傳感器與檢測(cè)技術(shù)---第10章熱電勢(shì)傳感器(編輯修改稿)
2025-01-04 07:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 4. 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件 , 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶 、 鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等 。 (1)普通型熱電偶 普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多 , 它一般由熱電極 、絕緣套管 、 保護(hù)管和接線盒組成 ， 其結(jié)構(gòu) 如下圖 10－ 9 所示 。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接 、固定法蘭連接 、 活動(dòng)法蘭連接 、 無固定裝置等多種形式 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 圖 10－ 9 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 (2)鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶 。 它是由熱電偶絲 、 絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體 , 如下圖 1010所示 。 它可以做得很細(xì)很長(zhǎng) , 使用中隨需要能任意彎曲 。 鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端熱容量小 , 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 , 機(jī)械強(qiáng)度高 , 撓性好 , 可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上 , 因此被廣泛用在許多工業(yè)部門中 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 圖 10－ 10 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 (3)薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料 , 用真空蒸鍍 、 化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶 , 如下圖 10 11 所示 。 薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很小 （ 可薄到 ~） , 具有熱容量小 , 反應(yīng)速度快等的特點(diǎn) , 熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí) , 適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 圖 10 11 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 5. 熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線及冷端溫度補(bǔ)償方法 從熱電偶測(cè)溫基本公式可以看到 , 對(duì)某一種熱電偶來說熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只與工作端溫度 t和自由端溫度 t0有關(guān) , 即 : EAB(t, t0)=EAB(t)EAB(t0) （ 10 13） 熱電偶的分度表是以 t0=0℃ 作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的 , 而在實(shí)際使用過程中 , 參考端溫度往往不為 0℃ , 那么工作端溫度為 t 時(shí) , 分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì) EAB(t,0)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì) EAB(t, t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式 : EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 由此可見 , EAB(t0, 0)是參考端溫度 t0的函數(shù) , 因此需要對(duì)熱電偶參考端溫度進(jìn)行處理 。 (1) 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 在實(shí)際測(cè)溫時(shí) , 需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米的控制室里的顯示儀表或控制儀表 , 這樣參考端溫度 t0也比較穩(wěn)定 。 熱電偶一般做得較短 需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來 。 工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線 , 它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬導(dǎo)線制成 , 而且在 0~100℃ 溫度范圍內(nèi) , 要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性 。 常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線列于 表 10 6 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 表 10－ 6 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 (2) 冷端溫度修正法 采用補(bǔ)償導(dǎo)線可使熱電偶的參考端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方 , 但只要參考端溫度不等于 0℃ , 需要對(duì)熱電偶回路的電勢(shì)值 EAB(t , t0)加以修正 , 修正值為 EAB(t0,0)。 即： EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 經(jīng)修正后的實(shí)際熱電勢(shì) EAB(t , 0), 可由分度表中查出被測(cè)實(shí)際溫度值 t。 (3) 參考端 0℃ 恒溫法 在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中 , 通常把參考端放入裝滿冰水混合物的容器中 , 以便參考端溫度保持 0℃ , 這種方法又稱冰浴法 。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 (4) 冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法 （ 補(bǔ)償電橋法 ） 補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補(bǔ)償信號(hào) , 來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過程中因冷端溫度不為 0℃ 或變化而引起熱電勢(shì)的變化值 。 如下圖 1012 所示 , 不平衡電橋由三個(gè)電阻溫度系數(shù)較小的錳銅絲繞制的電阻 R R2 、 R3電阻溫度系數(shù)較大的銅絲繞制的電阻 RCu 和穩(wěn)壓電源組成 。 補(bǔ)償電橋與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度 , 但由于 RCu的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化 , 如果適當(dāng)選擇橋臂電阻和橋路電流 , 就可以使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓 Uab補(bǔ)償由于參考端溫度 t0變化引起的熱電勢(shì) EAB(t, t0)變化量 , 從而達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康?。 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 圖 10－ 12 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 4． 熱電偶測(cè)溫線路 熱電偶測(cè)溫時(shí) , 它可以直接與顯示儀表 （ 如電子電位差計(jì) 、 數(shù)字表等 ） 配套使用 , 也可與溫度變送器配套 , 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) , 圖 10 13 為典型的熱電偶測(cè)溫線路 。 如用一臺(tái)顯示儀表顯示多點(diǎn)溫度時(shí) , 可按 圖 10 14連接 , 這樣可節(jié)約顯示儀表和補(bǔ)償導(dǎo)線 。 特殊情況下 , 熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)使用 , 但只能是同一分度號(hào)的熱電偶 , 且參考端應(yīng)在同一溫度下 。 如熱電偶正向串聯(lián) , 可獲得較大的熱電勢(shì)輸出和提高靈敏度 。 在測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差時(shí) , 可采用熱電偶反向串聯(lián) 。 利用熱電偶并聯(lián)可以測(cè)量平均溫度 。 熱電偶串 、 并聯(lián)線路 如圖 10 15 所示 第 10章 熱電勢(shì)傳感器 熱電阻傳感器 熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的 。 熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類 , 一般把金屬熱電阻稱為熱電阻 , 而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻 。 熱電阻廣泛用來測(cè)量 200~+850℃ 范圍內(nèi)的溫度 , 少數(shù)情況下 , 低溫可測(cè)量至 1K, 高溫達(dá) 1000℃ 。 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高 , 并作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器 。 熱電阻傳感器由熱電阻 、 連接導(dǎo)線及顯示儀表組成 , 如下圖 10 1
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