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1、会计学1热电偶测温原理热电偶测温原理(yunl)及应用详解及应用详解第一页，共32页。2023/2/72温度是物理现象中具有代表性的物理量温度是物理现象中具有代表性的物理量是十大计量单位之一是十大计量单位之一现代生活现代生活(shnghu)(shnghu)中温度测量和控制是不可缺中温度测量和控制是不可缺少的，如家用电器：电饭煲、电冰箱、空调、微波少的，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。炉这些家用电器中都少不了温度传感器。概述概述概述概述(i i sh)sh)第1页/共32页第二页，共32页。2023/2/73红外人体(rnt)探测器现代(xindi)楼宇
2、自动化(电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控)中温度是不可缺少的，概述(i sh)第2页/共32页第三页，共32页。2023/2/74现代工业中温度测量(cling)和控制是不可缺少的，概述概述概述概述(i i sh)sh)精确(jngqu)的烟草烘干木材烘干第3页/共32页第四页，共32页。2023/2/75 温度传感器的种类很多：热膨胀温度传感器：有液体、气体的玻璃式温 度计、体温计，结构简单，应用广泛；半导体热敏电阻传感器：家电、汽车上使用(shyng)，价格便宜、用量大、成本低、性能差别不大；金属电阻、热电偶、红外温度传感器：工业上常用，性能价格差别
3、比较大，精度高的通常价格比较昂贵。集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价廉，测量150以下温度。概述概述概述概述(i i sh)sh)第4页/共32页第五页，共32页。2023/2/76第第第第9 9讲讲讲讲 温度传感器原理温度传感器原理温度传感器原理温度传感器原理(yunl(yunl)与应用与应用与应用与应用-热电偶热电偶热电偶热电偶Thermoelectric Couple SensorsThermoelectric Couple Sensors一、热电偶的工作原理；一、热电偶的工作原理；一、热电偶的工作原理；一、热电偶的工作原理；二、热电
4、偶测温实验二、热电偶测温实验二、热电偶测温实验二、热电偶测温实验(shyn)(shyn)三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律四、热电偶的冷端补偿及补偿导线四、热电偶的冷端补偿及补偿导线四、热电偶的冷端补偿及补偿导线四、热电偶的冷端补偿及补偿导线第5页/共32页第六页，共32页。2023/2/77YC-811 报警报警(bo jng)温度计温度计n n分辨率分辨率:0.1C/0.1F n nK Type:镍铬镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶n n可测温度范围可测温度范围-200C 1372C n n可设定上下限可设定上下限(xixin)蜂鸣报蜂鸣报警
5、警n实验：测冰水温度、测沸水(fi shu)温度（观察准确度和响应时间）第6页/共32页第七页，共32页。2023/2/78结论：当两个(lin)结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极(dinj)A自由(zyu)端（冷端、参考端）测量端（热端、工作端）热电极B热电势ABnAnB结点1结点2一、一、热电偶的工作原理热电偶的工作原理 第7页/共32页第八页，共32页。2023/2/79结论结论结论结论(jiln(jiln(jiln(jiln)：热电偶两结点所产生的总的热电势等于热电偶两结点所产生的总的热电势等于热电偶两结点所产生的总的热电势等于热电偶两结点所产生的总的热电势等于(dngy)(
6、dngy)(dngy)(dngy)热端热电势与热端热电势与热端热电势与热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差冷端热电势之差，是两个结点的温差冷端热电势之差，是两个结点的温差冷端热电势之差，是两个结点的温差t t t t 的函数：的函数：的函数：的函数：EAB EAB EAB EAB（T T T T，T0T0T0T0）=eAB=eAB=eAB=eAB（T T T T）-eAB-eAB-eAB-eAB（T0 T0 T0 T0）热电势与两个(lin)结点的温差t 成函数关系第8页/共32页第九页，共32页。2023/2/7101、热电效应、热电效应(r din xio yng)18211821
7、年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热酒精灯加热酒精灯加热酒精灯加热(ji r)(ji r)其中一个结点，发现放在回路中的指南针发生偏其中一个结点，发现放在回路中的指南针发生偏其中一个结点，发现放在回路中的指南针发生偏其中一个结点，发现放在回路中的指南针发生偏转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热
8、(ji r)(ji r)，指南针的偏转，指南针的偏转，指南针的偏转，指南针的偏转角反而减小。角反而减小。角反而减小。角反而减小。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生(chnshng)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。将两种不同材料的导体A和B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。！两端温度不同的导体会产生电动势！两种不同的导体接在一起会产生电动势？能用来制作传感器吗ABTT0第9页/共32页第十页，共32页。2023/2/7112、热电势、热电势(dinsh)的的组成：组成：接触电势接触电势当相互接触的两金属密度
9、不同时产生当相互接触的两金属密度不同时产生(ch(ch nshng)nshng)接触电势。接触电势。温差电势温差电势同一金属，若两端的温度不同则产生同一金属，若两端的温度不同则产生(ch(ch nshng)nshng)温差电势。温差电势。第10页/共32页第十一页，共32页。2023/2/712 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的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，在两金属密度不同，在两金属密度不同，在两金属密度不同，在两金属A A A A和和和和B B
10、B B的接触点处会发生自由电子的扩的接触点处会发生自由电子的扩的接触点处会发生自由电子的扩的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属散现象。自由电子将从密度大的金属散现象。自由电子将从密度大的金属散现象。自由电子将从密度大的金属A A A A扩散到密度小的金扩散到密度小的金扩散到密度小的金扩散到密度小的金属属属属B B B B，使，使，使，使A A A A失去失去失去失去(shq)(shq)(shq)(shq)电子带正电，电子带正电，电子带正电，电子带正电，B B B B得到电子带负电，从得到电子带负电，从得到电子带负电，从得到电子带负电，从而产生接触电势。而产生接触电势。而
11、产生接触电势。而产生接触电势。自由电子(z yu din z)ABEAB（T）T接触电势的大小(dxio)与温度有关式中:K波尔兹曼常数;e单位电荷电量;NAT、NBT温度为T导体A、B的电子密度。方向：从密度小指向密度大的接触电势第11页/共32页第十二页，共32页。2023/2/713ABTT0两个结点处分别(fnbi)有两个接触电势，且方向相反。整个回路中总的接触电动势为：如果两个结点(ji din)的温度相同，T=T0，则总接触电动势为0图中：NANB，TT0以顺时针为正EAB(T)EAB(T0)第12页/共32页第十三页，共32页。2023/2/714同同同同一一一一导导导导体体体体
12、的的的的两两两两端端端端温温温温度度度度不不不不同同同同时时时时,高高高高温温温温端端端端的的的的电电电电子子子子能能能能量量量量要要要要比比比比低低低低温温温温端端端端的的的的电电电电子子子子能能能能量量量量大大大大,因因因因而而而而(yn(yn(yn(yn r)r)r)r)从从从从高高高高温温温温端端端端跑跑跑跑到到到到低低低低温温温温端端端端的的的的电电电电子子子子数数数数比比比比从从从从低低低低温温温温端端端端跑跑跑跑到到到到高高高高温温温温端端端端的的的的要要要要多多多多,结结结结果果果果高高高高温温温温端端端端因因因因失失失失去去去去电电电电子子子子而而而而带带带带正正正正电电电电
13、,低低低低温温温温端端端端因获得多余的电子而带负电因获得多余的电子而带负电因获得多余的电子而带负电因获得多余的电子而带负电,因此因此因此因此,在导体两端便形成温差电势。在导体两端便形成温差电势。在导体两端便形成温差电势。在导体两端便形成温差电势。自由电子(z yu din z)TT0接触电势的大小(dxio)与密度有关式中:K波尔兹曼常数;e单位电荷电量;NAT温度为T导体A的电子密度。AEA(T,T0)方向：从低温指向高温温差电势第13页/共32页第十四页，共32页。2023/2/715ABTT0整个(zhngg)回路中总的温差电动势为：如果(rgu)AB两金属的密度相同，则总温差电动势为0
14、以顺时针为正EB(T,T0)EA(T,T0)第14页/共32页第十五页，共32页。2023/2/716接触电势接触电势当相互接触的两金属的密度不同时产生当相互接触的两金属的密度不同时产生接触电势，其大小与结点的温度相关。接触电势，其大小与结点的温度相关。温差电势温差电势同一同一(tngy)(tngy)金属，若两端的温度不同金属，若两端的温度不同则产生温差电势，其大小其密度相关。则产生温差电势，其大小其密度相关。结论结论结论结论(jiln)(jiln)：第15页/共32页第十六页，共32页。2023/2/717回路(hul)中总热电动势为：EAB(T,T0)=EB(T,T0)+EAB(T)-EA
15、B(T0)-EA(T,T0)以顺时针为正蓝色的为接触电势绿色(l s)的为温差电势ABTT0EB(T,T0)EA(T,T0)如果A、B密度相同（均质导体），则不存在接触电动势，两导体内温差(wnch)电动势，大小相等，方向相反，总热电势为0。即为均质导体定律如果两结点温度相同（T=T0），则不存在温差电动势，两结点处接触电动势，大小相等，方向相反，总热电势为0.EAB(T)EAB(T0)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。第16页/共32页第十七页，共32页。2023/2/718热电势热电势(dinsh)=(dinsh)=接触电势接
16、触电势(dinsh)+(dinsh)+温差电温差电势势(dinsh)(dinsh)EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)+EB(T,T0)-EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)+EB(T,T0)-EA(T,T0)EA(T,T0)结论结论结论结论(jiln)(jiln)：当nA=nB，不存在(cnzi)接触电势EAB E总=EB(T,T0)-EA(T,T0)=0 当T=T0，不存在温差电势EA、EB E总=EAB(T)-EAB(T0)=0 第17页/共32页第十八页，共32页。2023/2/719（1）在总热电势(dinsh)中,温差电势(dinsh)比接触电势(dinsh
17、)小很多,可忽略不计,热电偶的热电势(dinsh)可表示为：EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0)（2）对于已选定(xun dn)的热电偶,当参考端温度T0恒定时,EAB(T0)=C为常数,则总的热电势就只与温度T成单值函数关系,即 EAB(T,T0)=EAB(T)-C=f(T)3、热电势(dinsh)与被测温度的关系：（3）实际应用中,热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来确定的。分度表是在参考端温度为0时,通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。第18页/共32页第十九页，共32页。2023/2/720K K热电偶的热电偶的热电偶的热电偶的分度表分度表分度表分度
18、表 热电偶的冷端温度(wnd)为0C，查表得出被测温度(wnd)？如何利用(lyng)分度表来确定温度？3种环境(hunjng)下（K型热电偶）热端的热电势分别为0、为4、为-3.5。第19页/共32页第二十页，共32页。2023/2/7214 4 4 4、几种、几种、几种、几种(j zhn)(j zhn)(j zhn)(j zhn)常用热电偶常用热电偶常用热电偶常用热电偶分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围 1000 C热电势热电势/mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C 10.50610.506S
19、铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬(铝铝)-2001372 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康康 铜铜)270800 C C?第20页/共32页第二十一页，共32页。2023/2/722几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线线线线(qxin)(qxin)(qxin)(qxin)分析分析分析分析 哪几种热电偶的测温上限(shngxin)较高？结论(jiln)：哪几种热电偶的线性较差？哪一种热电偶的灵敏度较高？哪一种热电偶的灵敏
20、度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？第21页/共32页第二十二页，共32页。2023/2/723二、热电偶测温实验二、热电偶测温实验(shyn)n n测出变色涂料(tlio)的变色温度n n超温报警实验CPU散热风扇(fngshn)低温时显示蓝色温度升高后变为红色第22页/共32页第二十三页，共32页。2023/2/724问题问题(wnt)：n n1、测量时，热端在哪？冷端在哪？热电势是用什么检测仪表测量的？测量仪表的导线(doxin)与热电阻的导体不同，是不是会对测量结果产生影响？n n2、冷端怎么保持0度？若是不为0度怎么办？第23页/共32页第二十四页，共32页。2023/2/7
21、251)中间导体(dot)定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体(dot)，只要其两端的温度相等，该导体(dot)的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V同时也解决了测量头热端远离冷端的问题，中间可用其他(qt)导线连接。三、热电偶测温基本定律第24页/共32页第二十五页，共32页。2023/2/7262)中间(zhngjin)温度定律 热电偶AB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时的热电势的代数和：EAB(T,T0）=EAB(T,Tc）+EAB(Tc,T0）ABTT0=ABTTC+ABTcT0该定律是参考端温度计算修正法的理
22、论依据。在实际热电偶测温回路(hul)中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0的热电势进行修正。第25页/共32页第二十六页，共32页。2023/2/727热电偶基本定律解决了两个问题：1、实际测量时冷端和热端相隔很远（中间导体定律）热电偶补偿导线2、实际测量时冷端温度(wnd)不为0度（中间温度(wnd)定律）冷端补偿四、热电偶补偿四、热电偶补偿(bchng)导线及冷导线及冷端温度补偿端温度补偿(bchng)第26页/共32页第二十七页，共32页。2023/2/728 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(ybio)或控制仪表(ybio),这样
23、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0100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。热电偶补偿(bchng)导线第27页/共32页第二十八页，共32页。2023/2/729 (1)参考端温度修正法：参考端温度不等于0,则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。EAB(T,0）=EAB(T,T0）+EAB(T0,0）(2)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
24、容器中,以便参考端温度保持0.(3)参考端温度自动补偿(bchng)法（补偿(bchng)电桥法）：补偿(bchng)电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿(bchng)信号,来自动补偿(bchng)热电偶测量过程中因参考端温度不为0或变化而引起热电势的变化值。冷端补偿(bchng)方法第28页/共32页第二十九页，共32页。2023/2/730 如图所示,不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻r1、r2、r3、电阻温度系数较大(jio d)的铜丝绕制的电阻RCu 和稳压电源组成。补偿电桥与热电偶参考端处在同一环境温度,但由于RCu的阻值随环境温度变化而变化,如果适当选择桥臂电阻和桥路电流,就可以使电桥产生的不平衡电压Uab补偿由于参考端温度变化引起的热电势EAB(t,t0)变化量,从而达到自动补偿的目的。第29页/共32页第三十页，共32页。2023/2/731普通普通普通普通(ptng)(ptng)(ptng)(ptng)装配型热电偶装配型热电偶装配型热电偶装配型热电偶的外形的外形的外形的外形安装(nzhung)螺纹安装(nzhung)法兰第30页/共32页第三十一页，共32页。2023/2/732课外课外(kwi)实验实验n n实时监测电脑CPU的运行温度，并设置(shzh)超温报警。第31页/共32页第三十二页，共32页。