传感器47章热电式传感器.ppt
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1、传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿传感器技术及应用传感器技术及应用机械机械0920112012第二学期第二学期2012年年3月月传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理
2、-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿7.2热电偶传感器热电偶传感器l热电阻与热电偶的区别热电阻与热电偶的区别l第一,信号的性质不同,温度的变化,第一,信号的性质不同,温度的变化,使热电阻产生电阻值变化;使热电偶产使热电阻产生电阻值变化;使热电偶产生感应电压的变化。生感应电压的变化。l第二,检测的温度范围不
3、一样,热电阻第二,检测的温度范围不一样,热电阻是低温检测(是低温检测(0-150度),热电偶是高温度),热电偶是高温检测(检测(0-1000度)。度)。l第三,从材料上分,热电阻是一种金属第三,从材料上分,热电阻是一种金属材料,热电偶是双金属材料。材料,热电偶是双金属材料。传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电
4、偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿7.2热电偶传感器热电偶传感器一、工作原理一、工作原理热电效应热电效应l两种不同材料两种不同材料A、B组成闭合回路,组成闭合回路,l两节点两节点AB1,AB2处于不同温度处于不同温度T和和T0,l回路中形成一回路中形成一热电势热电势和相应的热电流和相应的热电流i,该现象称为该现象称为热电效应热电效应7.2.1 热电偶工作原理及其工作定律热电偶工作原理及其工作定律热电势热电势由两部分组成:由两部分组成:温差电势温差电势和和接触电势接触电势。传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热
5、电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿1.接触电势lEAB(T)A、B两种金属在温度两种金属在温度T 时的时的接触电势;接触电势;l接触电势的大小与接触电势的大小与温度温度T高低及高低及两种导体两种导体中的电子密度中的电子密度NA、NB间差异有关。间差异有关。TEAB(T)+BANAN
6、B1、接触电势、接触电势两种材料之间两种材料之间传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿2.温差电势温差电势同一材料两端同一材料两端lEA(T,T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势;时形成的温差电
7、动势;lT,T0高低端的绝对温度;高低端的绝对温度;AEA(T,To)TT0传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿3.回路总电势回路总电势EAB(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)l考
8、虑温差电势较接触电势可忽略不计考虑温差电势较接触电势可忽略不计,有:有:EAB(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿二、热电耦工作定律二、热电耦工作定律(一)(一)均质导体定律均质
9、导体定律构成热电偶的基本定律构成热电偶的基本定律(二)(二)中间导体定律中间导体定律热电偶测量的基本定律热电偶测量的基本定律(三)(三)连接导体定律连接导体定律电路中应用补偿导线节约贵金电路中应用补偿导线节约贵金属属(四)(四)中间温度定律中间温度定律计算修正的依据计算修正的依据(五)(五)参考电极定律参考电极定律热电偶选配依据热电偶选配依据传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电
10、极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿(一一)均质导体定律均质导体定律(1)由一种均质导体组成的闭合回路,不论其)由一种均质导体组成的闭合回路,不论其导体是否存在温度梯度,回路中没有电流导体是否存在温度梯度,回路中没有电流(即即不产生电动势不产生电动势);TT0AA热端热端冷端冷端TT0AB热端热端冷端冷端反之,如果有电流流动,此材料则反之,如果有电流流动,此材料则一定是非均质的,一定是非均质的,即即热电偶必须采用两种不同材料作热电偶必须采用两种不同材料作为电极。为电极。
11、传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿(2)当材料()当材料(A,B)一定时,)一定时,热电势热电势仅与热电偶两端点温度有关:仅与热电偶两端点温度有关:EAB(T,T0)=EAB(T)EAB(T0)若使若使EAB(T0)
12、=C时时,则:,则:EAB(T,T0)=EAB(T)Cf(T)l即即热电势为热端温度热电势为热端温度T的单值函数的单值函数,这就是这就是热电偶测温原理热电偶测温原理TT0AB热端热端冷端冷端传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的
13、温度补偿(二)中间导体定律(二)中间导体定律1)一个由)一个由几种几种不同不同导体材料导体材料连接连接成的闭合回路,只要它们彼此连接成的闭合回路,只要它们彼此连接的的接点温度相同接点温度相同,则此,则此回路回路各接点各接点产生的产生的热电势热电势的代数和的代数和为零为零。0E总总EAB(T)EBC(T)ECA(T)三个三个接触接触点温点温度相度相同同传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度
14、表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿2)将)将A、B构成的热电偶的构成的热电偶的T0端断开,端断开,接入第三种导体接入第三种导体C,只要保持第三导体,只要保持第三导体两端温度相同,接入导体两端温度相同,接入导体C后对回路总后对回路总电动势无影响。电动势无影响。EABC(T,T0)EAB(T)EBC(T0)ECA(T0)EAB(T)EAB(T0)lEABC(T,T0)EAB(T,T0)等温等温区接区接入导入导体不体不影响影响总电总电动势动势传感器技术及应用传感器技
15、术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿图示:第三种材料接入热电偶回路的两种情况图示:第三种材料接入热电偶回路的两种情况l图图b,在材料,在材料A中加入第三导体中加入第三导体C,使,使C两端点温度两端点温度相同为相同为T2,不影响原回路总电势。,
16、不影响原回路总电势。lEAB(T1,T0)=EAB(T1)-EAB(T0)T0T123ABEABT2CT0(c)图图c,在,在AB右节点加入右节点加入第三导体第三导体C,不影响原,不影响原回路总电势。回路总电势。EAB(T1,T0)=EAB(T1)-EAB(T0)(b)T0T1ABCEABAT2T2(a)T0T1BAEAB传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热
17、电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿意义:意义:可以在热电偶回路中接入电位计可以在热电偶回路中接入电位计E,只,只要保证电位计与连接热电偶处的接点要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等。温度相等。传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感
18、器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿(三)三)连接导体定律连接导体定律lEABBA(T,Tn,T0)EAB(T)EBB(Tn)EBA(T0)EAA(Tn)EAB(T)EBA(T0)EBB(Tn)EAA(Tn)在热电偶回路中,在热电偶回路中,接入接入连接导线连接导线A、B,各接点温度为:各接点温度为:T Tn T0则回路总电势为则回路总电势为 EBA(T0)0 0是运用补偿导线进行测温的理论基础是运用补偿导线进行测温的理论基础传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原
19、理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿应用:补偿导线原理应用:补偿导线原理l引入与引入与A、B同样热电特性同样热电特性的的材料材料(即补偿导即补偿导线线)A、Bl则回路总电动势不变,仍为则回路总电动势不变,仍为lEABBA(T1,Tn,T0)EAB(T1)EAB(T0)=EAB(T1,T0)l即:接入即:
20、接入AB后后不管接点温度不管接点温度Tn如何变化,如何变化,都不影响总热电势。都不影响总热电势。这便是引入这便是引入补偿导线原补偿导线原理理。BABT1Tn TnAET0例例传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿热电偶补
21、偿导线知识热电偶补偿导线知识l由于热电偶由于热电偶的材料一般都比较的材料一般都比较贵重贵重(特别是采用贵金属时),而测温点(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的到仪表的距离都很远距离都很远,为了节省热电,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用偶材料,降低成本,通常采用补偿导补偿导线线把热电偶的冷端(自由端)把热电偶的冷端(自由端)延伸延伸到到温度比较稳定的控制室内,连接到仪温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。表端子上。传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律
22、连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿补偿导线类型补偿导线类型1延长型补偿导线延长型补偿导线又称延长型导线,其合金丝的名义又称延长型导线,其合金丝的名义化学成分化学成分及及热电动势标称值热电动势标称值与配用的热电偶与配用的热电偶相同相同。2.补偿型补偿导线补偿型补偿导线又称补偿型导线,其合金丝的名义又称补偿型导线,其合金丝的名义化学成化学成分分与配用的热电偶与配用的热电偶不同不同,但其热
23、电动势值在,但其热电动势值在0100或或0200时与配用热电偶的热时与配用热电偶的热电动势标称值相同电动势标称值相同。传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿(四)中间温度定律(四)中间温度定律l对于材料对于材料A、B,l
24、若已知热电势若已知热电势EAB(T1,T0)、EAB(T0,T2)B T0 T1 AABBA T2 则:则:EAB(T1,T2)=EAB(T1,T0)+EAB(T0,T2)或:或:EAB(T1,T2)=EAB(T1,T0)EAB(T2,T0)传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-热电效应热电效应工作定律工作定律均值导体定律均值导体定律中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律-补偿导线补偿导线中间温度定律中间温度定律-分度表分度表参考电极定律参考电极定律热电偶传感器热电偶传感器热电偶材料热电偶材料标准热电偶标准热电偶热电偶产品型号热电偶
25、产品型号热电偶结构热电偶结构热电偶的温度补偿热电偶的温度补偿应用:热电偶分度表应用:热电偶分度表l在工程应用中,常用实验的方法得出温在工程应用中,常用实验的方法得出温度与热电势的关系并做成表格,以供备度与热电势的关系并做成表格,以供备查。查。表表l分度表中,参考端温度为分度表中,参考端温度为:0摄氏度摄氏度 l当冷端温度当冷端温度T0 0时,时,EAB(T,T0)是是热电偶热端热电偶热端T对于对于0和冷端和冷端T0对于对于0时的热电势之差时的热电势之差lBAB(T,T0)EAB(T,0)EAB(T0,0)传感器技术及应用传感器技术及应用热电式传感器热电式传感器2热电偶热电偶 工作原理工作原理-
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