2.3热电偶式温度传感器（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

课题一 温度传感器 课题二 电阻式温度传感器 课题三 热电偶式温度传感器 2024/1/4 1 模块二 温度的测量 模块二 温度的测量 温度是一个最基本的物理量，温度传感器是开发最早，应用最广的一类传感器。温度传感器广泛应用于日常生活与工业生产的温度控制中，如大家熟知的饮水机、冰箱、冷柜、空调、微波炉等制冷、制热产品都需要进行温度测量进而实现温度控制；汽车发动机、油箱、水箱的温度控制，化纤厂、化肥厂、炼油厂生产过程的温度控制，冶炼厂、发电厂锅炉温度的控制等也需要温度传感器提供控制依据。 2024/1/4 2 课题三 热电偶式温度传感器 ◆ 知识点 ¤　学习热电偶的工作原理 ¤　了解常用热电极材料的类型、性能特点及其适用场合 ◆ 技能点 ¤　掌握热电偶的使用、测量方法 [任务导入] 在轧钢过程中，钢坯的轧制温度是关键的工艺参数之一，钢坯温度控制的好坏，将直接影响产品的质量，有效控制加热炉内的温度是控制产品质量的措施之一。 　　某钢厂近几批钢坯质量均不符合要求，被质量部门要求返工。车间工艺员小江仔细研究工艺参数，发现本批次钢坯要求温度较高： 950±10℃，高温下温度传感器外壳容易氧化，传热性差，导致温度测量误差较大。针对轧钢工艺钢坯温度的控制标准，认为温度参数控制误差大是出次品的原因之一，应请维修部来检修或更换温度传感器。 【任务分析】 　 1 轧钢温度较高（在650~1000℃），热敏电阻温度传感器无法使用，铂电阻温度传感器无法长期使用。 2 在该温度测量范围，通常使用热电偶温度传感器温度测量，而且要根据使用环境定期更换传感器。 热电偶温度传感器种类、结构多种多样，要根据使用环境正确选择。如何使用热电偶温度传感器测量温度，如何判断温度传感器是否出现故障？ 【相关知识】 一、热电偶的工作原理 热电偶是由两种不同材料的金属导体丝或半导体组成。将两根不同材料的金属丝一端焊接在一起，作为热电偶的测量端，另一端与测量仪表相连，通过测量热电偶的输出电势，即可推算出所测温度值。。 　　热电偶的工作原理建立在导体的热电效应上。当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图2-3-4），只要两结点处的温度不同，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。  图2-3-4 热电偶回路 　　这种现象称为“热电效应”，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，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”。 根据理论推导和实践经验，我们可以得出如下结论：        热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势只与两接点的温度有关。当冷端温度恒定，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。因此，我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。 同时，热电偶还遵循以下几个的基本定律： 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。  2.中间导体定律 　　 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。 　 　如图2-3-5，在热电偶回路中接人第三种导体C。导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度相同，都为t0，则回路中的总电动势是不变的。 图2-3-5 热电偶中接入第三种导体 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，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。 3.标准电极定律 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已知。 如图2-30所示，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得： 图2-30 三种导体