温度定律的意义 另外，可以选用廉价的热电偶A′、B′代替t′到to段的热电偶A、B，（只要在 t′、to温度范围内A′、B′与A、B热电偶具有相近的热电势特性，）便可将热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加长，还可以降低测量成本，而且不受原热电偶自由端温度t′的影响。这就是在实际测量中，对冷端温度进行修正，运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响的道理。 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。 使用补偿导线必须注意两个问题： ①两根补偿导线与热电偶相连的接点温度必须相同，接点温度不超过100 ℃ ； ②不同的热电偶要与其型号相应的补偿导线配套使用，且必须在规定的温度范围内使用，极性不能接反。 在我国，补偿导线已有定型产品，如表5-1所示。 结构： 普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构； 薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄； 铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲； 表面热电偶，用于弧形表面物体测温； 消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。 a)普通热电偶 b)薄膜热电偶 c)铠装热电偶 热电偶 热电偶的结构和种类 普通型热电偶结构 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 铠装热电偶外形 铠装热电偶横截面 薄膜热电偶 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。 一 玻璃液体温度计 将酒精、水银、煤油等液体充入到透明有刻度的玻璃吸管中，两端密封，就制成玻璃液体温度计。它是利用玻璃感温泡内的液体受热体积膨胀与玻璃体积膨胀之差来测量温度的。 酒精温度计——量度范围约为-114℃～78℃ 水银温度计——大多用于液体、气体及粉状固体温度的测 量，测温范围为-30℃～+300℃ 玻璃液体温度计 煤油温度计——量度范围约为-30℃～150℃。 平常看到装有红色工作物质的温度计，温度计的刻度在100℃以下，一般都是煤油温度计，而不是酒精温度计。 二 固体膨胀式温度计 工作原理——利用膨胀系数不同的两种金属材料牢固地粘贴在一起制成的。典型的固体膨胀式温度计是双金属温度传感器，如图5-3所示。 图5-3 双金属片工作原理 图5-4 双金属温度计 双金属温度计测温范围为-100℃～+600℃，探头长度可 以达到1米长，可用于测量液体、蒸汽及气体介质温度。 特点：现场显示温度，直观方便，抗震性能好，结构简 单，牢固可靠，使用寿命长，但精度不高。 三 气体膨胀式温度计 图5-8 气体膨胀式温度计 气体膨胀式温度计是基于密封在容器中的气体或液体受热后体积膨胀，压力随温度变化而变化的原理测温的，所以该温度计又称为压力式温度计。 当温包受热后，其内部的工作介质温度升高，体积膨胀，压力增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧管产生变形，并由传动机构带动指针偏转，指示相应的温度值。 以下例举几种温度传感器： 热电偶，利用金属热电势，有耐高温、 精度高的特点； 热电阻，利用导体随温度变化，测温不高； 热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测 温，体积小、灵敏度高、稳定性差； 集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、 电压随温度变化，有专用集成电路，体积 小、响应快、价廉，测量150℃以下温度。 概述 热电偶温度传感器 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。其结构简单、使用方便、测温点小、准确度高、热惯性小、响应速度快、便于维修、复现性好； 测温范围广，一般为-270℃～+2800℃； 直接输出电信号，不需要转换电路。适于远距离测量、自动记录、集中控制等优点。在温度测量中占有很重要的地位。 缺点是存在冷端温度补偿问题。 1. 热电效应 两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电路时，若两接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应。该电动势称为热电动势。 图8-4 热电偶测温原理图 热电偶工作原理演示 热端温度高于冷端温度时，回路中产生的热电势大于零 冷热端温度相等时，回路中不产生热电势 热端温度低于冷端温度时，回路中产生的热电势小于零 热电动势的组成 图8-7 热电偶回路总热电势 两种导体的接触电势 两种导体的接触电势