第七章热电式传感器.ppt

温度测量2.热电偶基本定律(1)均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路中,不论导体的截面和长度如何以及各处的温度分布如何,都不能产生热电势。这条定理说明,热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。(2)中间温度定律在热电偶回路中，冷端断开接入与A、B电极不同另外一种导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路的总电势不受中间导体接入的影响。在接点温度为t、t0时的热电势EAB(t,t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代数和,即:（3）连接导体定律在热电偶回路中，如果热电极A和B分别与A’和B’相连接，其接点温度分别为：T、Tn、T0，则回路的热电势等于热电偶的热电势EAB(T,Tn)与连接导体的热电势EA’B’(T,Tn)之和。EABA’B’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)S型（铂铑10-铂热电偶）正端：10%铑，90%铂负端：铂B型（铂铑30-铂铑6）K型(镍珞-镍硅)E型另外,目前还生产一些特殊用途的热电偶,以满足特殊测温的需要。如用于测量3800℃超高温的钨镍系列热电偶,用于测量2~273K的超低温的镍铬-金铁热电偶等。4.热电偶的结构形式为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。(1)普通型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多,它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成,其结构如图7-8所示。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。(2)铠装热电偶铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,如图7-9所示。它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小,动态响应快,机械强度高,挠性好,可安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工业部门中。(3)薄膜热电偶薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶,如图7-10所示。薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.01~0.1μm）,具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。5.热电偶的补偿导线及参考端温度补偿方法从热电偶测温基本公式可以看到,对某一种热电偶来说热电偶产生的热电势只与工作端温度t和自由端温度t0有关,即:EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)热电偶的分度表是以t0=0℃作为基准进行分度的,而在实际使用过程中,参考端温度往往不为0℃,那么工作端温度为t时,分度表所对应的热电势EAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势EAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式:EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)由此可见,EAB(t0,0)是参考端温度t0的函数,因此需要对热电偶参考端温度进行处理。(1)热电偶补偿导线在实际测温时,需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米的控制室里的显示仪表或控制仪表,这样参考端温度t0也比较稳定。热电偶一般做得较短需要用导线将热电偶的冷端延伸出来。工程中采用一种补偿导线,它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成,而且在0~100℃温度范围内,要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。常用热电偶的补偿导线列于表7-6(2)参考端温度修正法采用补偿导线可使热电偶的参考端延伸到温度比较稳定的地方,但只要参考端温度不等于0℃,需要对热电偶回路的电势值加以修正,修正值为EAB(t0,0)。经修正后的实际热电势,可由分度表中查出被测实际温度值(3)参考端0℃恒温法在实验室及精密测量中,通常把参考端放入装满冰水混合物的容器中,以便参考端温度保持0℃,这种方法又称冰浴法。(4)参考端温度自动补偿法（补偿电桥法）补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程中因