精品中职 《传感器与检测技术 》教学课件项目08 热电偶的应用

传感器与检测技术 1 任务 热电偶在温度检测中的应用 项目八 热电偶的应用 目 录 　　1. 了解热电效应。 　　2. 了解热电偶的材料和通用热电偶。 　　3. 正确完成热电偶测量温度的电路接线。 学习重点 项目八 热电偶的应用 　　1.热电效应及热电偶的测温原理 　　当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，如图所示。 热电偶回路 一、热电偶的工作原理 任务一 热电偶在温度检测中的应用 其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。　　 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 2.热电偶的基本定律 　　（1）均质导体定律 　　如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。　　 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 （2）中间导体定律 　　在热电偶回路中，接入第三种导体C，只要该导体两端温度相同，那么接入导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。即在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。热电偶的这种性质在实际应用中有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 （3）参考电极定律 　　如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可以通过式求出。利用这个定律，可以大大简化热电偶选配电极的工作。 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 （4）中间温度定律 　　热电偶在两接点温度T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时的相应热电动势的代数和。 　　如图所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为 ，那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为 　 　　上式就是中间温度定律的表达式。 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 　　热电偶中间温度定律示意图 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 　　中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明：　若热电偶的热电极被导体延长，只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。 任务一 热电偶在温度检测中的应用 一、热电偶的工作原理 　　从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足：　热电性质稳定； 　　物理性质、化学性质稳定； 　　热电势随温度的变化率要大；热电动势与温度尽可能成线性对应关系；具有足够的机械强度；复制性和互换性好等要求。目前国际公认的通用热电偶材料只有几种，见下表。 二、热电偶材料 任务一 热电偶在温度检测中的应用 　　热电偶材料 二、热电偶材料 任务一 热电偶在温度检测中的应用 　　热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500℃以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。 　　1. 普通型热电偶 　　普通型热电偶主要由热电偶、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。其结构如图所示。 三、热电偶的结构 任务一 热电偶在温度检测中的应用 　　普通型热电偶结构 三、热电偶的结构 任务一 热电偶在温度检测中的应用 　　贵重金属热电极的直径一般为0.3～0.65 mm，普通金属热电极的直径一般为0.5～3.2 mm；热电极的长度由安装条件和插入深度而定，一般为350～2 000 mm。 　　绝缘管用于防止两根电极短路，保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤。 　 三、热电偶的结构 任务一 热电偶在温度检测中的应用 　　2. 铠装型热电偶 　　铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的。其结构如图所示。金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等。保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常