10热电传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第10章 热电传感器 10.1 温度检测概述 10.2 膨胀式温度计 10.3 热电偶 10.4 热电阻与热敏电阻 10.5 集成温度传感器 10.1 温度检测概述 物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，温度的准确测量和有效控制是保证生产正常进行、确保产品质量和安全生产的关键环节。 10.1.1 温度测量方法 接触式测温 感温元件直接与被测对象接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡 非接触式测温 感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。 10.1.2 温标 规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。 1.经验温标 华氏温标:纯水的冰点为32度，沸点为212度，中间划分为180等份，每一等份为1华氏度，符号为℉。 摄氏温标:水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。在0～100之间划分100等份，每一等份为1摄氏度，用符号t表示，单位记为℃。 10.1 温度检测概述 2.热力学温标 国际单位制中7个基本物理单位之一，用符号表示，单位为开尔文(K)。 把理想气体压力为零时对应的温度0K与水的三相点温度273.16 K（水的固、液、气三相共存的温度—0.01℃）分成273.16份，每份为1K。 3.国际温标 通常将比水的三相点温度低0.01K的温度规定为摄氏零度，它与摄氏温度之间的关系为 10.1 温度检测概述 双金属温度计 把两片线膨胀系数差异相对很大的金属薄片叠焊在一起，构成双金属片感温元件 10.2 膨胀式温度计 10.3.1 热电效应 10.3 热电偶 A B T　　　　 T0　 eAB(T) eA(T,T0) eAB(T0) eB(T,T0) 单一导体的温差电势 1.热电势的产生 两种导体的接触电势 热电偶回路总热电势 10.3 热电偶 2.热电偶基本定律 均质导体定律 中间导体定律 标准电极定律 连接导体定律和中间温度定律 连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 中间温度定律为热电偶制定分度表提供了理论依据 10.3 热电偶 10.3.2 热电偶的材料、型号及结构 1.热电偶的材料 主要要求是： (1)配制成的热电偶应具有较大的热电势，并希望热电势与温度之间呈 线性关系或近似线性关系。 (2)能在较宽的温度范围内使用，并且在长期工作后物理化学性能与热电性能都比较稳定。 (3)电导率要求高，电阻温度系数要小。 (4)易于复制，工艺简单，价格便宜。 10.3 热电偶 铂铑10—铂热电偶(分度号S),温度范围40～1600℃ 铂铑30—铂铑6热电偶(分度号B) ,测温范围为0～1800℃ 铂铑13—铂热电偶(分度号R) ,测温范围为0～1600℃ 镍铬—镍硅热电偶(分度号K) ,温度范围为200～1300℃ )镍铬—康铜热电偶(分度号E) ,温度范围为200～800℃ 镍铬硅—镍硅热电偶(分度号N),测温范围为200～1300℃ 铜—康铜热电偶(分度号T) ,测温范围200～300℃ 铁—康铜热电偶(分度号J) ,测温范围为40～750℃ 2.热电偶的型号 10.3 热电偶 3.热电偶的结构 普通热电偶 由热电极1、绝缘套管2(防止两个热电极在中间位置短路)、保护套管3(使热电极免受化学侵蚀及机械损伤)、接线盒4(连接导线通过接线盒与热电极连接)、接线盒盖5(防止灰尘、水分及有害气体进入保护套管内)组成 10.3 热电偶 铠装热电偶 铠装热电偶是将热电极、绝缘材料连同金属保护套一起拉制成形的，可做得很细、很长，其外径可小到1～3mm，而且可以弯曲，适合测量狭小的对象上各点的温度。 10.3 热电偶 薄膜热电偶 用真空蒸镀(或真空溅射)的方法，将热电偶材料淀积在绝缘基板上而制成的热电偶称为薄膜热电偶。 10.3 热电偶 10.3.3 热电偶测温电路 1.测温原理和方法 热电偶两个电极的材料确定以后，热电偶的热电动势就只与热电偶两端温度有关，如果使参考端温度恒定不变，则对给定材料的热电偶，其热电动势就只与工作端温度T成单值函数关系，在热电偶中，热电动势与温度的一对应关系不是用计算的方法而是用实验方法得到的。 对给定的热电偶通过实验测得0℃，T取不同温度时的热电动势数据，制成“热电动势—温度T对应关系数据表”，称为该热电偶的分度表 10.3 热电偶 例：用镍铬—镍硅热电偶(分度号K)测量某一温度，若冷端温度Tn=30℃,测得的热电势E(T,Tn)=23.320mV，求测得热端实际温度T。 解：E(T,T0)= E(T,Tn)+ E(Tn,T