模块六 热电偶传感器-1（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西南交大版）

模块六 热电偶传感器 本章学习的主要内容有: 1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、掌握热电偶的工作原理，熟悉热电偶的分类及特点； 3、掌握热电偶的冷端补偿及方法，了解热电偶的应用及配套仪表。 1/4/2024 1 一、温度测量的基本概念 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！ 低温 高温 1/4/2024 2 二、温标 1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标（℃）、华氏温标（ºF）、热力学温标（ºK）等。 Θ=1.8t+32 T=t+273.15 1/4/2024 3 几种温标的对比 正常体温为37 C ，相当于华氏温度多少度？ 1/4/2024 4 热力学温标（K） 热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K） 。 威廉·汤姆逊·开尔文勋爵像 1/4/2024 5 1990国际温标(ITS-90) 从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01C）等。 1/4/2024 6 三、温度测量及传感器分类 按照用途可分为基准温度计和工业温度计； 按照测量方法又可分为接触式和非接触式； 按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等； 按输出方式分，有自发电型、非电测型等。 1/4/2024 7 介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案变得清晰可辨 1/4/2024 8 变色涂料在电脑内部温度中的示温作用 CPU散热风扇 低温时显示蓝色 温度升高后变为红色 1/4/2024 9 体积热膨胀式 不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。 1/4/2024 10 红外温度计 1/4/2024 11 热电阻及热敏电阻 热敏电阻 铜热电阻传感器 1/4/2024 12 热电偶 测温仪 1/4/2024 13 1/4/2024 14 热电偶可直接测量各种生产过程中的液体、蒸汽、气体介质及固体表面测温。测量范围极大，它适用于炼钢炉、炼焦炉、热处理炉等，也可用于液态氢、液态氮等低温测量。 热电偶测温的主要优点 1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达1800C以上； 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。 1/4/2024 15 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极A 右端称为：自由端（参考端、冷端） 单元一 热电偶传感器的工作原理 左端称为：测量端（工作端、热端） 热电极B 热电势 A B 1/4/2024 16 从实验到理论：热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？） 。 显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。 1/4/2024 17 微观解释及图形符号 不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。 自由电子 ＋ A B eAB（ T ） T 1/4/2024 18 热电偶产生热电势等于热端接触热电势与冷端接触热电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T ）- eAB （ T0 ） 热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比。当T0恒定时 ， EAB（T，T0）= eAB （ T ）-C，热电势即为热端温度的单值函数。 1/4/2024 19 结论： 1）两结点温差越大，热电势越大； 2）必须由两种不同材料才能构成