傳感器_章熱電式傳感器第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六

7.2熱電偶傳感器熱電阻與熱電偶的區(qū)別第一，信號(hào)的性質(zhì)不同，溫度的變化，使熱電阻產(chǎn)生電阻值變化；使熱電偶產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化。第二，檢測(cè)的溫度范圍不一樣，熱電阻是低溫檢測(cè)（0-150度），熱電偶是高溫檢測(cè)（0-1000度）。第三，從材料上分，熱電阻是一種金屬材料，熱電偶是雙金屬材料。第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六7.2熱電偶傳感器一、工作原理——熱電效應(yīng)兩種不同材料A、B組成閉合回路，兩節(jié)點(diǎn)AB1，AB2

處于不同溫度T和T0，回路中形成一熱電勢(shì)和相應(yīng)的熱電流i，該現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)7.2.1熱電偶工作原理及其工作定律熱電勢(shì)由兩部分組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六1.接觸電勢(shì)EAB(T)——A、B兩種金屬在溫度T時(shí)的接觸電勢(shì)；接觸電勢(shì)的大小與溫度T高低及兩種導(dǎo)體中的電子密度NA、NB間差異有關(guān)。TEAB(T)+－BANANB1、接觸電勢(shì)——兩種材料之間第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六2.溫差電勢(shì)

——同一材料兩端EA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0——高低端的絕對(duì)溫度；

AEA(T,To)TT0第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六3.回路總電勢(shì)EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)＋EA(T,T0)－EB(T,T0)

考慮溫差電勢(shì)較接觸電勢(shì)可忽略不計(jì),有：EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六

二、熱電耦工作定律（一）均質(zhì)導(dǎo)體定律

——構(gòu)成熱電偶的基本定律（二）中間導(dǎo)體定律

——熱電偶測(cè)量的基本定律（三）連接導(dǎo)體定律

——電路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線節(jié)約貴金屬（四）中間溫度定律

——計(jì)算修正的依據(jù)（五）參考電極定律

——熱電偶選配依據(jù)第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六(一)均質(zhì)導(dǎo)體定律（1）由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；TT0AA熱端冷端TT0AB熱端冷端反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（2）當(dāng)材料（A，B）一定時(shí)，熱電勢(shì)僅與熱電偶兩端點(diǎn)溫度有關(guān)：EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)若使EAB(T0)=C時(shí)，則：EAB(T，T0)=EAB(T)－C＝f(T)

即熱電勢(shì)為熱端溫度T的單值函數(shù)，這就是熱電偶測(cè)溫原理TT0AB熱端冷端第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（二）中間導(dǎo)體定律1）一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。＝0E總＝EAB(T)＋EBC(T)＋ECA(T)

三個(gè)接觸點(diǎn)溫度相同第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六2）將A、B構(gòu)成的熱電偶的T0端斷開，接入第三種導(dǎo)體C，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，接入導(dǎo)體C后對(duì)回路總電動(dòng)勢(shì)無影響。EABC(T，T0)＝EAB(T)＋EBC(T0)＋ECA(T0)＝EAB(T)－EAB(T0)EABC(T，T0)＝EAB(T，T0)

等溫區(qū)接入導(dǎo)體不影響總電動(dòng)勢(shì)第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六圖示：第三種材料接入熱電偶回路的兩種情況圖b，在材料A中加入第三導(dǎo)體C，使C兩端點(diǎn)溫度相同為T2，不影響原回路總電勢(shì)。EAB(T1,T0)=EAB(T1)-EAB（T0）T0T123ABEABT2CT0(c)圖c，在AB右節(jié)點(diǎn)加入第三導(dǎo)體C，不影響原回路總電勢(shì)。EAB（T1,T0）=EAB（T1）-EAB（T0）(b)T0T1ABCEABAT2T2(a)T0T1BAEAB第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六意義：可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等。第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六(三）連接導(dǎo)體定律EABB’A’（T，Tn，T0）＝EAB（T）＋EBB’（Tn）＋EB’A’（T0

）＋EA’A（Tn）＝EAB（T）＋EB’A’（T0

）＋EBB’（Tn）－EAA’（Tn）在熱電偶回路中，接入連接導(dǎo)線A’、B’

，各接點(diǎn)溫度為：TTnT0則回路總電勢(shì)為EBA（

T0）00是運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)溫的理論基礎(chǔ)第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)用：補(bǔ)償導(dǎo)線原理引入與A、B同樣熱電特性的材料(即補(bǔ)償導(dǎo)線)A′、B′則回路總電動(dòng)勢(shì)不變，仍為EABB’A’（T1，Tn，T0）≈EAB(T1)–EAB(T0)=EAB

(T1，T0)

即：接入AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度Tn如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。B’’ABT1TnTnA’ET0例第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線知識(shí)由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。

第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六補(bǔ)償導(dǎo)線類型1延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱延長(zhǎng)型導(dǎo)線，其合金絲的名義化學(xué)成分及熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同。2.補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱補(bǔ)償型導(dǎo)線，其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電動(dòng)勢(shì)值在0～100℃或0～200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相同。

第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（四）中間溫度定律對(duì)于材料A、B，若已知熱電勢(shì)EAB(T1,T0)、EAB(T0,T2)B

T0

T1

AABBAT2

則：EAB（T1,T2）=EAB（T1,T0）+EAB（T0,T2）或：EAB（T1,T2）=EAB（T1,T0）－EAB（T2,T0）第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)用：熱電偶分度表在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。表分度表中，參考端溫度為:0攝氏度

當(dāng)冷端溫度T00℃時(shí)，EAB(T，T0)是熱電偶熱端T對(duì)于0℃和冷端T0

對(duì)于0℃時(shí)的熱電勢(shì)之差

BAB(T，T0)＝EAB(T，0）－EAB(T0

，0)第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六熱電勢(shì)單位：V第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六例1例2第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六例：用分度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500℃，而這時(shí)冷端溫度為60℃。試問：實(shí)際溫度應(yīng)T為多少？E（60，0）

E（T，60）60℃

TE（T，0）0℃＝E（500，0）＝2.436mv＝23.076mv＝E（557，0）＝20.64mvE（T，0）＝E（T，60）＋E（60，0）T為557℃表1表2第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20℃，此時(shí)顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？顯示儀表指示值應(yīng)為538.4℃。

顯示誤差為18.6℃E（557，0）0℃E（0，20）

557℃E（557，20）20℃＝E（538.4，0）＝－0.798mV＝23.076mv＝22.278mV＝E（T，0）E(557，20）=E（557，0）－E（20，0）表1表2第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六(五）參考電極定律如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，T0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CBT0TEAB(T,T0)AB它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：EAB（T,T0）=EAC（T,T0）－EBC（T,T0）第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六意義：方便熱電偶的配選工作。由各種材料A、B與標(biāo)準(zhǔn)電極C（鉑）組成的熱電偶分度表，可求出任何二種材料電極A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)。在工藝制作上，大大方便了熱電偶的配選工作。第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六例題3：銅-鉑構(gòu)成熱電偶在（100℃，0）下熱電動(dòng)勢(shì)為0.75mV；康銅-鉑構(gòu)成熱電偶在（100℃，0）下熱電動(dòng)勢(shì)為－3.35mV；問銅-康銅構(gòu)成熱電偶時(shí)在（100℃，0）下熱電動(dòng)勢(shì)為多少？

0℃100℃銅鉑E銅-鉑(100,0)＝0.75mV鉑康銅E康銅-鉑(100,0)＝－3.35mVE銅-康銅(100,0)康銅銅＝4.10mV第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六7.2.2熱電偶傳感器一、熱電偶材料1、熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)?。槐阌谥圃?；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六2、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶。有相應(yīng)的分度表、線性化集成電路。有與其配套的顯示儀表可供選用。我國從1991年開始采用（ITS-90）新標(biāo)準(zhǔn)，共有八種標(biāo)準(zhǔn)化了的通用熱電偶B、R、S、K、N、E、J、T，寫在前面的熱電極為正極，寫在后面的為負(fù)極。第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六八種國際通用熱電偶特性表名稱分度號(hào)測(cè)溫范圍/C100C時(shí)的熱電勢(shì)/mV1000C時(shí)的熱電勢(shì)/mV鉑銠30-鉑銠6B5018200.0334.834鉑銠13-鉑R-5017680.64710.506鉑銠10-鉑S-5017680.6469.587鎳鉻-鎳硅K-27013704.09641.276鎳鉻硅—鎳硅N-27013002.74436.256鎳鉻—銅鎳（康銅）E-2708006.319—鐵—銅鎳（康銅）J-2107605.269—銅—銅鎳（康銅）T-2704004.279—第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六熱電偶產(chǎn)品型號(hào)第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（1）普通熱電偶（2）薄膜熱電偶二、熱電偶的結(jié)構(gòu)第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（3）鎧裝熱電偶將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管加工成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，經(jīng)復(fù)合拉伸后形成的熱電偶；細(xì)：一般直徑為1～8mm；長(zhǎng)：長(zhǎng)度一般為1～20m；第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六（4）表面熱電偶溫度計(jì)凸型：固體平面溫度測(cè)量

2.弓型

：固體圓形、球形表面溫度測(cè)量3.針形：導(dǎo)電固體表面溫度測(cè)量

第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六熱電偶產(chǎn)品熱電偶、熱電偶插件、溫度變送器第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六安裝形式第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六熱電偶溫度計(jì)第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六三、熱電偶的溫度補(bǔ)償原因?yàn)楸ＷC輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度T的單值函數(shù)，必須使冷端溫度T0保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度＝0℃為依據(jù)。方法：

0℃恒溫法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六1、0℃恒溫法（冰點(diǎn)槽法）把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T0第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六修正值2、修正值2.計(jì)算修正法以普通室溫為參考端實(shí)際溫度Tn，利用公式計(jì)算EAB(T,0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)1、測(cè)得值3、查表值第四十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期六3.補(bǔ)正系數(shù)法參考端實(shí)際溫度tn乘上系數(shù)k，加到由EAB(t，tn)＝EAB(t1，0)查分度表所得的溫度上t1，成為被測(cè)溫度t。用公式表達(dá)即