传感器与检测技术第10章-热电势传感器.pptx
《传感器与检测技术第10章-热电势传感器.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器与检测技术第10章-热电势传感器.pptx(78页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第10章 热电势传感器10.1 温度测量温度测量一、一、温度概述温度概述 1 温度与温标温度与温标温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度。随着科学技术的发展,对温度的测量越来越普遍,而且对温度测量的准确度也有更高的要求。温度是表征物体冷热程度的物理量。为了定量地描述温度的高低,必须建立温度标尺,即温标。温标就是温度的数值表示。第10章 热电势传感器历史上提出过多种温标,如早期的经验温标(摄氏温标和华氏温标),理论上的热力学温标等。当前世界通用的是1990年制定的国际温标(ITS-9
2、0),它同时定义了国际开尔文温度(符号T90)和国际摄氏温度(符号t90)。T90和t90之间的关系为在实际应用中,一般直接用T 和t 代替T90和t90第10章 热电势传感器2 温度测量的主要方法和分类温度测量的主要方法和分类(1)温度传感器的组成通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成,如下图所示。简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的,一般在现场使用。第10章 热电势传感器接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相接触,当被测温度与感温元件达到热平衡时,温度敏感元件与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单,工作可靠,精度高,稳定性好,价格低廉等优点。这类
3、测温方法的温度传感器主要有:基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度传感器,基于导体或半导体电阻值随温度变化的电阻式温度传感器,基于热电效应的热电偶温度传感器。接触式测量热传递原理。非接触式测量热辐射原理。(2)温度测量方法及分类第10章 热电势传感器非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关,并且以电磁波形式向四周辐射,当选择合适的接收检测装置时,便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号,实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触
4、式温度传感器的测量滞后和在温度范围上的限制,可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度,不干扰被测温度场,但精度较低,使用不太方便。第10章 热电势传感器二、二、膨胀式温度传感器膨胀式温度传感器根据液体、固体、气体受热时产生热膨胀的原理,这类温度传感器有液体膨胀式、固体膨胀式和气体膨胀式。1 液体膨胀式液体膨胀式它是利用液体受热后体积膨胀原理来测量温度的。常用的电接点式传感器。它有固定式和可调式两种。图10-4所示为可调电接点式温度计,其中一根铂丝接在毛细管下部固定处,另一根铂丝根据设定温度可以上下移动,当升至设定温度时,铂丝与水银柱接通,反之断开,这种既可指示,又能发出通断信号,常
5、用于温度测量和双位控制。第10章 热电势传感器2 固体膨胀式固体膨胀式固体膨胀式是以双金属元件作为温度敏感元件受热而产生膨胀变形来测温的。它由两种线膨胀系数不同的金属紧固结合而成双金属片,为提高灵敏度常作成螺旋形。图10-5所示为双金属温度计的结构示意图。螺旋形双金属片一端固定,另一端连接指针轴,当温度变化时,双金属片弯曲变形,通过指针轴带动指针偏转显示温度。它常用于测量-80600范围的温度,抗震性能好,读数方便,但精度不太高,用于工业过程测温、上下限报警和控制。第10章 热电势传感器3 气体膨胀式气体膨胀式气体膨胀式是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的,利用这种原理测温
6、的温度计又称压力计式温度计,如下图10-6所示。温包、毛细管和弹簧管三者的内腔构成一个封闭容器,其中充满工作物质(如气体常为氮气),工作物质的压力经毛细管传给弹簧管,使弹簧管产生变形,并由传动机构带动指针,指示出被测温度的数值。压力温度计结构简单、抗振及耐腐蚀性能好,与微动开关组合可作温度控制器用,但它的测量距离受毛细管长度限制,一般充液体可达20m,充气体或蒸汽可达60m。第10章 热电势传感器图106第10章 热电势传感器10.2 热电偶传感器热电偶传感器热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。它构造简单,使用方便,具有较高的准确度、稳定性及复现性,温度测量范围宽,在温度测量中占有重要的地位
7、。1.热电偶测温原理热电偶测温原理两种不同的导体(或半导体)组成一个闭合回路,如图所示。当两接点温度T和T0不同时,则在该回路中就会产生电动势。这种现象成为热电效应。该电动势称为热电动势。这两种不同的导体或半导体的组合称为热电偶。两个接点,一个称为工作端(热端),另一个称为自由端(冷端)。它所产生的热电势由两部分组成,即温差电势和接触电势。第10章 热电势传感器接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。接触电势的大小取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。其数值可用下式计算式中:K 为波尔兹曼常数;e 为单位电荷电量;NA(t)、NB(t)分别是导体A、B在温度为t时
8、的电子密度。第10章 热电势传感器温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。当同一导体的两端温度不同时,高温端的电子能量要比低温端的电子能量大,因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多,结果高温端因失去电子而带正电,低温端因获得多余的电子而带负电,因此,在导体两端便形成接触电势,其大小由下面公式给出:第10章 热电势传感器假设NANB,T T0,则热电偶回路中产生的总热电势为EAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)EAB(T0)EA(T,T0)(10-6)由于温差电势比接触电势小很多,可忽略,从而得EAB(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)(10-7
9、)对于已选定的热电偶,当参考端温度T0恒定时,EAB(T0)=C为常数,则总的热电动势就只与温度T 成单值函数关系,即EAB(T,T0)=EAB(T)C=f(T)此式表明,只要测量出EAB(T,T0)的大小,就可知道T,这就是热电偶的测温原理。第10章 热电势传感器实际应用中,热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来确定的。分度表是在参考端温度为0时,通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。用热电偶测温,还要掌握热电偶基本定律。下面引述几个常用的热电偶定律。2.热电偶基本定律热电偶基本定律(1)中间导体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,则对
10、回路的总热电势没有影响。证明如下:第10章 热电势传感器设接入第三种导体的回路如图10-8所示。由于温差电势可忽略不计,则回路中总热电势等于各接点的接触电势之和。即EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0)(10-9)当T=T0时,有EBC(T0)+ECA(T0)=EAB(T0)(10-10)将(1010)式代入(10-9)式中得E(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)=EAB(T,T0)(10-11)证毕第10章 热电势传感器(2)中间温度定律在热电偶测温回路中,设Tc为热电偶极板上某一点的温度。热电偶AB在接点温度为T、T0时的热电势EAB(T,T0)等于热电偶A
11、B在接点温度T、Tc和Tc、T0时的热电势EAB(T,Tc)和EAB(Tc,T0)的代数和(见图10-7),即: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。第10章 热电势传感器(3)均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路中,不论导体的截面和长度如何,各处的温度分布如何,都不能产生热电势。这条定理说明,热电偶必须由两种不同性质的匀质材料构成。且热电偶的热电势仅与两接点的温度有关,而与沿热电极的温度分布无关。如果热电偶的电极是非匀质导体,当导体上存在温差时,将会有附加电动势产生。从而造成测量误差。所以,热电极材料的均
12、匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。第10章 热电势传感器3.热电偶类型热电偶类型理论上讲,任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶,但为了准确可靠地测量温度,对组成热电偶的材料必须经过严格的选择。工程上用于热电偶的材料应满足以下条件:热电势变化尽量大,热电势与温度关系尽量接近线性关系,物理、化学性能稳定,易加工,复现性好,便于成批生产,有良好的互换性。目前国际上被公认比较好的热电偶材料只有几种。国际电工委员会(IEC)向世界各国推荐8种标准化热电偶,所谓标准化热电偶,它已列入工业标准化文件中,具有统一的分度表。我国从1988年开始采用IEC标准生产热电偶。表10-1为我国采用的几种热电偶的
13、主要性能和特点。第10章 热电势传感器表表101 标准化热电偶的主要性能和特点标准化热电偶的主要性能和特点第10章 热电势传感器第10章 热电势传感器表中所列的每一种热电偶中前者为热电偶的正极,后者为负极。目前工业上常用的有四种标准化热电偶,即铂铑30-铂铑6,铂铑10-铂,镍铬-镍硅和镍铬-铜镍(我国通常称为镍铬-康铜)热电偶,它的分度表见下表10-2至表10-5另外,目前还生产一些特殊用途的热电偶,以满足特殊测温的需要。如用于测量3800超高温的钨镍系列热电偶,用于测量2273K的超低温的镍铬-金铁热电偶等。第10章 热电势传感器表表102 S型(铂铑型(铂铑10铂)热电偶分度表铂)热电偶
14、分度表第10章 热电势传感器表表103 B型(铂铑型(铂铑30 铂铂6)热电偶分度表)热电偶分度表第10章 热电势传感器表表104 K型(镍铬型(镍铬 镍硅)热电偶分度表镍硅)热电偶分度表第10章 热电势传感器表表105 E型(镍铬型(镍铬 铜镍)热电偶分度表铜镍)热电偶分度表第10章 热电势传感器4.热电偶的结构形式热电偶的结构形式为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。(1)普通型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多,它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成,其结构如下图109所示。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹
15、连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。第10章 热电势传感器图图 109第10章 热电势传感器(2)铠装热电偶铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,如下图10-10所示。它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小,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,因此被广泛用在许多工业部门中。第10章 热电势传感器图图 1010第10章 热电势传感器(3)薄膜热电偶薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶,如下图10-1
16、1所示。薄膜热电偶的热接点可以做得很小(可薄到0.010.1m),具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,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。第10章 热电势传感器图图 10-11第10章 热电势传感器5.热电偶的补偿导线及冷端温度补偿方法热电偶的补偿导线及冷端温度补偿方法从热电偶测温基本公式可以看到,对某一种热电偶来说热电偶产生的热电势只与工作端温度t和自由端温度t0有关,即:EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)(10-13)热电偶的分度表是以t0=0作为基准进行分度的,而在实际使用过程中,参考端温度往往不为0,那么工作端温度为t 时,分度表所对
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 检测 技术 10 电势
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。