文档-机电传动控制(马如宏)-第4章(1).pptVIP

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铠装热电耦与其它带保护管相比有外径细、动态响应快、测量端容量小、柔软性好等优点。

2)绝缘热电耦

绝缘热电耦的电极用普通绝缘物包起来。它的特点有:热电耦极长短随意,可弯曲,可屏蔽,价廉,不能用于高温。

3)表面热电耦

表面热电耦用来测量各种状态(静态、动态或带电物体)的固体表面温度,主要用于现场流动测量,如纺织、造纸、橡胶、涡轮叶片等行业不同物体表面测温。它又分为永久性安装及非永久性安装的表面热电耦。4)薄膜热电耦

薄膜热电耦是用溅射工艺将热电耦材料沉积在陶瓷基极上而成,包括片状薄膜热电耦和针状薄膜热电耦。片状薄膜热电耦的测温范围一般为-200~+300℃。薄膜热电耦的热密量小,响应速度快,时间常数可达微秒级,适合测量小面积的瞬变温度及测量流动气体的温度,如测量火炮内壁温度

5)微型热电耦

微型热电耦又称为小热惯性热电耦,包括普通型和特殊型两种。普通型热电耦的测量端直接焊在保护管内顶部,而保护套管端部尺寸较小,响应速度较快。特殊型热电耦的热电极材料的直径为0.1mm,有的甚至为0.01mm。它的响应时间很快,可以小于几百毫微秒。但它是一次性使用的热电耦,常用于燃烧温度的测量,如用于固体火箭推进器燃烧层温度分布、燃烧表面温度及温度梯度的测试等。

在应用热电耦时应注意如下问题:

为了使热电动势与被测温度呈单值函数关系,需要把热电耦冷端的温度保持恒定,并消除冷端t0≠0℃时所产生的误差。由于热电耦分度表是以冷端温度t0=0℃为标准的,故实际使用时应当注意。下面介绍几种常用的冷端温度处理方法。

(1)补偿导线法。补偿导线是指在一定的温度范围(0~100℃)内,其热电性能与其所连接的热电耦的热电性能相同的一种廉价的导线。它的作用是,用它作贵金属热电耦的延长线,将热电耦的冷端迁移至离被测对象(热源)较远且环境温度较恒定的地方,便于冷端温度的修正和减小测量误差。用较粗的补偿导线作为热电耦的延长线,可以减小热电耦回路的电阻,以利于动圈式显示仪表的正常工作。使用中应注意,各种补偿导线只能与相应型号的热电耦配用。使用中必须同名极相连,热电耦与补偿导线连接处的温度不应超过100℃,否则也会因热电特性不同而带来新的误差。(2)冷端补偿法。用补偿导线将热电耦冷端迁移到环境温度较恒定的地方时,若环境温度不是0℃,则会产生测量误差,此时要进行冷端补偿。这里介绍两种冷端补偿方法。①冷端温度补偿器。冷端温度补偿电路如图4-44所示。图中所示的补偿电桥的桥臂电阻R1、R2、R3和RCu,通常与热电耦的冷端置于相同的环境中。取R1=R2=R3=1Ω,用锰铜线制成,RCu是用铜导线绕制成的补偿电阻。Rs是供桥电源E的限流电阻,R3由热电耦的类型决定。图4-44热电耦冷端温度补偿电桥若电桥在20℃时处于平衡状态,当冷端温度升高时,RCu补偿电阻将随之而增大,则电桥a、b两点间的电压Uab也增大,此时热电耦温差电势却随冷端温度升高而降低。如果Uab的增加量等于热电耦温差电势的减小量,则热电耦输出电势Uab的大小将保持不变,从而达到冷端补偿的目的。这种补偿方法在工业中广泛应用。②PN结温度传感器作冷端补偿。将PN结温度传感器冷端测量电桥置于与热电耦冷端相同的环境中,并使其与热电耦放大器具有相同的灵敏度(mV/℃),

然后采用图4-45所示的电路即可达到冷端温度补偿。若热电耦的温差电势经放大器A1放大后的灵敏度为10mV/℃,那么设计一个放大器A2,使PN结测温传感器输出电势,经

A2放大后,灵敏度也为10mV/℃,再将A1、A2的输出分别连接到增益为1的电压跟随器A3的“+”端和“-”端进行相加,则自动地补偿了因冷端温度变化而引起的误差。该补偿电路在0~50℃范围内,其精度小于0.5℃。图4-45PN结温度传感器作冷端补偿电路3.集成电路温度传感器

将热敏晶体管用温敏器件与放大电路等利用集成技术制作在同一芯片上,可构成集成电路温度传感器。这种传感器输出信号大,与温度有较好的线性关系,小型化,成本低,使用方便,测温精度高,因此得到广泛使用。

晶体管作温敏器件是以PN结的电压电流特性随温度而变化为理论基础。温敏二极管有一个PN结,它的许多参数都是随温度变化的。例如,硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时,将下降约2mV。当PN结正向压降或反向压降保持不变时,正向电流或反向电流都将随着温度发生变化,从而实现温敏二极管传感器温度电信号的转换。电压-温度特性如图4-46所示。图4-46(a)为锗二极管的电压-温度特性,图4-46(b)为硅二极管的电压

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