第8章胡向东传感器与检测技术PPT.docx

1、第8章胡向东传感器与检测技术PPT第章藝电式传感器81热电偶传感器 82热电阻传感器 83热敏电阻传感器教学基本要求和重点掌握育关热吐偶、热电阻和热敏电阻的基本 概念学握三类热电式传感器的基本工作原理掌握热电偶的基木定律、基木类型、温度补 偿方法、使用热电偶的测温方法掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合掌握热敏电阻的电阻一温度特性会使用分度表8J热电偶传感發1热电偶测温原理热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合 回路，当两接点温度T和7；）不同时，则在该回路屮就会产生 电动势的现彖。热电势.热电偶.热电极热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自11端）含义:lirr两种不同导体的

2、自山电了 / *密度不同而在接触处形成的屯动势。 B接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接 触点的温度。两接点的接触电动势（门和（G）町表示为机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量人， 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端 的耍多，结果高温端因失去电了而带正电，低温端因 获得多余的电子而带负电，在导沐两端便形成温差电 动势。大小表示：勺（八刀）g（久 7；）=g（D+勺?；）一（/；）勺（久人）忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为:Eab （0）= Erb （f） 八（口0）+ Er（7 ,0） - Eu 仏） EaB （f ）1 AB （0）讨込-y “耐一 yn

3、頑U影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关两热电极相同时，总电动势为0 两接点温度相同时，总电动势为0Ea乳f，0）=于（）一/（0）=/（） C =傾）可见：只要测出5b（ T, Tq ）的大小，就能得到 被测温度7；这就是利用热电偶测温的原理。对于已选立的热电偶，当参考端温度To恒主时，（A）=Q 为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系， 即不同金属组成的热电偶，温度与热电动势Z间有 不同的函数关系，般通过实验的方法來确定， 并将不同温度下测得的结果列成农格，编制出热 电势与温度的对照表，即分度表。供杳阅使用，每wc分档。中间值按内插法计算。S型（钳链倚钳）热电偶分度表

4、010203050708090fi度；C热电动势/mV00. 0000.0550.1130. 1730.2350 2990. 3650- 4320. 5020-573lOO0. 6450. 7190. 7950.8720- 9501. 0291.109b 1901.2731.356200l4401.5251.6H1.6981. 7851. 8731.9622- 0512- 1412. 2323002.3232.4142.5062. 5992. 6922 - 7862. 8802. 9743.0693 1644003.2603. 3563.4523. 5493. 6453. 7433- 8403

5、.9384-0364- 1355004 2344.3334. 4324, 5324. 6324. 7324.8324.9335. 0345. 1366005- 2375. 3395.4425. S445 6485. 7515 8555, 9606 0646. 1697006. 2746. 380& 486& 5926 6996. 8056.9137,0207, 1287. 2368007. 3457.4547.5637,6727 7827- 892& 003& 114& 225& 3369008. 448& 560& 673& 786& 8999.0129. 1269. 2409 3S59.

6、47010009. 5859. 7009.8169. 93210. 04810. 16510. 28210. 40010.51710. 635110010.75410. 87210.99111.11011-22911. 34811.46711.5871L 70711.827120011.94712. 06712.18812. 30812.42912. 5S012. 67112, 79212.91313. 034130013-15513. 27613.39713.51913. 64013. 76113. 88314 00414.12514.247140014.36814 48914-61014.

7、73114.85214 9415- 09415, 21515. 33615.456150015.57615. 69715.81715.93716.05716, L61& 29616-41516. 53416.653】6C016.77116. 89017-00817.12517.24517. 36017.47717.59417.71L17.826（養考竭温度为0C）分度号.S2.热电他基本定律在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三 种导体的两端温度相同，则刈卜I路的总热电势没有影响。 blEahc（人 G ） = Eab （f） Eab （/（） = Eab （f,0 ）凌用：利丿U热电

8、偶进行测温，必须在冋路中引入连接导 线和仪农，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。测 量仪衣及引 线作为第三科导体的热 屯偶回珞0zX（b）中间温度X律在热电偶测温冋路中，4为热电极上某一点的温度, 热电偶人在接点温度为八（）时的热电势eAB（t,心）等于热 电偶/IB在接点温度八c和/、r。时的热电势加（r，O和 的代数和，即*人8（人 /0）=*/18（讥）+务8（00）0屮间温度定律-根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体 4和3,将热屯偶冷端延仲到温度恒定的地方，这就为热 电偶冋路中应川升偿导钱提供了理论依据。该定律是参考罐浪庚针篇修正法的理论依据。在实际热电 偶测温回路

9、屮，利用热电偶这一性质，可对参考端温度不为 (TC的热电势进行修正。EabO，%) 必(匚心)EbcQ，%)通常选川高纯钳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， 则各种金属间和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來。例子热端为100，冷端为oc时，镰锯合金 与纯钳组成的热电偶的热电动势为 2.95mV,而考铜与纯钳组成的热电偶的 热电动势为一4,0mV,则镰铭和考铜组 成的热电偶所产牛的热电动势应为： 2.95-(-4.0)=6.95(mV) 呷I两种均质导体组成的热电偶,其热电动势的人小只与 两材料及两接点温度有关，与热电偶的人小尺寸、形状 及沿电极各处的温

10、度分布无关。即热电偶必须由两种不 同性质的均质材料构成。9.1.2热电偶的结构与种类有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀 性。为了适应不同生产对彖的测温要求和条件，热电偶 的结构形式有：普通型热电偶特殊热电偶一铠装型热电偶 一薄膜热电偶等。普通型热电偶结构优点：测温端热容暈小，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。接头夹典特点：热接点可以做得很小（pm）,具有热容暈小、反 应速度快（IJS）等特点，适川于微小面积上的表而温度以及 快速变化的动态温度测量。热电极材料的选取性能稳定温度测量范围广物理化学性能稳定导电率要高，并且电阻温度系数要小材料的机械强度耍高，复

11、制性好、复制工艺简单，价 格便宜匸程用热电偶材料应满足条件：热电势变化尽量人， 热电势打温度关系尽暈接近线性关系，物理、化学性 能稳定，易加工，复现性好，便丁成批生产，有良好 的互换性。国际电工委员会（1EC）向世界各国推荐8种标准 化热电偶（已列入工业标准化文件屮，具有统-的分 度表）O我国已采JIJIEC标准生产热电偶，并按标准分 度表生产与之相朮的显示仪表。热电At；檸MA热电 ffMtt 俺 1*1, Amu.Bo+ iToorJHH %化性代M中niL潮Ut WA6电nu.金冷*. M水T(ttriS0 + leoov ifiHj rxfttt- *t屮*tt ft电ntttt疋.M

12、氧Ml* A個$认竝仪 Wt) h%林电戍用 FMllMM.*K200 + IWV (All)iil) 利中ft气K屮Mfi. tt范wni.博电劝关ft Jdixnn. A电Q牛人、繚 eiirrUttiB. svm他. niut a金M吳电n中竹tttte定n神.KU-W介 *MtSA- 令G-200 + 9oor Itil)ifi用j*EK（n咸n气釈屮Mu 地动追电4火.Uiirn 好.*復必tt-ffiffiL.IHHA- 金J-200 + TC (屮H)jHj r-jcKtt人.U次TEP始电fl.M 心地 ftKttVUt-W-liiWMMKGT-200 - + 350C (UI

13、)越HH论K件忆MH(A. wHt flt-200 -orimk 蜡电M心址MKttVUt-当热端温度为f时，分度表所对应的热电势勺8(人0)与 热电偶实际产牛的热电势e,BW2,间的关系可根据中间温 度定律得到下式：幺朋(人 )=丘4(力()+族 B() 9 )ill此可见，幺八8(0，0)是冷端温度0的函数，因此需要对热 电偶冷端温度进行处理。热电偶一般做得较短，一般为3502000mm。在实际测温时，需要把热电偶输岀的电势信号传输到 远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表, 这样，冷端温度S比较稳定。解决莎枚: 度范围内, 电特性。口申卿-稀洲整舷。在0io(rc温 逻求补偿导线

14、1酣热电偶具有相同的热 t乙BB线亡WftttM-1H 介 ftW(W的分ft畑6IX. -tAffi加IIV： W-ttMANK 恪-tt恪n-nW-ME1HM-W帝用补褛导线在实验室及粘密测量屮，通常把冷端放入(TC恒温器 或装满冰水混合物的容器屮，以便冷端温度保持0C。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。G）令踹温度修正法当冷端温度5不等J：oc,需要对热电偶冋路的测暈电 势值引B（A心）加以修正U当工作端温度为r时，分度表可 查 朋（，）与 SB（b）。根据小间温度定律得到:0佔（匚）= 0佔（）+亦（心）例子（30, 0）川線倂镰硅热电偶测暈加热炉温度。已知冷端温度 3（r

15、C，测得热电势引B0）为33.29mV,求加热炉 温度。解：查铢铭铢硅热电他分度表得务31.203 mVo 可得eAB（/，0） =5曲0）+务8（b0）=3329+l203=34493mV白铢倂/臬硅热电偶分度表得匸829.89 OR、.皿R2巒*_ 4（心屮）（I+各拠+和JR八特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能 是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热 电偶正向串联，可获得较人的热电势输出和提高灵墩度;在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联：利用热电偶并联町以测量平均温度。1显仪农B BAAEt =為（Wo）一為do） =测量平旳锻度C幷联戎正向事联丿优点：热电动势大，

16、仪表的灵敏度大 大增加，且避免了热电偶并联线路存 在的缺点，町立即叮以发现有断路。缺点：只要有一支热电偶断路，梏个 测温系统将停“：工作。爲 6+ Ej 耳 Eg,。)* u(Lfu)8.1.5热电偶的应用= (/,+r,+i,3/o) = (/,+G + GJp)8-2热电阻传感彖常用炉温测量控制系统如图所示奄伏定值器给出给泄温度的相应毫伏 值，热电偶的热电势与迩值器的毫伏值郴比钱，若有偏蕩则农示炉温偏 离给定值，此偏差经放人器送入调节器，再经过晶闸管触发器推动晶闸 管执行器來调鞭电炉丝的加热功率，克到偏羌被消除.从而实现控制温 度。热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化 的原理进行

17、测温的。热电阻广泛用来测量一20085(rc范围内的温度，少 数悄况卜，低温町测量至1K,高温达lOOOCo标准釦电阻 温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。热电险的结构电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷数 料支架L支架起支撑和绝缘作用。-具有尽可能人和稳泄的电阻温度系数和电阻率-f关系最好成线性-物理化学性能稳总-容易加1乙价格尽S便宜等。冃前最常川的热电阻冇钳热电阻和铜热电阻。(1)铸热亀阻钳热电阻的特点是;m度高、稳定性好、性能可靠，所以 在温度传感器中得到了广泛应用。按lEC标准，釦热电阻的使用温度范围为200850C。 钳热电阻的特性方程为：在2000C

18、的温度范围内R产Ro El +AZ+BZ2+CZ(/-100)在()850C的温度范围内 =心(1+如+皿2)在ITS-9()屮，这些常数规定为43.97 X 0-13/匸B=-5.85X 10讥2C=4.22X10J2心4 町见：热电阻在温度r时的电阻值与OC时的电阻值有关。H前我国规定工业用to热电阻有心=10（2和&）=1 （）（）0两种， 它们的分度号分别为Pg）和Piiw其屮以Pl|（）o为常用。釦热电 阻不同分度号亦有相应分度表，即的关系表，这样在实际 测暈中，只要测得热电阻的阻值/?，便町从分度表上杏出对应 的温度值。rlIOoc钳电阻分度表a度0102。30403。6。708。

19、90电 la/n2X)】& 49-IX)60. 2556. 1952, 1148.0043.8739,7135, 5331.3227. 0822. 800100- 0096 0992. 1686. 2284 2780.5176, 3372. 336& 3364. 300iOO- 00103. 90107. 79111-67115.54119.10123, 24127- 07130.89134. 7010)13& SO142, 29146.06149. 82153.58157. 31161.04164.7616& 46172. 1620)175.84179.51183.1718& 82190.4

20、5194-37197. 6920b 29204. 88208. 45303212. 02215-57219. 12222 65226. 17229.57233. 17236 65240. 13243. 59403247. 04250. 48253. 90257. 32260. 72264.11267, 49270-86274. 22277 56509280, 90284. 22287-53290. 8329411297.39300. 65303.91307. 15310. 38600313. 59316. 80319.99323.18326 35329.51332. 66335.79338.

21、92342. 03700345. 1334& 22351.30354. 37357, 37360-47363 50366. 52369. 53372.52800375. 5137& 4838b 45384.40387, 34390.26分度号,卩5。(2)鋼热电阻 在一些测量楮度要求不高且温度较低的场合,町采用铜热 电阻进行测温，它的测量范围为-501509。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系儿乎是线 性的，可近似地表示为R,=R（i （ 1+ctZ）a=4.28X10VC两种分度号：Cu5o(&)=5()和Cu师(/?o=lOOQ) O温度0102030405060708090/C电阻

22、/a-050- 0047. 8545. 7043.5541.4039. 24050, 0052.1445 2856.425& 5660, 7062, 8464.9867. 1269, 2610071-4073.5475-6877. 8379.9882.13铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价 格便宜。缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯 性较大，稳定性较差，在were以上时容易氧化, 因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥 电路。热电阻吗检测仪表相隔一段距离，因此热电阻的 引线対测暈结果冇较大的影响。热电阻内部引线方式冇二线制、三线制和四线制三种。