专题七 热电偶传感器（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版-讲练测

专题七 热电偶传感器（讲义）-《传感器及应用》第2版专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解和掌握热电偶传感器的工作原理； 2.描述热电偶的基本结构和不同种类的特性； 3.了解和阐述热电偶自由端温度补偿的重要性及其实施方法； 4.培养学生利用热电偶进行实际温度测量的能力，了解热电偶在实际中的应用； 5.理解并解答有关热电偶传感器的基本问题和案例。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.热电效应 将两种不同材料的导体构成一闭合回路，若两个接点处温度不同、则回路中会产生电动势，从而形成电流，这个物理现象称为热电势效应，简称热电效应。 热电效应的本质是热电偶本身吸收了外部的热能，在内部转换为电能的一种物理现象。热电偶的热电动势由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。 2.热电偶回路的主要性质 (1) 中间导体定律 :在热电偶回路中接人第三种材料的导体C，只要第三种导体的两端温度相同，则这一导体的引入将不会改变原来热电偶的热电动势大小, 其中C导体两端温度相同。 (2）中间温度定律 :热电偶AB在接点温度为t₁、t₂，时的热电动势，等于热电偶在接点温度为t1、t2,和t2、t3.时的热电动势的总和。 （3)标准电极定律 : 当工作端和自由端温度分别为t和t0时，用导体A、B组成热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势之代数和。 3.热电偶的结构 热电极： 热电偶常以热电极材料种类来定名，例如铂钱-铂热电偶、镍铬-镍硅热电偶等。其直径大小由材料价格、机械强度、电导率以及热电偶的用途和测量范围等因素决定。 绝缘套管：绝缘套管又称绝缘子，用来防止两根热电极短路，其材料的选用视使用的温度范围和对绝缘性能的要求而定。 保护套管：保护套管的作用是使热电极与测温介质隔 离，使之免受化学侵蚀或机械损伤。热电极在套上绝缘套管后再装入保护套管内。 接线金 接线盒供连接热电偶和测量仪表之用。接线盒固定在热电偶的保护套管上，一般用铝合金制成。 4.热电偶的种类 (1) 标准化和非标准化热电偶:标准化热电偶的工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产。 (2) 普通型热电偶: 这种类型的热电偶主要用于测量气体、蒸汽和液体介质的温度。 (3) 铠装热电偶: 铠装热电偶的外形像电缆，也称缆式热电偶。它是由金属套管、绝缘材料和热电偶丝三者组合而成一体的特殊结构的热电偶。 5.热电偶自由端温度的补偿 1）温度补偿方法 (1)仪表调零修正法 (2)自由端温度自动补偿 电桥补偿法是最常用的自由端温度自动补偿的方法。它是利用直流电桥的不平衡电压来补偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电动势变化值。 2）补偿导线，延引电极 在一定温度范围内(0～100 ℃)与工作热电偶的热电特性相近的材料制成导线，用它将热电偶的自由端延长至所需要的地方，这种方法称为延引电极法，或称为补偿导线法，这样的导线称为补偿导线。 6.热电偶的应用：热电偶传感器广泛应用于工业过程控制、环境监测、实验室测试等领域。它具有温度测量范围广、快速响应和高耐热性等优点。 [真题练讲] 1.(2017年浙江省统一考试) 热电偶的结构不包括下列哪项？ A. 保护外壳 B. 金属导线组合 C. 温度转换器 D. 冷端补偿器 解析：C. 温度转换器。热电偶的结构主要包括保护外壳、金属导线组合和冷端补偿器。 2.(2016年山东省统一考试) 下列哪个应用领域不适合使用热电偶？ A. 钢铁冶炼 B. 食品加工 C. 塑料加工 D. 玻璃制造 解析：B. 食品加工。由于热电偶是由金属导线构成的，且不易清洗，所以不适合在食品加工过程中使用。 3.(2018年青海省统一考试) 两根热电偶的结构和金属组合分别为铁-铜和镍铬-铜，它们被用于测量同一温度场，那么哪个热电偶的测量误差可能更小？ A. 铁-铜热电偶 B. 镍铬-铜热电偶 C. 两者的测量误差相同 D. 需要进一步信息才能确定 解析：B. 镍铬-铜热电偶。不同的热电偶材料对温度的响应特性不同，而温度场的分布也会影 响热电偶的测量误差。对于相同温度场的测量，由于镍铬-铜热电偶的材料特性更适合在该温度范围内工作，所以镍铬-铜热电偶的测量误差可能会更小。 4.(2016年青海省统一考试) 对于热电偶温度测量误差的主要来源是什么？ A. 线性误差 B. 冷端温度误差 C. 外部电磁干扰 D. 环境影响 解析：A. 线性误差。线性误差是热电偶温度测量误差的主要来源。 5.(2016年吉林省统一考试) 一根由铁和铜组成的热电偶在两端温度分别为100℃和200℃时，热电势差为5mV。若将热电偶的温度差设置为100℃，则热电偶的灵敏度为多少？ A. 20 mV/℃ B. 25 mV/℃ C. 50 mV/℃ D. 100 mV/℃ 解析：B. 25 m