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热电偶测温原理及应用详解

日期:2019-12-20 18:51浏览次数:

  Welcome to My Class 科学引颈工程,工程引入教室 工程测试身手根底 --湖北工业大学精品课程 主讲: 邬文俊 讲师 打算和创造:何涛教师及工程测试身手根底课程教学团队 湖北工业大学机器学院 2018/10/11 1 概述 ?温度是物理景象中拥有代表性的物理量 ?是十大计量单元之一 ?摩登生计中温度衡量和局限是弗成短少的,如 家用电器:电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些 家用电器中都少不了温度传感器。 2018/10/11 2 概述 ?摩登楼宇自愿化(电源收拾、安笑监测、照明控 造、空调局限、泊车收拾、水/废水收拾和电梯监 控)中温度是弗成短少的, 红表人体探测器 2018/10/11 3 概述 ?摩登工业中温度衡量和局限是弗成短少的, 无误的烟草烘干 2018/10/11 木料烘干 4 概述 ? 温度传感器的品种许多: ? 热膨胀温度传感器:有液体、气体的玻璃式温 度计、体温计,构造容易,利用通常; ? 半导体热敏电阻传感器:家电、汽车上运用,价 格低贱、用量大、本钱低、机能分别不大; ? 金属电阻、热电偶、红表温度传感器:工业上常 用,机能价钱分别对照大,精度高的经常价钱对照 高贵。 ? 集成温度传感器,应用晶体管PN结电流、电压随 温度变动,有专用集成电途,体积幼、反映疾、价 廉,衡量150℃以下温度。 2018/10/11 5 第9讲 温度传感器道理与利用 -热电偶Thermoelectric Couple Sensors 一、热电偶的作事道理; 二、热电偶测温实习 三、热电偶测温根基定律 四、热电偶的冷端赔偿及赔偿导线 报警温度计 ? ? ? ? 分袂率: 0.1°C/0.1°F K Type:镍铬-镍硅热电偶 可测温度规模-200°C ~1372°C 可设定上下限蜂鸣报警 ?实习:测冰水温度、测开水温度(考察确切度和响合时间) 2018/10/11 7 一、 热电偶的作事道理 热电极A 衡量端 (热端、 作事端) 结点1 nAnB 热电势 A 热电极B 自正在端 (冷端、 参考端) 结点2 B 结论:当两个结点温度纷歧致时,回途中将形成电动势。 2018/10/11 8 结论: 热电偶两结点所形成的总的热电势等于热端热电势与 冷端热电势之差,是两个结点的温差Δ t 的函数: EAB(T,T0)=eAB ( T )- eAB ( T0 ) 2018/10/11 热电势与两个结点的温差 Δ t 成函数干系 9 1、热电效应 !两头温度分别的导会意 1821年,德国物理学家赛贝克用两种分别金属构成闭合回途, 并用酒精灯加热此中一个结点,创造放正在回途中的指南针产生 形成电动势 偏转,借使用两盏酒精灯对两个结点同时加热,指南针的偏转 角反而减幼。 !两种分别的导体接正在一 明确,指南针的偏转注解回途中有电动势形成并有电流正在回途 中活动,电流的强弱与两个结点的温差相闭。 起会形成电动势 ?能用来创造传感器吗 将两种分别资料的导体A和B串接成一个闭合回途,当 两个接点温度分别时,正在回途中就会形成热电势,形 A 成电流,此景象称为热电效应。 T T 10 2018/10/11 0 B 2、热电势的构成: 接触电势 当彼此接触的两金属密度分别时形成接触电势。 温差电势 统一金属,若两头的温度分别则形成温差电势。 2018/10/11 11 接触电势 两种分别的金属互连续触时,因为分别金属内自 由电子的密度分别,正在两金属A和B的接触点处会 产生自正在电子的扩散景象。自正在电子将从密度大 的金属A扩散到密度幼的金属B,使A遗失电子带 正电,B获得电子带负电,从而形成接触电势。 A + 倾向:从密度幼指向 密度大的 接触电势的巨细与温度相闭 T B kT N AT E AB (T ) ? ln e N BT EAB( T ) 式中: K——波尔兹曼常数; e——单元电荷电量; NAT、NBT——温度为T导体A、B的电子密度。 12 自正在 电子 2018/10/11 两个结点处辞别有两个接触电势,且倾向相反。 所有回途中总的接触电动势为: A T EAB(T0) EAB(T) E AB (T ) ? E AB (T0 ) T0 B kT N AT kT0 N AT0 ? ln ? ln e N BT e N BT0 以顺时针为正 借使两个结点的温度一致,T=T0,则总接触电动势为0 图中:NANB,TT0 2018/10/11 13 温差电势 统一导体的两头温度分别时 , 高温端的电子能量要比低温端的电 子能量大, 因此从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高 温端的要多, 结果高温端因遗失电子而带正电 , 低温端因得回多 余的电子而带负电, 是以, 正在导体两头便酿成温差电势。 EA(T,T0) A 接触电势的巨细与密度相闭 E A (T , T0 ) T + 自正在 电子 倾向:从低温指向高温 T0 K ? e ? T T0 1 d ( N AT ? t ) ? dt N AT dt 2018/10/11 式中: K——波尔兹曼常数; e——单元电荷电量; NAT——温度为T导体A的电子密度。 14 所有回途中总的温差电动势为: 以顺时针为正 A T B K ? e EA(T,T0) T0 EB(T,T0) EB (T , T0 ) ? EA (T , T0 ) EB (T , T0 ) ? E A (T , T0 ) ? T T0 1 d ( N BT ? t ) K ? d? N BT dt e ? T T0 1 d ( N AT ? t ) ? dt N AT dt 借使AB两金属的密度一致,则总温差电动势为0 2018/10/11 15 结论: 接触电势 当彼此接触的两金属的密度分别时形成接触电 势,其巨细与结点的温度干系。 温差电势 统一金属,若两头的温度分别则形成温差电势, 其巨细其密度干系。 2018/10/11 16 回途中总热电动势为: EAB(T, T0)=EB(T, T0)+ EAB(T)- EAB(T0)-EA(T, T0) A EA(T,T0) EAB(T0) 以顺时针为正 T0 T 蓝色的为接触电势 EAB(T) 绿色的为温差电势 EB(T,T0) B 借使A、B密度一致(均质导体),则不存正在接触电动势,两 导体内温差电动势,巨细相当,倾向相反,总热电势为0。即 为均质导体定律 借使两结点温度一致( T=T0),则不存正在温差电动势,两结 由一种均质导体构成的闭合回途中 , 不管导体的截 点处接触电动势,巨细相当,倾向相反,总热电势为 0. 面和长度怎样以及处处的温度散布怎样, 都不行产 2018/10/11 生热电势。秒速赛车彩票官方网站 17 结论: 热电势=接触电势+温差电势 EAB(T, T0)=EAB(T)- EAB(T0) +EB(T, T0) - EA(T, T0) 当nA=nB, 不存正在接触电势EAB E总= EB(T, T0)- EA(T, T0)=0 当T=T0, 不存正在温差电势EA、EB E总= EAB(T)- EAB(T0) =0 2018/10/11 18 3、热电势与被测温度的干系: (1)正在总热电势中, 温差电势比接触电势幼许多, 可 怠忽不计, 热电偶的热电势可流露为: EAB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0) (2)看待已选定的热电偶, 当参考端温度T0恒准时, EAB (T0)=C为常数, 则总的热电势就只与温度T成单 值函数干系, 即 EAB(T, T0)= EAB(T)-C =f(T) (3)本质利用中, 热电势与温度之间干系是通过热电 偶分度表来确定的。分度表是正在参考端温度为0℃时, 通过实习创办起来的热电势与作事端温度之间的数值 对应干系。 2018/10/11 19 K热电偶的 分度表 热电偶的冷端 温度为0?C,查 表得出被测温 度? 3种境遇下(K型热 电偶)热端的热电 势辞别为0、为4、 为-3.5。 怎样应用分度表 来确定温度? 2018/10/11 20 4、几种常用热电偶 分度号 名称 1000?C 衡量温度规模 热电势/ mV 4.834 B R S K 铂铑30-铂铑6 50~1820 ?C 铂铑13—铂 铂铑10—铂 -50~1768 ?C 10.506 -50~1768 ?C 9.587 镍铬-镍铬 (铝) -200~1372 ?C 41.276 镍铬-铜镍 (康 -270~800 铜) ?C E 2018/10/11 ——? 21 几种常用热电偶的热电势与温度的干系 弧线阐明 结论: 哪几种热电偶的 测温上限较高? 哪一种热电偶的 机警度较高? 哪一种热电偶的 机警度较低? 哪几种热电偶的 线 为什么一起的弧线均过原点(零度点)? 22 二、热电偶测温实习 ? 测出变色涂料的变色温度 ? 超温报警实习 CPU散热电扇 低温时显示蓝色温度升高后变为赤色 2018/10/11 23 题目: ? 1、衡量时,热端方在哪?冷端方在哪?热电势 是用什么检测仪表衡量的?衡量仪表的导 线与热电阻的导体分别,是不是会对衡量 结果形成影响? ? 2、冷端何如连结0度?如果不为0度何如办? 2018/10/11 24 三、热电偶测温根基定律 1)中心导体定律 正在热电偶回途中接入第三种资料的导体,只须 其两头的温度相当,该导体的接入就不会影响热电 偶回途的总热电动势。 T T0 V 同时也管理了衡量头热端远离冷端的题目,中心可 用其他导线) 中心温度定律 热电偶AB正在接点温度为T、T0时的热电势EAB(T, T0) 等于热电偶AB正在接点温度T、Tc和Tc、T0时的热电势的 代数和: EAB(T, T0)= EAB(T, Tc)+ EAB(Tc, T0) A A A T T0 = T T + Tc C T0 B B B 该定律是参考端温度打算修处死的表面依照。 正在实 际热电偶测温回途中,应用热电偶这一本质,可对参 考端温度不为0℃的热电势举办矫正。 2018/10/11 26 四、热电偶赔偿导线及冷端温度赔偿 热电偶根基定律管理了两个题目: 1、本质衡量时冷端和热端相隔很远(中心导体定律) 热电偶赔偿导线、本质衡量时冷端温度不为0度(中心温度定律 ) 冷端赔偿 2018/10/11 27 热电偶赔偿导线 正在本质测温时, 需求把热电偶输出的电势信号传输到远离现 场数十米的局限室里的显示仪表或局限仪表 , 如许参考端温 度t0也对照平稳。热电偶寻常做得较短 需求用导线将热电偶 的冷端延迟出来。工程中采用一种赔偿导线 , 它经常由两种 分别本质的便宜金属导线℃温度规模内 , 央求赔偿导线和所配热电偶拥有一致的热电性情。 2018/10/11 28 冷端赔偿设施 (1)参考端温度修处死:参考端温度不等于0℃, 则需求对 热电偶回途的电势值加以矫正, 矫正值为EAB(t0 , 0)。 经矫正 后的本质热电势, 可由分度表中查出被测本质温度值。 EAB(T, 0)= EAB(T, T0)+ EAB(T0, 0) (2)参考端0℃恒温法: 正在实习室及稹密衡量中, 经常把参 考端放入装满冰水混淆物的容器中, 以便参考端温度连结0℃. (3)参考端温度自愿赔偿法(赔偿电桥法): 赔偿电桥 法是应用不服均电桥形成的不服均电压举动赔偿信号 , 来自 动赔偿热电偶衡量进程中因参考端温度不为 0℃或变动而引 起热电势的变动值。 2018/10/11 29 如图所示 , 不服均电桥由三个电阻温度系数较幼的锰铜 丝绕造的电阻r1、 r2 、r3、电阻温度系数较大的铜丝绕造的 电阻RCu 和稳压电源构成。 赔偿电桥与热电偶参考端处正在统一境遇温度, 但因为RCu 的阻值随境遇温度变动而变动 , 借使适合采取桥臂电阻和桥 途电流, 就可能使电桥形成的不服均电压 Uab赔偿因为参考端 温度变动惹起的热电势EAB(t, t0)变动量, 从而到达自愿赔偿的 目标。 2018/10/11 30 普遍安装型热电偶的表形 安置 螺纹 安置 法兰 2018/10/11 31 课表实习 ? 及时监测电脑CPU的运转温度,并成立超温 报警。 2018/10/11 32