傳感器與檢測(cè)技術(shù)---第10章熱電勢(shì)傳感器(已修改)
2024-12-20 07:25 本頁(yè)面
【正文】 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 溫度測(cè)量 熱電偶傳感器 熱電阻傳感器 集成溫度傳感器 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 返回主目錄 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 一 、 溫度概述 1． 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常重要的參數(shù) 。 物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān) 。 許多生產(chǎn)過(guò)程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的 , 需要測(cè)量溫度和控制溫度 。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 , 對(duì)溫度的測(cè)量越來(lái)越普遍 , 而且對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度也有更高的要求 。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量 。 為了定量地描述溫度的高低 , 必須建立溫度標(biāo)尺 , 即溫標(biāo) 。 溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 歷史上提出過(guò)多種溫標(biāo) , 如早期的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) （ 攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo) ） , 理論上的熱力學(xué)溫標(biāo)等 。 當(dāng)前世界通用的是1990年制定的 國(guó)際溫標(biāo) （ ITS90） , 它同時(shí)定義了國(guó)際開(kāi)爾文溫度 （ 符號(hào) T90） 和國(guó)際攝氏溫度 （ 符號(hào) t90） 。 T90 和 t90 之間的關(guān)系為 ??? KTCt在實(shí)際應(yīng)用中 , 一般直接用 T 和 t 代替 T90 和 t90 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 2． (1) 溫度傳感器的組成 通常由現(xiàn)場(chǎng)的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成 , 如下圖所示 。 簡(jiǎn)單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的 , 一般在現(xiàn)場(chǎng)使用 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 接觸式測(cè)溫方法 是使溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸 , 當(dāng)被測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí) , 溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象的溫度相等 。 這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 工作可靠 ， 精度高 ， 穩(wěn)定性好 ， 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) 。 這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有 : 基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的 膨脹式溫度傳感器 ， 基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的 電阻式溫度傳感器 ， 基于熱電效應(yīng)的 熱電偶溫度傳感器 。 接觸式測(cè)量 ——熱傳遞原理。 非接觸式測(cè)量 ——熱輻射原理 。 (2) 溫度測(cè)量方法及分類 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 非接觸式測(cè)溫方法 是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理 。 物體輻射能量的大小與溫度有關(guān) , 并且以電磁波形式向四周輻射 , 當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí) , 便可測(cè)得被測(cè)對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯示的各種信號(hào) , 實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量 。 這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有 光電高溫傳感器 、 紅外輻射溫度傳感器 、 光纖高溫傳感器 等 。 非接觸式溫度傳感器理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和在溫度范圍上的限制 , 可測(cè)高溫 、 腐蝕 、 有毒 、 運(yùn)動(dòng)物體及固體 、 液體表面的溫度 , 不干擾被測(cè)溫度場(chǎng) , 但精度較低 , 使用不太方便 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 二 、 膨脹式溫度傳感器 根據(jù)液體 、 固體 、 氣體受熱時(shí)產(chǎn)生熱膨脹的原理 , 這類溫度傳感器有液體膨脹式 、 固體膨脹式和氣體膨脹式 。 1． 它是利用液體受熱后體積膨脹原理來(lái)測(cè)量溫度的 。 常用的 電接點(diǎn)式傳感器 。 它有固定式和可調(diào)式兩種 。 圖 104 所示為可調(diào)電接點(diǎn)式溫度計(jì) , 其中一根鉑絲接在毛細(xì)管下部固定處 ,另一根鉑絲根據(jù)設(shè)定溫度可以上下移動(dòng) , 當(dāng)升至設(shè)定溫度時(shí) , 鉑絲與水銀柱接通 , 反之?dāng)嚅_(kāi) , 這種既可指示 , 又能發(fā)出通斷信號(hào) , 常用于溫度測(cè)量和雙位控制 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 2． 固體膨脹式 固體膨脹式是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來(lái)測(cè)溫的 。 它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片 , 為提高靈敏度常作成螺旋形 。 圖 105所示 為雙金屬溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖 。 螺旋形雙金屬片一端固定 , 另一端連接指針軸 , 當(dāng)溫度變化時(shí) , 雙金屬片彎曲變形 , 通過(guò)指針軸帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)顯示溫度 。 它常用于測(cè)量 80℃ ～600℃ 范圍的溫度 , 抗震性能好 ， 讀數(shù)方便 , 但精度不太高 , 用于工業(yè)過(guò)程測(cè)溫 、 上下限報(bào)警和控制 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 3． 氣體膨脹式 氣體膨脹式是利用封閉容器中的氣體壓力隨溫度升高而升高的原理來(lái)測(cè)溫的 , 利用這種原理測(cè)溫的溫度計(jì)又稱壓力計(jì)式溫度計(jì) , 如下圖 10 6 所示 。 溫包 、 毛細(xì)管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個(gè)封閉容器 , 其中充滿工作物質(zhì) （ 如氣體常為氮?dú)?） , 工作物質(zhì)的壓力經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管 , 使彈簧管產(chǎn)生變形 , 并由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針 , 指示出被測(cè)溫度的數(shù)值 。 壓力溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 抗振及耐腐蝕性能好 , 與微動(dòng)開(kāi)關(guān)組合可作溫度控制器用 , 但它的測(cè)量距離受毛細(xì)管長(zhǎng)度限制 , 一般充液體可達(dá) 20m, 充氣體或蒸汽可達(dá) 60m。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 圖 10－ 6 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 熱電偶傳感器 熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器 。 它構(gòu)造簡(jiǎn)單 , 使用方便 , 具有較高的準(zhǔn)確度 、 穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性 , 溫度測(cè)量范圍寬 , 在溫度測(cè)量中占有重要的地位 。 1. 兩種不同的導(dǎo)體 （ 或半導(dǎo)體 ） 組成一個(gè)閉合回路 , 如圖所示 。 當(dāng)兩接點(diǎn)溫度 T和 T0不同時(shí) ， 則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) 。 這種現(xiàn)象成為熱電效應(yīng) 。 該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì) 。這兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶 。 兩個(gè)接點(diǎn) , 一個(gè)稱為工作端 (熱端 )， 另一個(gè)稱為自由端 (冷端 )。 它所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩部分組成 ， 即 溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì) 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 接觸電勢(shì) ——是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì) 。 接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度 。 其數(shù)值可用下式計(jì)算 )()(ln)(0000 TNTNeKTTEBAAB ?)()(ln)(TNTNeKTTEBAAB ?式中 : K 為波爾茲曼常數(shù) 。
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