传感器原理及应用技术 第7章 热电式传感器.pptVIP

传感器原理及应用技术（第2版） 第7章 热电式传感器及其应用 7.1 热电偶原理、结构及其应用 7.2 热电阻传感器及其应用 7.3 热敏电阻及其应用 小 结 7.1 热电偶原理、结构及其应用 7.1.1热电偶测温的基本原理 7.1.2 热电偶的结构和种类 7.1.3 热电偶的冷端温度补偿 7.1.4 热电偶的测量线路 7.1.1热电偶测温的基本原理 1. 热电效应 将两种不同导体A、B连成闭合回路，且两节点的温度Ｔ、Ｔ0不同，则回路内将有电势产生，这种现象叫做热电效应，回路内的电势称为热电动势，简称热电势。 产生热电势的主要原因： 两金属A、B内电子密度nA、nB不同，当两金属A、B形成节点时，由于节点两侧存在电子密度差而发生电子扩散，使一侧失去电子带正电荷，另一侧得到电子带负电荷，最终节点两侧形成稳定的电动势。 热电偶的热电势近似为： 2. 热电偶基本定律 ① 只有由不同导体组成的热电偶，其两节点的温度不同时，回路内才有热电势产生。热电势的大小只与两热电极材料的性质及两节点的温度有关，而与热电极的形状，大小无关。 ② 中间导体定律：在热电偶中插入第三种材料，只要插入材料两端的温度相同，对热电偶的总热电势没有影响。 ③ 中间温度定律：热电偶两节点温度为(t、t0)时的电动势等于该热电偶在节点温度为(t、tn)及(tn、t0)时的热电势与之和。即： 7.1.2 热电偶的结构和种类 （1）普通型热电偶（工业装配式热电偶） 一般由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。 （2）铠装式热电偶（缆式热电偶） 此种热电偶是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型，经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。 （3）薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶。它的测量端既小又薄，热容量很小，动态响应快，可用于微小面积上测量温度，以及测量快速变化的表面温度。 （4）表面热电偶 主要用于测量各种固体表面（如金属块、炉壁、涡轮叶片等）的温度。 （5）浸入式热电偶（消耗型热电偶或快速热电偶） 主要用于测量钢水、铝水以及其他熔融金属的温度。 7.1.3 热电偶的冷端温度补偿 由热电偶测温原理，热电偶的热电动势的大小不仅与测量端的温度有关，还与冷端温度有关。只有当冷端温度保持不变时，热电势才是测量端温度的单值函数。热电偶分度表及配套的显示仪表都要求冷端温度恒定为0℃，否则将产生测量误差。然而在实际应用中，由于热电偶的冷、热端距离通常很近，冷端受热端及环境温度波动的影响，温度很难保持稳定，保持0℃就更难。因此必须采取措施，消除冷端温度波动及冷端不为0℃时所产生的误差，即需进行冷端温度补偿。 1. 补偿导线 当测温仪表与测量点距离较远时，为节省热电偶的材料，通常使用补偿导线。补偿导线由两种不同性质的廉价金属材料制成，在一定温度范围内（0～100℃），与所配接的热电偶具有相同的热电特性，起着延长热电偶冷端的作用。 2. 冷端温度补偿 热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表，其分度都是指热电偶冷端处在0℃时的电动势，因此在实际测量中，应使冷端保持在0℃，如果冷端不是0℃， 则需要用中间温度定律进行补偿。 冷端温度补偿的方法主要有以下几种。 计算修正法 机械零位调整法 冰浴法 冷端补偿器法（补偿电桥法） 补偿热电偶法 7.1.4 热电偶的测量线路 1. 测量单点温度的基本测温线路 2. 测量两点之间温差的测温线路 3. 测量平均温度的测温线路 4. 测量几点温度之和的测量线路 7.2 热电阻传感器及其应用 7.2.1 常用的热电阻传感器及其性能 7.2.2 热电阻传感器的结构形式 7.2.3 热电阻传感器的测量线路 7.2.1 常用的热电阻传感器及其性能 热电阻主要是利用金属材料的阻值随温度升高而增大的特性来测量温度的。温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大，宏观上表现出电阻率变大，总电阻值增加。 热电阻传感器主要用于中、低温度（–200～650℃或850℃）范围的温度测量。常用的工业标准化热电阻有铂热电阻、铜热电阻和镍热电阻。 1. 铂热电阻 铂热电阻主要用于高精度的温度测量和标准测温装置。 2. 铜热电阻 如果测量精度要求不是很高，测量温度小于150℃时，可选用铜热电阻，铜热电阻的测量范围是–50～150℃。 3. 镍热电阻 镍热电阻的测温范围为–100～+300℃，它的电阻温度系数较高，电阻率较大，但它易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，非线性较大，因此目前应用不多。 7.2.2 热电阻传感器的结构形式 1. 普通热电阻 热电阻传感器