项目三 任务2 热电偶测温（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

项目三 温度和环境量检测 任务2 锅炉炉膛温度计的设计 1 1.了解热电偶传感器的测量原理 2.掌握热电偶传感器的应用 3.能够对热电偶传感器进行检测 任务目标 2 任务要求 设计一款锅炉炉膛温度计，要求能够实现温度范围为150～1300℃之间的锅炉炉膛温度的监测，并通过数码管进行显示。 3 知识链接 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的传感器。它是利用测温敏感元件的电或磁的参数随温度变化而改变的特性，将温度变化转换为电量变化达到测量温度的目的。主要包括热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结传感器。 热电式传感器 4 1、认识热电偶 热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。它的测温范围很广，常用的热电偶测温范围为－50℃～＋1600℃，某些特殊热电偶最低可测－270℃，最高可达＋2800℃。 认识一下 热电偶吧！ 知识链接 热电偶是使用较普遍的一种温度计，起源于1821年德国物理学家塞贝克发现的热电效应，至今已有180多年的历史。我国从1985年根据国际实用温标，规定了7种标准画的热电偶，我们在选择热电偶时与标准对接。 5 知识链接 热电极A 右端称为：自由端（参考端、冷端） 左端称为：测量端（工作端、热端） 热电极B A B 热电偶传感器的测温原理 A B 6 知识链接 热电极A 右端称为：自由端（参考端、冷端） 左端称为：测量端（工作端、热端） 热电极B 热电势 A B 热电偶传感器的测温原理 将 两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应.。 7 两种导体的接触电动势 A B 两种金属的自由电子密度分别为nA和nB,且nA>nB.当两种金属相接触时,将产生自由电子扩散现象.A失去电子多的带正电,B得到电子带负电.A,B之间形成电位差,即接触电势. 单一导体的温差电势 导体中自由电子在高温端具有较大动能,因而向低温端扩散。 温差电势大小取决于导体材料和两端温度。 热电偶回路中产生的总热电势 知识链接 接触电势的大小取决于两种不同的材料特性和两节点温度。 8 热电偶回路总电动势 T0 T eAB(T) eAB(T0) eA(T,T0) eB(T,T0) A B 知识链接 9 ① 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。 ② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。 ③只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势。 热电偶测温注意事项 知识链接 10 1)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。 热电偶的测温基本定律 2)中间温度定律 测量端温度为T,自由端温度为T0,中间温度为T’,则T和T0热电势等于T,T’与T’,T0热电势的代数和. A B c T T0 T0 A B c T’ T0 A B T A B T EAB(T,T’) EAB(T’,T0) EAB(T,T0) 知识链接 11 3）标准电极定律 当结点温度为T, T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。 知识链接 12 当T为100摄氏度，T0为0摄氏度时，铬合金—铂热电偶的E(100,0)=3.13mv,铝合金—铂热电偶E(100,0)=-1.02，求铬合金—铝合金组成的热电偶的E(100,0)? 知识链接 挑战自我 13 热电偶的结构形式及材料 ①铂铑10—铂热电偶（分度号为S) ② 铂铑30—铂铑6热电偶(分度号为B)。 ③ 镍铬—康铜热电偶(分度号为E)。 ④ 镍铬—镍硅热电偶（分度号为K) ⑤ 铂铑13—铂热电偶 (分度号为R)。 ⑥ 铁—康铜热电偶(分度号为J)。 ⑦ 铜—康铜热电偶(分度号为T)。 知识链接 （K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶 镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN） 的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃。 K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所