第2章温度传感器 《传感器技术 知识与应用》课件.pptVIP

2.4.4 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 普通型热电偶在工业上使用最多, 它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成，其结构如图2－11(a) 所示。按其安装时与设备的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。 图2-11(a) 普通型热电偶结构 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, 如图2-11(b)所示。 铠装热电偶的突出优点是挠性好，它可以做得很细很长, 使用中随需要能任意弯曲，可以安装在难以安装常规热电偶、结构复杂的装置上。铠装热电偶结构坚实，抗冲击和抗震性能好，能在高压及震动场合下使用。 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, 如图 2-12 所示。 薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.01~0.1μm）, 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。 1–热电极 2–热接点3–绝缘基板4–引出线 图2-12 薄膜热电偶传感器结构 2.4.5 热电偶的冷端处理方法 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) 而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, 分度表所对应的热电势EAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势EAB(t, t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式： EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 由此可知，要想利用分度表计算被测温度t，必须知道EAB(t0, 0) 。为此，在用热电偶测温时，需要对热电偶参考端温度进行处理。 1. 冷端温度修正法 由上面分析可知， EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 只要知道参考端温度t0，就可以从热电偶的分度表中查出修正值EAB(t0,0)。进而可计算出修正后的热电势EAB(t , 0), 最后可从分度表中查出被测实际温度t值。这种处理方法就叫做冷端温度修正法。 举例：用镍铬―镍硅（K型）热电偶测量某加热炉温度。已知冷端温度 ℃，测得热电势为38.107mV，求加热炉温度。 解：查镍铬—镍硅热电偶分度表2-9得 由上式得 查镍铬—镍硅热电偶分度表2-9得t=950℃。 2. 热电偶补偿导线 冷端温度修正法的关键是参考端温度t0要比较稳定。为此，需要把热电偶的冷端引到远离现场数十米的控制室里。而热电偶一般都做得比较短，为了不影响测量结果，根据中间温度定律，通常采用补偿导线来解决这个问题。补偿导线一般是由两种不同性质的廉价金属制成, 而且在0~100℃范围内，可与所配热电偶具有相同的热电特性。常用热电偶的补偿导线如表 2-10 所示 3. 参考端0℃恒温法 既然可以把冷端引到温度比较稳定的控制室里，显然，把冷端引到温度为0℃的恒温箱中效果会更好。这种方法就叫做参考端0℃恒温法，由于0℃是冰水混合物，故又称作冰浴法。如图2-14(a)所示。在实验室及精密测量中，通常采用此种方法。 4. 冷端温度自动补偿法（补偿电桥法） 冷端温度修正法虽然能解决冷端温度不为0℃的问题，但当冷端温度发生变化时仍然导致测量不准的问题。在工程应用环境里，冷端温度不变是相对的，变化是绝对的。为实现更精确的温度测量，一般采用冷端温度补偿电桥法解决这个问题。补偿电桥结构如图2-15所示。 它由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻r1、r2、r3及温度系数较大的铜丝绕制的铜热电阻rcu和稳压电源组成。 它是利用不平衡电桥产生的不平衡电压Uab作为补偿信号，来自动补偿热电偶因冷端温度不为0℃和变化而引起热电势变化的。 使用时，补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度里，当冷端温度t0变化引起的热电势