第五章热电偶传感器PPT讲稿.ppt

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1、第五章热电偶传感器第1页，共59页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 一、一、温度测量的基本概念温度测量的基本概念 温度标志着物质内温度标志着物质内部大量分子无规则运动部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！在高温时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温第2页，共59页，编辑于2022年，星期三二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温

2、标。它规定了温。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。度计的刻度均由温标确定。2 2、国际上规定的温标有：、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、摄氏温标、华氏温标、热力学温标热力学温标等。等。课本 P213定义第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第3页，共59页，编辑于2022年，星期三几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温为37 C C，相，相当于华氏温当于华氏温度多少度？度多少度？二、温标二、温标 第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第4页，共59页，编辑于

3、2022年，星期三热力学温标（热力学温标（K K）热力学温标是建立热力学温标是建立在热力学第二定律基础上在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开的最科学的温标，是由开尔文（尔文（Kelvin）根据热力）根据热力学定律提出来的，因此又学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（，单位是开尔文（K）。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵像开尔文勋爵像二、温标二、温标 第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第5页，共59页，编辑于2022年，星期三1990国际温标国际温标(ITS-90)从从1990年年1月月1日开始在全世界范围内采用日开始在全世界

4、范围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为器以及计算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01 C）等。）等。二、温标二、温标 第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第6页，共59页，编辑于2022年，星期三 按照按照用途用途可分为基准温度计和工业温度计；可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为按照测量方法又可分为接触式接触式和和非接触式非接触式；按工作原理又可分为按工作原理又可分为膨胀式膨胀式、电阻

5、式电阻式、热电式热电式、辐射辐射式式等等；等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。按输出方式分，有自发电型、非电测型等。三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第7页，共59页，编辑于2022年，星期三介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨装满热水后图案变得清晰可辨三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第8页，共59页，编辑于2022年，星期三变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中

6、的示温作用CPU散热风扇散热风扇低温时显示蓝色低温时显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第9页，共59页，编辑于2022年，星期三 不需要电源，耐用；但感温部件体不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。积较大。气体的体积与热力学气体的体积与热力学温度成正比温度成正比介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法 体积热膨胀式体积热膨胀式 三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第10页，共59页，编辑于2022年，星期三介绍几种温度测量

7、方法介绍几种温度测量方法 红外温度计红外温度计三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第11页，共59页，编辑于2022年，星期三热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点:1、它它属属于于自自发发电电型型传传感感器器：测测量量时时可可以以不不需需外外加加电电源源，可可直接驱动动圈式仪表；直接驱动动圈式仪表；2、测温范围广、测温范围广：下限可达：下限可达-270 C C，上限可达，上限可达18001800 C C以上；以上；3 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国际计量委员会国际计量委员会的标准。的标准。三、温度测量及传

8、感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 第12页，共59页，编辑于2022年，星期三热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考端、（参考端、冷端冷端）第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作端、（工作端、热端热端）热电极热电极B B热电势热电势AB先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示结论：结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。一、热电效应一、热电效应 第13页，共59页，编辑于2022年，星期三 1821年，德国物

9、理学家年，德国物理学家赛贝克赛贝克用两种不同金属组成用两种不同金属组成闭合回路闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的中的指南针发生偏转指南针发生偏转（说明什么？）（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结如果用两盏酒精灯对两个结点点同时加热，指南针的偏转角反而减小同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。

10、从实验到理论：热电效应从实验到理论：热电效应第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 第14页，共59页，编辑于2022年，星期三自由自由电子电子ABeAB（T T）T T结点产生热电势的结点产生热电势的微观微观解释及解释及图形符号图形符号 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属金属A和和B的接触点处会发生自由电子的的接触点处会发生自由电子的扩散现象扩散现象。自由电子将从密度大。自由电子将从密度大的金属的金属A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B，使，使A失去电子带正

11、电失去电子带正电，B得到电子带负得到电子带负电电，从而产生，从而产生热电势热电势。从实验到理论：热电效应从实验到理论：热电效应第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 第15页，共59页，编辑于2022年，星期三热电效应的热电效应的定义：定义：将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A和和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 第16页，

12、共59页，编辑于2022年，星期三ABTT0kk玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，ee电子电荷量，电子电荷量，TT接触处的温度，接触处的温度，N NA A，N NB B分别为导体分别为导体A A和和B B的自由电子密度。的自由电子密度。接触电动势接触电动势不同材料之间不同材料之间:节点处电子的扩散所致节点处电子的扩散所致第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 二、热电势二、热电势（接触电动势和温差电动势接触电动势和温差电动势）第17页，共59页，编辑于2022年，星期三 温差电动势温差电动势A A，B B汤姆逊温度系数。汤姆逊温度系数。同种材料：同种材料：两端温度不同两端温度不同电子运动速度

13、不同电子运动速度不同回路中总电动势：回路中总电动势：第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 二、热电势二、热电势（接触电动势和温差电动势接触电动势和温差电动势）ABTT0第18页，共59页，编辑于2022年，星期三2)2)中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V1)1)均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的

14、横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。以及温度分布如何均不产生热电动势。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律第19页，共59页，编辑于2022年，星期三ABTT0=ACTT0CBTT03)3)参考电极定律参考电极定律 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电偶，如果他们所产生的组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，热电动势为已知，A A和和B B两极配对后的热电动势可用下式求得：两极配对后的热电动势可用下式求得：4)4)中间温度定律中间温度定律 热电偶在两接点温度热电偶在两接点温度t t、t

15、t0 0时的热电动势等于该热电偶在接点温时的热电动势等于该热电偶在接点温度为度为t t、t tn n和和t tn n、t t0 0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以用下式表示：用下式表示：中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律第20页，共59页，编辑于2022年，星期三 根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶。极

16、组成热电偶。在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：件：(1)(1)温度测量范围广；温度测量范围广；(2)(2)性能稳定；性能稳定；(3)(3)物理化学性能好；物理化学性能好；第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类1、热电偶的材料、热电偶的材料第21页，共59页，编辑于2022年，星期三1）普通工业装配式热电偶的结构普通工业装配式热电偶的结构 热电偶通常由热电极、绝缘管、保护热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。套管和接线盒等几个主要部分组成。2、热电偶的结构、热电偶的结构第三节第

17、三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类第22页，共59页，编辑于2022年，星期三2）铠装热电偶的结构铠装热电偶的结构2、热电偶的结构、热电偶的结构 铠装热电偶的制造工艺铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠装热

18、电偶特点：铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。弯曲、超长等优点。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类第23页，共59页，编辑于2022年，星期三铠装热电偶结构第24页，共59页，编辑于2022年，星期三铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型

19、热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶横铠装型热电偶横截面截面第25页，共59页，编辑于2022年，星期三2、热电偶的结构、热电偶的结构3）隔爆型热电偶隔爆型热电偶 结构特点结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过构，它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机机构强度构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接

20、线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。预期的防爆、隔爆效果。使用场合：使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业化学工业自控系统中自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。炸）。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类第26页，共59页，编辑于20

21、22年，星期三隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线第27页，共59页，编辑于2022年，星期三其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶第28页，共59页，编辑于2022年，星期三1 1）标准型热电偶）标准型热电偶2 2）非标准型热电偶）非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。主要有：铂铑主要有：铂铑30-铂铑铂铑6热电偶，热电偶，分度号分度号“B”；铂铑铂铑10-铂热电偶，分度号铂热电偶，分度号“S”；镍铬镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶，分度号，分度号“

22、K”；镍铬镍铬-康铜热电偶康铜热电偶，分度号，分度号“E”；铁铁-康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号“J”；铜铜-康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号“T”。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类3、热电偶的种类、热电偶的种类第29页，共59页，编辑于2022年，星期三K K热电偶的分热电偶的分度表度表 比较查出的比较查出的3个热电势，可个热电势，可以看出热电势是以看出热电势是否否线性？线性？第30页，共59页，编辑于2022年，星期三 设设冷端为冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示值示值及及K热电偶的热电偶的分度分度表，表，查出查

23、出热端的温度热端的温度tx 。如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值第31页，共59页，编辑于2022年，星期三4.型型号号表表示示第32页，共59页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿 由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有将冷由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有将冷端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的被测温度。端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的被测温度。由于很难保证冷端温度在恒定由于很难保证冷端温度在恒定00故常采取一些冷故常采取一些冷端补偿措施，主要有：端补偿措施，主要有：

24、冷端恒温法冷端恒温法 、补偿导线法补偿导线法 、计算修正法、计算修正法、桥补偿法桥补偿法等几种。等几种。第33页，共59页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）冷端恒温法冷端恒温法0恒温器恒温器 将热电偶的冷端置于温度为将热电偶的冷端置于温度为0的恒温器内。用于实验室或精密的温的恒温器内。用于实验室或精密的温度测量。度测量。（冰浴法冰浴法）其他恒温器其他恒温器 将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，避将热电

25、偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器的温度不为免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器的温度不为0，需对热电偶进行冷端温度修正。，需对热电偶进行冷端温度修正。第34页，共59页，编辑于2022年，星期三冰浴法接线图冰浴法接线图 1 1被测流体管道被测流体管道 2 2热电偶热电偶 3 3接线盒接线盒 4 4补偿导线补偿导线 5 5铜质铜质导线导线 6 6毫伏表毫伏表 7 7冰瓶冰瓶 8 8冰水混合物冰水混合物 9 9试管试管 10 10新新的冷端的冷端 第35页，共59页，编辑于2022年，星期三补偿导线法补偿导线法 由于受到材料价格的限制不

26、可能做很长，而要使其冷端不受测温由于受到材料价格的限制不可能做很长，而要使其冷端不受测温对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采用补偿导线可以做到这对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采用补偿导线可以做到这一点。一点。所谓所谓补偿导线补偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0150温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。要便宜。型号型号配用热电偶配用热电偶正正-负负导线外皮颜色导线外皮颜色 正正-负负SCSC铂铑铂铑1010-铂铂红红-绿绿KCKC镍铬镍铬-镍硅镍硅红红

27、-蓝蓝WCWC5/265/26钨铼钨铼5 5-钨铼钨铼2626 红红-橙橙补偿导线在补偿导线在0 0150150 C范围范围内的热电势与配套的热内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，所电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。以不影响测量精度。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）第36页，共59页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补

28、偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）补偿导线法补偿导线法 实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。下面以炉温测量为例说明补偿导线的作用。下面以炉温测量为例说明补偿导线的作用。如采用镍铬如采用镍铬-镍硅热电偶测炉温，热端为镍硅热电偶测炉温，热端为800 800，冷端为，冷端为50 50 ，仪，仪表室为表室为20 20。先分别查表得：先分别查表得：E E（800,0800,0）=33.277m

29、V=33.277mV、E(50,0)=2.022mV E(50,0)=2.022mV、E(20,0)=0.798mV E(20,0)=0.798mV。则不补偿时输入仪表的热电势为：则不补偿时输入仪表的热电势为：E(800,50)=33.277-2.022=31.255mV E(800,50)=33.277-2.022=31.255mV（相当于（相当于751 751 ），），采用补偿导线后则为：采用补偿导线后则为：E(800,20)=33.277-0.798=32.479mV E(800,20)=33.277-0.798=32.479mV（相当于（相当于781 781 ），），第37页，共59页

30、，编辑于2022年，星期三第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）计算修正法计算修正法 测量值再加上冷端温度到测量值再加上冷端温度到0 的热电势，现可利用计算机进的热电势，现可利用计算机进行自动计算补偿。例用型热电偶测温度，冷端为行自动计算补偿。例用型热电偶测温度，冷端为40，测得的，测得的热电势为热电势为29.188(mV)，求被测温度，求被测温度T。解：已知解：已知 e(t,40)=29.188(mV)查查 E(40,0)=1.611(mV)

31、故故 E(t,0)=29.188+1.611=30.799(mV)查查K型分度表得：型分度表得：T=740 第38页，共59页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）电桥补偿法电桥补偿法热电偶的电势与温度为非线性关系；而电阻与温度的关系是线热电偶的电势与温度为非线性关系；而电阻与温度的关系是线性的，故是近似关系。补偿原理见下图：图中性的，故是近似关系。补偿原理见下图：图中R1与与R2阻值远大于其阻值远大于其它电阻，使桥路

32、具有恒流性质，并使它电阻，使桥路具有恒流性质，并使I1=I2=0.5mA；因此，其输出电压：因此，其输出电压：U=e+URCMUR5利用利用e与与URCM的相反变化来的相反变化来补偿热电偶冷端温度的改变，自补偿热电偶冷端温度的改变，自动补偿的条件为：动补偿的条件为：e=I1RCMt 第39页，共59页，编辑于2022年，星期三 电桥补偿法是电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，可购买与被补偿热电偶对应型号的补，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。偿电桥。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补

33、偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）电桥补偿法电桥补偿法 XT-WBC热电偶热电偶 冷冷端补偿器端补偿器第40页，共59页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 热电偶的应用及配套仪表热电偶的应用及配套仪表 由于我国生产的热电偶均符合由于我国生产的热电偶均符合ITS-90国际温标所规定的标准，其一致国际温标所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的值为温度，而且均已线性化。国家标

34、准的动圈式显示仪表命名为动圈式显示仪表命名为XC系列系列。有指示型（有指示型（XCZ）和指示调节型（）和指示调节型（XCT）等系列品种。与）等系列品种。与K型热电偶配套型热电偶配套的动圈仪表型号为的动圈仪表型号为XCZ-101或或XCT-101等。数字式仪表也有等。数字式仪表也有指示型指示型（XMZ）和指示调节型（）和指示调节型（XMT）等几种系列品种。等几种系列品种。第41页，共59页，编辑于2022年，星期三XCZ系列指针式显示仪表系列指针式显示仪表 XC系列系列动圈式仪动圈式仪表测量机构的核心部件表测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。是一个磁电式毫伏计。动圈式仪表与热电偶配动圈式仪表与

35、热电偶配套测温时，热电偶、连套测温时，热电偶、连接导线（补偿导线）、接导线（补偿导线）、调整电阻和显示仪表组调整电阻和显示仪表组成了一个闭合回路。成了一个闭合回路。1热电偶热电偶 2补偿导线补偿导线 3冷端补偿器冷端补偿器 4外接调整电阻外接调整电阻 5铜导线铜导线 6动圈动圈 7张丝张丝 8磁钢（极靴）磁钢（极靴）9指针指针 10刻刻度面板度面板 第42页，共59页，编辑于2022年，星期三XMZ系列智能数字显示仪表系列智能数字显示仪表 特点特点：1、带冷端温度、带冷端温度自动补偿自动补偿；2、单片机智能化设计，仪表零点、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部参数可量程等全部参数可按键设定按

36、键设定；3、具有软件校验功能，可通过按键、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行对仪表进行校准校准；4、具有超量程指示、断线指示等、具有超量程指示、断线指示等故障故障自诊断自诊断功能；功能；5、采用、采用开关电源开关电源，电压适应范围宽，仪，电压适应范围宽，仪表体积小、重量轻。表体积小、重量轻。6、220VAC或或24VDC供电电源供电电源。第43页，共59页，编辑于2022年，星期三XMT系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点n带冷端温度自动补偿；带冷端温度自动补偿；n具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；n双屏

37、显示、副屏显示内容可设定；双屏显示、副屏显示内容可设定；n最多可带最多可带4路报警控制继电器输出；路报警控制继电器输出；n每个报警控制点的回差可设定；每个报警控制点的回差可设定；n每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设定。定。第44页，共59页，编辑于2022年，星期三DDZDDZ型电动单元组合型电动单元组合仪表中的变送单元之一：仪表中的变送单元之一：轨装式温度变送器轨装式温度变送器 它能将热电偶（或热电阻）的输入它能将热电偶（或热电阻）的输入信号线性地转换成与温度成比例的电流信号线性地转换成与温度成比例的电流（电压）信号，

38、供给显示、控制仪表及（电压）信号，供给显示、控制仪表及计算机集散系统，广泛用于冶金、石油计算机集散系统，广泛用于冶金、石油化工、热电站、纺织、造纸等行业的测化工、热电站、纺织、造纸等行业的测温控制系统中。温控制系统中。第45页，共59页，编辑于2022年，星期三 请将请将右图各有右图各有关设备关设备正正确地连接确地连接起来，组起来，组成热电偶成热电偶测温、控测温、控温电路。温电路。黄黄绿绿红红L L1 L L2 L L3 接大地铜排接大地铜排接零接零热电偶输出端热电偶输出端电炉电炉如何如何根据常用电路设备的要求接线根据常用电路设备的要求接线第46页，共59页，编辑于2022年，星期三380V3

39、80V线圈的线圈的交流接触器交流接触器连接连接过程过程 当温度当温度控制器测得控制器测得的温度达到的温度达到设定值时，设定值时，5-6两端开两端开路，交流接路，交流接触器失电，触器失电，电炉回路被电炉回路被切断。切断。接大地铜排接大地铜排黄黄绿绿红红L L1 L L2 L L3 电炉电炉接零接零“3”端接何处端接何处热电偶热电偶第47页，共59页，编辑于2022年，星期三220V线圈的线圈的交流接触器交流接触器连接连接过程过程LLL123 当温度控当温度控制器测得的温制器测得的温度达到设定值度达到设定值时，时，5-6两端开两端开路，交流接触路，交流接触器失电，电炉器失电，电炉回路被切断。回路被

40、切断。接零接零 注意：图中注意：图中还有一根线漏还有一根线漏接，请指正！接，请指正！第48页，共59页，编辑于2022年，星期三小结：小结：本次课主要复习了热电偶的原理、种类及其使用本次课主要复习了热电偶的原理、种类及其使用中的基本定律，重点介绍了热电偶在使用中的冷端端中的基本定律，重点介绍了热电偶在使用中的冷端端补偿方法以及在温度检测中的具体应用电路，补偿方法以及在温度检测中的具体应用电路，基本要求基本要求：掌握热电偶在实际测温中的应用，会正确：掌握热电偶在实际测温中的应用，会正确选用热电偶并按要求组成一定的测温电路。选用热电偶并按要求组成一定的测温电路。作业：作业：上网查找上网查找5家以上

41、生产热电偶的企业，列出它们家以上生产热电偶的企业，列出它们所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。所生产的热电偶型号规格，了解其特性和适用范围。第49页，共59页，编辑于2022年，星期三第50页，共59页，编辑于2022年，星期三第51页，共59页，编辑于2022年，星期三应用实例应用实例(补充补充)盐浴炉温度控制系统用盐浴炉温度控制系统用S型热电偶检测温度信号，型热电偶检测温度信号，有冷端补偿，温度信号通过放大、采样保持、模数转有冷端补偿，温度信号通过放大、采样保持、模数转换再送单片机保存，采用分段查表法获取各点温度。换再送单片机保存，采用分段查表法获取各点温度。选用可控硅过零触发自

42、动控制盐浴炉温度，控制周期选用可控硅过零触发自动控制盐浴炉温度，控制周期为为2s。可按预设温度曲线进行加热，并可实时显示加。可按预设温度曲线进行加热，并可实时显示加温曲线。温曲线。第52页，共59页，编辑于2022年，星期三1）系统总体方案）系统总体方案 本系统采用晶闸管调功实现盐浴炉的温度控本系统采用晶闸管调功实现盐浴炉的温度控制，即通过控制晶闸管导通与关断的周波数比制，即通过控制晶闸管导通与关断的周波数比率，从而达到调功的目的。晶闸管的触发由单率，从而达到调功的目的。晶闸管的触发由单片机控制，通过单片机编程可方便地实现按预片机控制，通过单片机编程可方便地实现按预定温度曲线进行加热。定温度曲

43、线进行加热。第53页，共59页，编辑于2022年，星期三盐浴炉炉温由热电偶感应，通过信号放大、采盐浴炉炉温由热电偶感应，通过信号放大、采样保持、样保持、A/D转换，再由单片机进行数据处理转换，再由单片机进行数据处理及线性化校正，以实现盐浴炉实际温度的检测及线性化校正，以实现盐浴炉实际温度的检测和显示。其系统总体框图如下：和显示。其系统总体框图如下：第54页，共59页，编辑于2022年，星期三2 2）温度检测电路温度检测电路 盐浴炉常用温度在盐浴炉常用温度在8001500之间，热电偶之间，热电偶是测温的一次仪表，对它的选择将直接影响检测是测温的一次仪表，对它的选择将直接影响检测精度。目前测温常选

44、用精度。目前测温常选用K型镍铬型镍铬-镍硅热电偶，镍硅热电偶，它具有较好的温度它具有较好的温度-热电势线性度，便于后续数热电势线性度，便于后续数据处理，但它不宜长期在据处理，但它不宜长期在1300左右的高温下使左右的高温下使用。因此，这里选用用。因此，这里选用S型铂铑型铂铑-铂热电偶，其测铂热电偶，其测温范围为温范围为01600，它与，它与K型相比，有较高的精型相比，有较高的精度，但它的线性度较差。度，但它的线性度较差。第55页，共59页，编辑于2022年，星期三 为此，采取每为此，采取每10分一段，分一段，8001500之间共分之间共分70段，在每一段中取各段中点的热电段，在每一段中取各段中

45、点的热电势率势率K作为各段诸点热电热率的平均值。该近作为各段诸点热电热率的平均值。该近似修正方法误差小，不超过放大电路和似修正方法误差小，不超过放大电路和A/D转转换等环节所产生的误差。热电偶温度检测与放换等环节所产生的误差。热电偶温度检测与放大电路如下图。大电路如下图。第56页，共59页，编辑于2022年，星期三 其其中中ViVi为为热热电电偶偶感感应应的的热热电电势势输输入入，经经自自稳稳零高精度运放零高精度运放ICL7650ICL7650放大后，放大后，V V0101=(R=(R4 4+R+R5 5)*Vi/R)*Vi/R4 4 再由第二级运放再由第二级运放A741A741放大后放大后V

46、 V0202=(R=(R8 8+R+R7 7)(R)(R4 4+R+R5 5)Vi/R)Vi/R4 4R R5 5 最最后后，为为实实现现阻阻抗抗变变换换匹匹配配需需射射极极跟跟随随器器，也也由由A741A741实实现现。A/D转转换换选选用用ADC0809，数数字字量量送送单单片片机机，进进行行数数值值处处理理后后得得实实际际炉炉温，送温，送LED显示。显示。第57页，共59页，编辑于2022年，星期三 3 3）过零检测及晶闸管触发电路过零检测及晶闸管触发电路 本本系系统统采采用用双双向向晶晶闸闸管管，即即可可控控硅硅作作为为输输出出功功率率控控制制部部件件，通通过过可可控控硅硅调调压压来来实实现现交交流流调调功功。触触发发有有两两种种方方法法，即即移移相相触触发发和和过过零零触触发发。移移相相触触发发是是通通过过改改变变电电压压调调节节导导通通角角来来实实现现调调压压，但但改改变变电电压压波波形形。过过零零触触发发不不改改变变电电压压的的波波形形而而只只改改变变电电压压全全波波通通过过的的次次数数。过过零零检检测测及及晶晶闸闸管管触触发发电电路路见见下下图。图。第58页，共59页，编辑于2022年，星期三第59页，共59页，编辑于2022年，星期三