传感器课件第8章热电式传感器.ppt

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传感技术热电式传感器第八章第八章热电式传感器热电式传感器l学习要求学习要求1.1.了解热电偶传感器基本结构和工作原理了解热电偶传感器基本结构和工作原理2.2.掌握热电偶传感器温度补偿方法掌握热电偶传感器温度补偿方法3.3.了解热电阻传感器基本结构和工作原理了解热电阻传感器基本结构和工作原理传感技术热电式传感器热电偶热电偶-2001300C热电式传感器热电式传感器热电阻热电阻-200850C传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器防腐热电偶传感技术热电式传感器固定螺纹接头式热电偶传感技术热电式传感器直形管接头式热电偶传感技术热电式传感器铂电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器固定法兰式热电阻传感技术热电式传感器热敏电阻传感技术热电式传感器热敏电阻主要用于空调、电子台历、冰箱、电磁炉、电饭煲、烤枪，充电器等等传感技术热电式传感器豆浆机温度传感器传感技术热电式传感器镀镍铜壳温度传感器主要用于家用冰箱、空调器、电热水器、控温仪器、饮水机、汽车传感技术热电式传感器8-1热电偶传感器热电偶传感器一、热电偶工作原理一、热电偶工作原理热电偶的测温原理基于热电效应。

热电偶的测温原理基于热电效应。

工作端工作端参比端参比端图图8-18-1热电效应热电效应TTTT00这种由两种导体的组合并将温度转化为热这种由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶电动势的传感器叫做热电偶。

传感技术热电式传感器注意：

热电偶构成条件1、两种不同导体2、闭合回路3、两接合点处温度不同传感技术热电式传感器“塞贝克温差电动势”简称“热电动势”热电动势：

热电动势：

两种导体接触电势两种导体接触电势单一导体温差电势单一导体温差电势传感技术热电式传感器1.1.接触电动势接触电动势设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且NANB。

图8-2热电效应传感技术热电式传感器接触电势：

式中lk玻耳兹曼常数，k=1.3810-23J/K；le电子电荷量，e1.610-19C；lT接触处的温度，K；lNA，NB分别为导体A和B的自由电子密度。

传感技术热电式传感器2.温差电势又称为汤姆逊电势其大小为：

式中为汤姆逊系数，表示温差1所产生的电动势值，其大小与材料性质及两端的温度有关。

传感技术热电式传感器3.热电势导体导体A和和B组成的热电偶闭合电路组成的热电偶闭合电路在两个接点处有两个接触电势：

在两个接点处有两个接触电势：

eAB（T）与与eAB（T0）因为因为TT0，在导体在导体A和和B中还各有一个温差电势：

中还各有一个温差电势：

和和图8-3闭合回路温差电动势传感技术热电式传感器即即（10-3）式中式中NAT、NAT0导体导体A在结点温度在结点温度为为TT、T0T0时的电子密度；时的电子密度；NBT、NBT0导体导体B在结点温度为在结点温度为TT、T0T0时的电子密度；时的电子密度；A、B导体导体A、B的的汤姆逊系数。

汤姆逊系数。

所以闭合回路总热电动势所以闭合回路总热电动势EAB（T,T0）应为接触电动应为接触电动势和温差电势的代数和，即：

势和温差电势的代数和，即：

传感技术热电式传感器结论结论:

1.热电偶必须采用两种不同的材料作为热热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极；电极；2.如果热电偶两结点温度相同，即如果热电偶两结点温度相同，即T=T0，则尽管导体则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回的材料不同，热电偶回路中的总电动势也为零。

路中的总电动势也为零。

3.热电偶热电偶AB的的热电动势与热电动势与A、B材料的中材料的中间温度无关，只与结点温度有关。

间温度无关，只与结点温度有关。

传感技术热电式传感器二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律1、中间导体定律：

在热电偶回路中接入第三种材料的导在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，第三导体的体，只要其两端的温度相等，第三导体的引入不会影响热电偶的热电动势引入不会影响热电偶的热电动势。

图图8-48-4具有第三导体的热电偶回路具有第三导体的热电偶回路传感技术热电式传感器证明如下：

A、B结点温度为T，其余结点温度为T0，且TT0时，则回路中总热电势为（8-4）当T=T0时，回路中总电动势为零，即（8-5）传感技术热电式传感器则有（8-6）代入式（8-4）得：

（8-7）传感技术热电式传感器在热电偶回路中接入第三种材料的导体，在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，第三导体的引入只要其两端的温度相等，第三导体的引入不会影响热电偶的热电动势。

这就是不会影响热电偶的热电动势。

这就是中间中间导体定律。

导体定律。

根据这个定律，可以将第三导线换成根据这个定律，可以将第三导线换成测试仪表或连接导线，只要保持两结点温测试仪表或连接导线，只要保持两结点温度相同，就可以对热电势进行测量而不影度相同，就可以对热电势进行测量而不影响原热电动势的数值。

响原热电动势的数值。

结论结论：

传感技术热电式传感器22、参考电极定律、参考电极定律当结点温度为当结点温度为TT、TT00时，用导体时，用导体A,B组成的热电组成的热电偶的热电动势等于偶的热电动势等于AC热电偶和热电偶和CB热电偶的热电偶的热电动势的代数和热电动势的代数和,即即（8-88-8）传感技术热电式传感器对于对于AC热电偶：

热电偶：

（8-9）对于对于BC热电偶：

热电偶：

（8-108-10）于是于是图8-5参考电极定律示意图传感技术热电式传感器（8-11）由于由于则有则有传感技术热电式传感器因此，式（8-11）可写为（8-12）这就是参考电极定律。

传感技术热电式传感器33、中间温度定律、中间温度定律热电偶AB在接点温度为、中间温度为该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。

在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0的热电势进行修正。

传感技术热电式传感器三、标准化热电偶三、标准化热电偶根据前面所述，似乎任根据前面所述，似乎任何两种不同导体，都可以何两种不同导体，都可以组成一对热电偶。

但是在实际应用时，为了应用可靠，组成一对热电偶。

但是在实际应用时，为了应用可靠，并且有足够的测量准确度，并不是所有材料均可以用并且有足够的测量准确度，并不是所有材料均可以用来作热电偶的，对组成热电偶的材料应具备以下一些来作热电偶的，对组成热电偶的材料应具备以下一些条件：

条件：

1.在测温的范围内，热电特性要稳定，不随时间而变化。

在测温的范围内，热电特性要稳定，不随时间而变化。

2.在测温的范围内，物理、化学性能要稳定，不易氧化或腐蚀在测温的范围内，物理、化学性能要稳定，不易氧化或腐蚀3.在测温中产生的热电动势要大，并且热电动势随温度变化为在测温中产生的热电动势要大，并且热电动势随温度变化为单值的、线性的、或者接近线性的。

单值的、线性的、或者接近线性的。

4.电阻温度系数要小，电阻率要高。

电阻温度系数要小，电阻率要高。

5.材料的复制性好，易焊接、拉丝和加工。

材料的复制性好，易焊接、拉丝和加工。

传感技术热电式传感器根据上述要求，国际上目前得到应用的根据上述要求，国际上目前得到应用的热电偶材料有热电偶材料有300多种，广泛应用的有多种，广泛应用的有4050种。

国际电工委员会种。

国际电工委员会IEC对已被公对已被公认为性能比较好的七种热电偶制订了统认为性能比较好的七种热电偶制订了统一的标准。

我国已采用一的标准。

我国已采用IEC标准，按标标准，按标准生产，并按标准分度表生产与之相配准生产，并按标准分度表生产与之相配的显示仪表。

的显示仪表。

IEC推荐的标准化热电偶推荐的标准化热电偶如表如表10-1所示。

所示。

传感技术热电式传感器表8-1热电偶标准分度表热电偶名称IEC分度号我国分度号国家标准号新旧铂铑10-铂铂铑30-铂铑6镍铬-镍硅铜-铜镍（康铜）镍铬-铜镍（康铜）铁-铜镍（康铜）铂铑13-铂SBKTEJRSBKTEJRLB-3LL-2EU-2CK-GB3772-83GB2902-82GB2614-85GB2903-82GB4993-85GB4994-85GB1598-79传感技术热电式传感器四、常用热电偶适适于于制制作作热热电电偶偶的的材材料料有有300300多多种种，其其中广泛应用的有中广泛应用的有40504050种。

种。

国国际际电电工工委委员员会会向向世世界界各各国国推推荐荐88种种热热电电偶偶作作为为标标准准化化热热电电偶偶，我我国国标标准准化化热热电电偶偶也也有有88种种。

分分别别是是：

铂铂铑铑10-10-铂铂（分分度度号号为为S）S）、铂铂铑铑13-13-铂铂（R）（R）、铂铂铑铑30-30-铂铂铑铑6（B）6（B）、镍镍铬铬-镍镍硅硅（K）（K）、镍镍铬铬-康康铜铜（E）（E）、铁铁-康康铜铜（J）（J）、铜铜-康康铜铜（T）（T）和和镍镍铬铬硅硅-镍镍硅硅（N）（N）。

下下面简要介绍其中几种：

面简要介绍其中几种：

传感技术热电式传感器

（1）

（1）铂铑铂铑10-10-铂热电偶铂热电偶直径直径：

0.5mm0.5mm；分度号分度号：

SS；正极正极：

铂铑丝：

铂铑丝,负极负极：

纯铂丝；：

纯铂丝；特点特点：

a,a,是热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、是热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。

惰性气氛中连续使用。

b,b,长期适用的温度为长期适用的温度为14001400，超过此温度时，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。

即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。

c,c,短期使用温度为短期使用温度为16001600。

在所有的热电偶中，。

在所有的热电偶中，它的准确度等级最高它的准确度等级最高,通常用作标准或测量高温的通常用作标准或测量高温的热电偶，其使用温度范围广（热电偶，其使用温度范围广（0160001600），均质性），均质性及互换性好。

及互换性好。

缺点缺点：

价格昂贵：

价格昂贵,热电势较小，需配灵敏度高的热电势较小，需配灵敏度高的显示仪表。

显示仪表。

传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器

（2）镍铬-镍硅（镍铝）热电偶分度号分度号：

KK；正极正极：

镍铬为，：

镍铬为，负极负极：

镍硅；：

镍硅；特点特点：

a,a,使用温度范围宽（使用温度范围宽（-501300-501300），高温下性能较），高温下性能较稳定，热电动势和温度的关系近似线性；稳定，热电动势和温度的关系近似线性；b,b,价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶；价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶；c,c,它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期使用温度为使用温度为12001200，长期使用温度为，长期使用温度为10001000；传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器（3）镍铬康铜热电偶分度号分度号：

EE；正极正极：

镍铬，：

镍铬，负极负极：

康铜；：

康铜；特点特点：

a,a,常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高；常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高；b,b,适适宜宜在在250870250870范范围围内内的的氧氧化化性性或或惰惰性性气气氛氛中使用中使用,尤其适宜在尤其适宜在00以下使用；以下使用；c,c,在湿度大的情况下在湿度大的情况下,较其他热电偶耐腐蚀较其他热电偶耐腐蚀。

传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器（4）铜-康铜热电偶分度号分度号：

TT正极正极：

纯铜，：

纯铜，负极负极：

康铜；：

康铜；特点特点：

a,a,在贱金属热电偶中准确度最高；在贱金属热电偶中准确度最高；b,b,热电丝均匀性好；热电丝均匀性好；c,c,使用温度范围为使用温度范围为-200-200350350。

此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系（属难融金属），铂铑系列，