专题六 热电偶传感器（课件）-山东省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题六.热电偶传感器 《传感器及应用》（高教版） 专题复习讲练测 1 目录 01 考纲解读 03 考题讲解 05 归纳小结 02 知识点梳理 04 课内练习 2 常见考点： 1. 热电偶传感器的工作原理：热电偶传感器利用热电效应，即不同金属导体在温度差异下产生电动势，从而实现温度测量。 2. 中间导体定律：中间导体的温度变化会影响热电偶的电动势，需要进行补偿以保证测量精度。 3.中间温度定律：热电偶两端温度差异会导致电动势变化，影响测量结果的准确性。 4.热电偶的结构和种类：结构：由两种不同金属导体组成，通过连接导线和引出电极连接到测量设备。种类：常见的有类型K、类型T等，各自具有特定的温度测量范围和环境适应性。 一.考纲解读 3 一.考纲解读 考试要求 01 2.解释这些定律的含义及其在测量中的应用，能够分析和补偿温度变化带来的影响。 02 3.掌握应用中的实际操作步骤和注意事项，能够分析测量中可能遇到的问题及解决方案。 03 1.理解和描述热电势效应的物理原理，以及热电偶回路如何转化温度差为电信号。 4 易考题型： 1. 选择题：理解和描述热电势效应的物理原理，以及热电偶回路如何转化温度差为电信号。 2. 解答题：理解补偿原理，能够解释为什么需要进行自由端温度补偿及其实施方法。 3. 应用题：掌握应用中的实际操作步骤和注意事项，能够分析测量中可能遇到的问题及解决方案。 一.考纲解读 5 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 6 知识点梳理： 热电势效应 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。图3-1 所示为热电偶回路及符号。回路中，把 A、B 两导体的组合称为热电偶:A、B 两种导体称为热电极:两个接点中的1端称为工作端或热端，其温度为t，2 端称为自由端或冷端，其温度为t0。 二.知识点梳理和重点概念复习 7 知识点梳理： 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。接触电动势 (又称珀尔电动势) 是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势:温差电动势 (又称汤姆逊电动势) 是在同一导体中，由于两端温度不同而使导体内高温端的自由电子向低温端扩散形成的电动势。 二.知识点梳理和重点概念复习 8 知识点梳理： 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体 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，即 其中C导体两端温度相同。 从实用观点看，这个性质很重要，正是由于这个性质存在，才可以在回路中引入各种仪表、连接导线等，而不必担心会对热电动势有影响，而且也允许采用任意的焊接方法来焊制热电偶。同时，应用这一性质可以采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行温度测量，如图3-2 所示。只要保证两热电极 A、B 插入地方的温度一致，则对整个回路的总热电动势将不产生影响。 二.知识点梳理和重点概念复习 9 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 10 知识点梳理： 热电偶的结构 普通型热电偶是工程实际中最常用的一种型式，其结构大多由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒四部分组成，如图 3-3所示。 (1)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。热电偶长度由使用情况、安装条件，特别是工作端在被测介质中的插人深度来决定。 (2) 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。绝缘套管一般制成圆形，中间有孔，长度为 20 mm，使用时根据热电偶长度可多个串起来使用，常用的材料是氧化铝、耐火陶瓷等。 二.知识点梳理和重点概念复习 11 知识点梳理： (3) 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。对保护套管的基本要求是经久耐用及传热良好。常用的保护套管材料有金属和非金属两类，应根据热电偶类型、测温范围和使用条件等因素来选择保护套管的材料。 (4) 接线盒 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，分普通式和密封式两类，为防止灰尘、水分及有害气体侵入保护套管内，接线盒出线孔和盖子均用垫片及垫圈加以密封，接线端子上注明热电极的正、负极性。 二.知识点梳理和重点概念复习 12 知识点梳理： 补偿导线，延引电极 为了使热电偶自由端不受高温热源的影响，自由端温度基本保持恒定或波动较小，可把热电偶做得很长，这样势必引起使用贵重金属热电偶的成本加大。所以人们往往采用在一定温度范围内 (0~100C)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。用补偿导线制成的热电偶与工作热电偶相连，它既可把工作热电偶的原自由端延长到新的自由端，节省了贵重金属，又不会由于引人该导线而给工作热电偶带来测量误差。可见，使用补偿导线仅起延长热电偶的作用，不起任何温度补偿作用，将其称为“补偿导线”是名不副实的习惯用语。常用热电偶补偿导线的特性见表 3-3。 二.知识点梳理和重点概念复习 13 知识点梳理： 使用补偿导线必须注意两个问题:一是两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须具有相同的温度;二是各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，而且必须在规定的温度范围内使用，极性切勿接反。 二.知识点梳理和重点概念复习 14 重点概念复习： 1.热电势效应：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。 2.热电效应的本质：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。 3.热电偶的结构：普通型热电偶是工程实际中最常用的一种型式，其结构大多由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒四部分组成。 二.知识点梳理和重点概念复习 15 1. 选择补偿导线时，通常需要考虑的因素是： A. 导线的颜色 B. 导线的成本 C. 导线的热电性质 D. 导线的长度 解析：C. 导线的热电性质。选择补偿导线时主要考虑其热电性质，以确保能有效补偿热电偶的温度变化。 三.常考习题练习与讲解 选择题 16 2.在实际应用中，为了提高热电偶的测量精度，通常会使用： A. 额外的电源 B. 温度稳定的参比端 C. 额外的绝缘材料 D. 更长的连接线 解析：B. 温度稳定的参比端。使用温度稳定的参比端可以减少环境温度变化对测量结果的影响，从而提高测量精度。 三.常考习题练习与讲解 选择题 17 3.热电偶的种类中，以下哪种类型不常用于高温测量？ A. K型热电偶 B. J型热电偶 C. T型热电偶 D. E型热电偶 解析：C. T型热电偶。T型热电偶适用于低温测量，而K型和J型热电偶则常用于高温测量。 三.常考习题练习与讲解 选择题 18 4.如果热电偶的工作端温度为300°C，冷端为0°C，则热电偶产生的热电势会随温度______增加。 A. 线性 B. 对数 C. 指数 D. 常数 解析：A. 线性。在热电偶的工作范围内，热电势与温度的关系通常是线性的。 三.常考习题练习与讲解 选择题 19 5.在进行热电偶测量时，为了减少测量误差，应尽量使________保持恒定。 A. 冷端温度 B. 工作端温度 C. 电源电压 D. 测量仪器 解析：A.保持冷端温度恒定有助于减少测量误差，因为热电偶的热电势是由冷端与工作端的温差决定的。 三.常考习题练习与讲解 选择题 20 6.热电偶使用中，如果冷端温度变化较大，应采取以下哪种措施以确保测量的准确性？ A. 增加冷端的绝缘 B. 更换热电偶材料 C. 使用补偿导线 D. 减少连接线长度 解析：C. 使用补偿导线可以有效补偿冷端温度的变化，从而提高测量的准确性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 21 7.以下哪种因素对热电偶测量精度影响最小？ A. 环境湿度 B. 连接线长度 C. 冷端温度变化 D. 工作端温度均匀性 解析：A. 环境湿度。热电偶测量的主要影响因素是温度相关的因素，而环境湿度对其影响较小。 三.常考习题练习与讲解 选择题 22 8.热电偶传感器在实际应用中的优势之一是： A. 高价格 B. 复杂结构 C. 精确测量 D. 高功耗 解析：C. 精确测量。热电偶传感器因其精确、稳定和成本低廉的特性，在实际应用中广受青睐。 三.常考习题练习与讲解 选择题 23 1. 热电偶测温线路中，使用补偿导线可以有效减少________对测量结果的影响。 答案：电阻 解析：补偿导线的选用能够帮助补偿热电偶自由端的温度变化，从而提高测量的准确性和稳定性。 2.热电偶的种类主要分为热电压式和热电________式。 答案：阻 解析：热电偶的种类主要是热电压式和热电阻式，分别根据其测量原理的不同而分类。 三.常考习题练习与讲解 填空题 24 3.热电偶的应用场景仅限于工业领域，用于高温环境下的________测量。 答案：精确 解析：热电偶由于其简单、实用和成本低廉的特性，在工业、实验室和家用等多个领域都有广泛应用。 4.热电偶的延引电极用于调节热电偶的灵敏度，从而________其测量精度。 答案：提高 解析：延引电极主要用于减少环境温度变化对热电偶测量的影响，而不是直接提高其测量精度。 三.常考习题练习与讲解 填空题 25 1. 热电偶的种类主要分为热电动势式和热电流式两种。（ ） 答案：错误 解析：热电偶的种类主要是热电压式和热电阻式，分别根据其测量原理的不同而分类。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2.热电偶的应用场景仅限于工业领域，用于高温环境下的精确测量。（ ） 答案：错误 解析：热电偶由于其简单、实用和成本低廉的特性，在工业、实验室和家用等多个领域都有广泛应用。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.热电偶的延引电极用于调节热电偶的灵敏度，从而提高其测量精度。（ ） 答案：错误 解析：延引电极主要用于减少环境温度变化对热电偶测量的影响，而不是直接提高其测量精度。 4.热电偶测温线路中，使用补偿导线可以有效减少电阻对测量结果的影响。（ ） 答案：正确 解析：补偿导线的选用能够帮助补偿热电偶自由端的温度变化，从而提高测量的准确性和稳定性。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.如何设计一个合理的热电偶测温线路以确保测量精度？ 解析： 合理设计包括选择适当的补偿导线、避免温度梯度对电动势的干扰，并确保测量环境稳定以减少误差。 四.课内练习与讲解 2.热电偶的标准电极定律是什么？它是如何影响热电偶的电动势？ 解析： 标准电极定律说明热电偶的电动势取决于电极材料的性质和温度梯度，直接影响测量结果的准确性。 四.课内练习与讲解 3.简要描述热电偶的测量原理及常见的测量设备。 解析： 热电偶通过测量不同金属导体之间的电动势来间接测量温度，通常使用多用表等设备读取和显示电动势值。 四.课内练习与讲解 4.为什么在热电偶的应用中，特别关注热电偶材料的选择？ 解析： 热电偶材料的选择直接影响其在不同温度环境下的稳定性和精度，因此必须根据应用场景选择合适的类型和材料。 四.课内练习与讲解 5.热电偶传感器在实际工程中的应用案例有哪些？请举例说明其应用场景及优势。 解析： 热电偶传感器广泛应用于工业控制和科学实验中，如高温炉炉温测量、冶金过程监控等，因其简单、稳定和可靠而受到青睐。 四.课内练习与讲解 在本节课中，我们深入学习了热电偶传感器的基本原理、结构特点、应用技术及相关定律。热电偶传感器利用热电势效应，即不同金属导体在温度差异下产生电动势，通过测量这一电动势间接实现温度的准确测量。课程重点讨论了热电偶回路中的中间导体定律、中间温度定律和标准电极定律，以及它们在保证测量精度中的作用和重要性。此外，我们还详细介绍了热电偶的结构组成和常见的类型，例如类型K和类型T，各自适用于不同的温度范围和环境条件。在实际应用方面，我们强调了如何设计合理的热电偶测温线路，并介绍了补偿导线和延引电极等方法来抵消自由端温度变化对测量结果的影响。 五.课程小结 重点复习知识点： 1.热电势效应：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。 2.热电效应的本质：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。 3.热电偶的结构：普通型热电偶是工程实际中最常用的一种型式，其结构大多由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒四部分组成。 五.课程小结 感谢观看 $$