电量型电压输出型资料课件

电量型量型电压输出型出型资料料传统传感器传统传感器(电参量型传感器电参量型传感器(电量型传感器电量型传感器2024/7/22电量型传感器电量型传感器&电量型传感器是输出为电量，即电压、电流或电荷电量型传感器是输出为电量，即电压、电流或电荷的传感器的总称。的传感器的总称。&电量型传感器有的属于电量型传感器有的属于自源型自源型，如热电偶传感器、，如热电偶传感器、压电传感器、光电池等；有的属于压电传感器、光电池等；有的属于带激励源型带激励源型(辅助能辅助能源型，辅助能源可以是电源，也可以是磁源源型，辅助能源可以是电源，也可以是磁源)，如差动，如差动变压器式传感器、透射式电涡流传感器、压磁式、磁变压器式传感器、透射式电涡流传感器、压磁式、磁电式、霍尔式传感器等。电式、霍尔式传感器等。以上两种类型，由于其转换元件起着能量转换的以上两种类型，由于其转换元件起着能量转换的作用，故有时又统称为作用，故有时又统称为“能量转换型能量转换型”。2024/7/23(电压输出型传感器电压输出型传感器(电荷输出型传感器电荷输出型传感器(电量型传感器测量电路电量型传感器测量电路电量型传感器电量型传感器2024/7/24电压输出型传感器电压输出型传感器1 1磁电式传感器磁电式传感器2 2压磁式传感器压磁式传感器3 3霍尔式传感器霍尔式传感器4 4热电偶传感器热电偶传感器&被测量变化能引起传感器输出电压值变化的传感器称为被测量变化能引起传感器输出电压值变化的传感器称为电压输出型传感器。传感器的敏感元件和转换元件合二为电压输出型传感器。传感器的敏感元件和转换元件合二为一，输出信号是直接的电压信号，其后续测量电路只要将一，输出信号是直接的电压信号，其后续测量电路只要将信号进行放大、必要的解调信号进行放大、必要的解调(如输出为调制波如输出为调制波)就可以进行就可以进行显示。显示。2024/7/25应用示例应用示例：动圈式传声器动圈式传声器磁电式传感器磁电式传感器2024/7/26&磁电式传感器磁电式传感器(Magneto-electric Sensor)利用利用电磁感应原理电磁感应原理，将，将输入运动速度、加速度变换成感应电势输出的传感器，又称输入运动速度、加速度变换成感应电势输出的传感器，又称为为电动式传感器电动式传感器，或，或磁电感应式传感器磁电感应式传感器。&磁电式传感器具有磁电式传感器具有“双向转换双向转换”性能，能实现机性能，能实现机电的双向电的双向能量转换，使得它可以作为力驱动器、位移发生器和低频振能量转换，使得它可以作为力驱动器、位移发生器和低频振动源。动源。&基本原理基本原理：电磁感应电磁感应：因磁通量变化产生感应电动势的现象。：因磁通量变化产生感应电动势的现象。磁电式传感器磁电式传感器磁通变化率与磁场强度、磁磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关。阻、线圈运动速度有关。2024/7/27&基本原理基本原理：分类：分类：动铁式动铁式动圈式动圈式磁电式磁电式恒磁通式恒磁通式变磁通式变磁通式（变磁阻式变磁阻式）角速度型角速度型磁电式传感器磁电式传感器线速度型线速度型2024/7/281.1.恒磁通式磁电传感器恒磁通式磁电传感器磁电式传感器磁电式传感器应用示例应用示例：图图4.1 动圈式传声器动圈式传声器2024/7/291.1.恒磁通式磁电传感器恒磁通式磁电传感器(1)测量原理测量原理在恒磁通式结构中，工作气隙的磁通恒定，感应电动在恒磁通式结构中，工作气隙的磁通恒定，感应电动势是由于永久磁铁与线圈之间的相对运动势是由于永久磁铁与线圈之间的相对运动线圈切割线圈切割磁力线而产生的。磁力线而产生的。分类分类：动铁式动铁式动圈式动圈式恒磁通式恒磁通式线速度型线速度型角速度型角速度型磁电式传感器磁电式传感器2024/7/2101.1.恒磁通式磁电传感器恒磁通式磁电传感器(2)应用特性应用特性磁通式磁电传感器是磁通式磁电传感器是线性测量线性测量，可以通过，可以通过测量感应电测量感应电动势动势的大小即可知的大小即可知直线速度或角速度直线速度或角速度的大小。的大小。为提高灵敏度，应选用磁能积较大的永久磁铁和尽量为提高灵敏度，应选用磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B B。增加。增加la a和和W提提高灵敏度，但它们受体积和重量、内电阻及工作频率高灵敏度，但它们受体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。等因素的限制。磁电式传感器磁电式传感器2024/7/211应用案例：应用案例：磁电式振动传感器磁电式振动传感器12345611-弹簧；弹簧；2-壳体；壳体；3-阻尼环；阻尼环；4-磁钢；磁钢；5-线圈；线圈；6-芯轴芯轴(a)动圈式磁电速度传感器结构图动圈式磁电速度传感器结构图图图4.4 磁电式传感器振动测量系统磁电式传感器振动测量系统2024/7/212磁电式振动测量系统磁电式振动测量系统(b)动铁式磁电传感器振动测量系统动铁式磁电传感器振动测量系统信号转换器信号转换器线圈线圈 频率计频率计磁钢磁钢图图4.4 磁电式传感器振动测量系统磁电式传感器振动测量系统2024/7/2132.2.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器磁电式传感器磁电式传感器应用示例应用示例：2024/7/2142.2.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器(1)测量原理测量原理磁路磁阻变化引起磁通变化，而在线圈中产生感应电磁路磁阻变化引起磁通变化，而在线圈中产生感应电动势，因此又称为动势，因此又称为变磁阻式磁电传感器变磁阻式磁电传感器。如图如图（a）所示为测量旋转角速度的旋转式变磁通式结构，所示为测量旋转角速度的旋转式变磁通式结构，则可得两磁轭则可得两磁轭2上相互串联的两个线圈中的感应电势上相互串联的两个线圈中的感应电势e为：为：磁电式传感器磁电式传感器2024/7/2152.2.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器(1)测量原理测量原理磁电式传感器磁电式传感器如图如图（b）所示为测量振动的平移型变磁通式结构，结构及工作所示为测量振动的平移型变磁通式结构，结构及工作原理与变气隙式电感传感器相似。原理与变气隙式电感传感器相似。2024/7/2162.2.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器(2)应用特性应用特性变磁通式传感器结构简单，零点稳定，工作可靠。对变磁通式传感器结构简单，零点稳定，工作可靠。对环境条件要求不高，能在环境条件要求不高，能在-15090的温度工作，的温度工作，不影响测量精度，也能在油、水雾、灰尘等条件下工不影响测量精度，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高，约为作。但它的工作频率下限较高，约为50Hz，上限可，上限可达达100Hz。由于结构本身特点使其具有输出信号小、。由于结构本身特点使其具有输出信号小、不宜测量高转速的缺点。不宜测量高转速的缺点。磁电式传感器磁电式传感器2024/7/2172.2.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器测转速测转速测偏心测偏心测振动测振动测频数测频数磁电式传感器磁电式传感器2024/7/218应用案例：应用案例：磁脉冲式点火信号发生器磁脉冲式点火信号发生器2024/7/219&磁电传感器的应用特点：磁电传感器的应用特点：被测对象：被测对象：动态被测量动态被测量，如速度，加速度、振动，如速度，加速度、振动等。等。输出信号：输出信号：电压信号输出电压信号输出，且输出功率大，故配，且输出功率大，故配用电路较简单。用电路较简单。零位及性能稳定。零位及性能稳定。具有双向转换功能，可构成力（矩）发生器和电具有双向转换功能，可构成力（矩）发生器和电磁激振器磁激振器。磁电式传感器磁电式传感器2024/7/2203.3.磁电式驱动器磁电式驱动器磁电式传感器可以实现机磁电式传感器可以实现机-电能量的相互转换。电能量的相互转换。当用作传感器时，将机械能转换成电能，工作于发电当用作传感器时，将机械能转换成电能，工作于发电机状态；机状态；当用作驱动器时，将电能转换成机械能，工作于电动当用作驱动器时，将电能转换成机械能，工作于电动机状态。根据电磁力定律可知，载流导体在磁场中将机状态。根据电磁力定律可知，载流导体在磁场中将会受到力的作用，可以制成各种类型电动机会受到力的作用，可以制成各种类型电动机(1)基本原理基本原理磁电式传感器磁电式传感器2024/7/221直流电动机直流电动机图图4.8 直流电动机原理图直流电动机原理图AB2024/7/2223.3.磁电式驱动器磁电式驱动器(2)应用特性应用特性当线圈中通以交流电流时，磁电驱动器可作为激振器。当线圈中通以交流电流时，磁电驱动器可作为激振器。根据简谐振动原理设计的电磁激振器，主要工作形式根据简谐振动原理设计的电磁激振器，主要工作形式有有动圈式和动铁式动圈式和动铁式的两种。的两种。磁电驱动器输出频率低磁电驱动器输出频率低，一般为一般为0200Hz，个别的产品可达到，个别的产品可达到1000Hz。控制。控制和安装形式可变、频率、振幅可调，具有大距离直线和安装形式可变、频率、振幅可调，具有大距离直线往复推动动力的特点。往复推动动力的特点。磁电式传感器磁电式传感器2024/7/223应用案例：应用案例：动圈式扬声器动圈式扬声器图图4.9 动圈式扬声器动圈式扬声器2024/7/224应用示例应用示例：压磁式力传感器压磁式力传感器压磁式传感器压磁式传感器2024/7/2251.1.测量原理测量原理压磁式传感器压磁式传感器(Piezomagnetic Sensor)又称磁弹性式又称磁弹性式传感器，是利用铁磁材料的磁弹性效应工作的传传感器，是利用铁磁材料的磁弹性效应工作的传感器。感器。(1)压磁效应和磁致伸缩效应压磁效应和磁致伸缩效应压磁效应压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为部产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为“压磁效应压磁效应”。磁致伸缩效应磁致伸缩效应：某些铁磁物质在磁场中磁化时，在磁场某些铁磁物质在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或缩短，这种现象称为方向会伸长或缩短，这种现象称为“磁致伸缩效应磁致伸缩效应”。压磁式传感器压磁式传感器2024/7/2261.1.测量原理测量原理(1)压磁效应和磁致伸缩效应压磁效应和磁致伸缩效应压磁式传感器压磁式传感器铁磁材料的相对磁导率铁磁材料的相对磁导率变化与应力变化与应力之间的关系为：之间的关系为：2024/7/2271.测量原理测量原理(2)压磁式传感器的测量原理压磁式传感器的测量原理压磁式传感器是利用压磁式传感器是利用电磁感应原理电磁感应原理，通过测量线圈的，通过测量线圈的感应电动势感应电动势的大小来实现被测量的测量。的大小来实现被测量的测量。压磁式传感器压磁式传感器压磁式测力传感器的压磁元件由具有正压磁式测力传感器的压磁元件由具有正磁致伸缩效应的硅钢片粘叠而成。磁致伸缩效应的硅钢片粘叠而成。两组两组线圈互相垂直绕于压磁元件。一组接入线圈互相垂直绕于压磁元件。一组接入交流激励电流；另一组接输出。交流激励电流；另一组接输出。当压磁当压磁元件感受应力，自身的磁导率发生变化，元件感受应力，自身的磁导率发生变化，使激励线圈周围的磁力线发生畸变，致使激励线圈周围的磁力线发生畸变，致使其与感应线圈交链，因此在感应线圈使其与感应线圈交链，因此在感应线圈中中产生感应电动势产生感应电动势。2024/7/2281.测量原理测量原理(2)压磁式传感器的测量原理压磁式传感器的测量原理压磁式传感器压磁式传感器2024/7/2291.测量原理测量原理(3)应用特性应用特性利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩正效应或逆效应可以利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩正效应或逆效应可以制作检测磁场、应变、位移、扭矩、压力和电流等的制作检测磁场、应变、位移、扭矩、压力和电流等的传感器敏感元件传感器敏感元件。压磁式传感器输出的压磁式传感器输出的信号较大，一般不需放大信号较大，一般不需放大。这种。这种传感器具有输出功率大，抗干扰性能好，过载能力强，传感器具有输出功率大，抗干扰性能好，过载能力强，寿命长、维护方便、适宜在恶劣环境中可靠地运行等寿命长、维护方便、适宜在恶劣环境中可靠地运行等优点。优点。压磁式传感器压磁式传感器2024/7/2301.测量原理测量原理(3)应用特性应用特性由于超磁致伸缩材料在磁场作用下长度发生变化，发由于超磁致伸缩材料在磁场作用下长度发生变化，发生位移而做功；在交变磁场作用下生位移而做功；在交变磁场作用下,发生反复伸张与发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，将电磁能缩短，从而产生振动或声波，将电磁能(或电磁信号或电磁信号)转换成机械能或声能转换成机械能或声能(或机械位移信息或机械位移信息,或声信息或声信息)，利用材料的磁致伸缩效应可制成，利用材料的磁致伸缩效应可制成磁致伸缩执行器磁致伸缩执行器。磁致伸缩执行器的基本工作原理：通过改变磁场的大磁致伸缩执行器的基本工作原理：通过改变磁场的大小使磁致伸缩材料产生应变，从而产生力或位移。小使磁致伸缩材料产生应变，从而产生力或位移。压磁式传感器压磁式传感器2024/7/231 支撑臂支撑臂励磁线圈励磁线圈振动块振动块 测量线圈测量线圈 非晶带非晶带基座基座非晶带加速度传感器非晶带加速度传感器应用案例应用案例：非晶带加速度传感器非晶带加速度传感器2024/7/232超磁致伸缩薄膜超磁致伸缩薄膜（0）超磁致伸缩薄膜超磁致伸缩薄膜（0）基片基片薄膜式超磁致伸缩执行器原理图薄膜式超磁致伸缩执行器原理图应用案例应用案例：磁致伸缩执行器磁致伸缩执行器2024/7/233应用示例应用示例：霍尔式传感器霍尔式传感器压力 图图4.14 霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器 UHUII霍尔片霍尔片弹簧管弹簧管磁钢磁钢2024/7/2341.1.测量原理测量原理霍尔式传感器霍尔式传感器(Hall Sensor)是基于是基于霍尔效应霍尔效应原理而将被原理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换测量，如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一种传感器。成电动势输出的一种传感器。(1)霍尔效应霍尔效应霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔效应霍尔效应：半导体薄片置半导体薄片置于磁感应强度为于磁感应强度为B的磁场中，的磁场中，当有电流当有电流I流过时，只要电流流过时，只要电流方向不与磁场方向重合，则在方向不与磁场方向重合，则在垂直于电流和磁场的方向上将垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势产生电动势UH，这种现象称为，这种现象称为霍尔效应。相应的电势称为霍霍尔效应。相应的电势称为霍尔电势尔电势UH。2024/7/235霍尔电势产生的实质霍尔电势产生的实质：运动电荷受到磁场中洛伦兹力的作用，是洛伦兹力运动电荷受到磁场中洛伦兹力的作用，是洛伦兹力和电场力综合作用的结果。和电场力综合作用的结果。FLFE-+-霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(1)霍尔效应霍尔效应2024/7/236霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(1)霍尔效应霍尔效应2024/7/237结构结构：霍尔元件的结构如图所示，由具有霍尔效应的霍尔元件的结构如图所示，由具有霍尔效应的半导体薄片、电极引线及壳体组成。半导体薄片、电极引线及壳体组成。abcdB ii i UH图图4.16 霍尔元件霍尔元件用来制造霍尔元件的半导体片，用来制造霍尔元件的半导体片，几何形状对输出的霍尔电势也几何形状对输出的霍尔电势也有一定的影响。有一定的影响。l/b0.51.01.52.02.53.04.0f(l/b)0.3700.6750.8410.9230.9670.9840.996霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(2)霍尔元件霍尔元件2024/7/238不等位电势及其补偿不等位电势及其补偿不等位电势不等位电势：当磁感应强度为零时，元件通以额定：当磁感应强度为零时，元件通以额定激励电流时，霍尔电极间的空载电势称为不等位电激励电流时，霍尔电极间的空载电势称为不等位电势，或者叫零位电势。势，或者叫零位电势。霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(3)不等位电势和温度误差的补偿不等位电势和温度误差的补偿2024/7/239不等位电势及其补偿不等位电势及其补偿产生原因：产生原因：a.由于制造工艺不可能保证将两个霍尔输出电极对称地焊由于制造工艺不可能保证将两个霍尔输出电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上。面上。b.其次，材料不均匀或者工艺不良等原因对不等位电势也其次，材料不均匀或者工艺不良等原因对不等位电势也有一定影响。有一定影响。c.此外，因控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布也此外，因控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布也造成不等位电势输出。造成不等位电势输出。补偿方法：电桥补偿方法。补偿方法：电桥补偿方法。霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(3)不等位电势和温度误差的补偿不等位电势和温度误差的补偿2024/7/240温度误差及其补偿温度误差及其补偿霍尔电势、输入电阻、输出电阻也都是温度的函数，霍尔电势、输入电阻、输出电阻也都是温度的函数，从而在使用中产生温度误差。从而在使用中产生温度误差。霍尔式传感器霍尔式传感器1.1.测量原理测量原理(3)不等位电势和温度误差的补偿不等位电势和温度误差的补偿补偿方法：补偿方法：a.a.采用温度系数小的元采用温度系数小的元件；件；b.b.根据精度要求进行温根据精度要求进行温度误差补偿度误差补偿电桥电桥补偿法补偿法2024/7/241霍尔传感器是以霍尔元件为核心构成的一种磁敏传感器，霍尔传感器是以霍尔元件为核心构成的一种磁敏传感器，它是基于测量霍尔电势它是基于测量霍尔电势UH=(RH/d)IBsina进行工作的。参进行工作的。参数数电流电流I、磁场、磁场B、角度、角度a中两个保持不变，只要被测中两个保持不变，只要被测量能够引起另一个参数变化就能使霍尔电势发生变化，量能够引起另一个参数变化就能使霍尔电势发生变化，通过测量霍尔电势的大小即可测得被测量大小。通过测量霍尔电势的大小即可测得被测量大小。I I不变，不变，V VH H正比于正比于B B：测量交、直流磁感应强度、磁场：测量交、直流磁感应强度、磁场强度等，及可以转化为磁感应强度强度等，及可以转化为磁感应强度B B的物理量，如位的物理量，如位移、角度、转速和加速度等。移、角度、转速和加速度等。B B不变，不变，V VH H正比于正比于I I：测量交、直流电流、电压等参数，：测量交、直流电流、电压等参数，及可以转换为电流变化的物理量。及可以转换为电流变化的物理量。测可以转换为乘法的物理量（如功率）。测可以转换为乘法的物理量（如功率）。霍尔式传感器霍尔式传感器2.2.应用特性应用特性2024/7/242霍尔传感器测量位移及其应用霍尔传感器测量位移及其应用2024/7/243应用案例应用案例(1)：霍尔式微压力传感器霍尔式微压力传感器(a)工作过程工作过程(b)输出特性输出特性图图4.19 霍尔式微压力传感器工作原理霍尔式微压力传感器工作原理2024/7/244软铁分流翼片软铁分流翼片 开关型霍尔元件开关型霍尔元件 霍尔转速测量原理霍尔转速测量原理2024/7/245应用案例应用案例(2)：霍尔式角度传感器霍尔式角度传感器 图图4.20 霍尔式角度传感器霍尔式角度传感器霍尔元件霍尔元件2024/7/246应用案例应用案例(3)：霍尔式点火信号发生器霍尔式点火信号发生器1-触发叶轮；触发叶轮；2-霍尔集成块；霍尔集成块；3-信号触发开关；信号触发开关；4-永久磁铁；永久磁铁；5-导磁板；导磁板；6-导线导线图图4.21 霍尔式点火信号发生器的组成和原理霍尔式点火信号发生器的组成和原理(a)(b)(c)2024/7/247应用示例应用示例：热处理温控系统热处理温控系统热电偶传感器热电偶传感器热电偶热电偶温控仪温控仪热处理炉子热处理炉子温度曲线温度曲线图图4.22 热处理温控系统热处理温控系统2024/7/2481.1.测量原理测量原理热电偶传感器热电偶传感器(Thermocouple)是热电式传感器的一是热电式传感器的一种，其变换是基于金属的种，其变换是基于金属的热电效应热电效应，将温度变化转，将温度变化转换为电势变化的传感器。换为电势变化的传感器。(1)热电效应热电效应热电偶传感器热电偶传感器热电效应热电效应：将两种不同性质将两种不同性质的导体的导体A、B组成闭合回路，组成闭合回路，如果两结点的温度如果两结点的温度T和和T0不同，不同，则在回路中有电势产生，形成则在回路中有电势产生，形成一定大小的电流，这一现象称一定大小的电流，这一现象称为热电效应或塞贝尔效应。相为热电效应或塞贝尔效应。相应的电势称为热电势，产生的应的电势称为热电势，产生的电流称为热电流。电流称为热电流。2024/7/249 (1)热电效应热电效应热电效应产生的热电势由两部分组成：热电效应产生的热电势由两部分组成：接触电势接触电势（珀（珀尔帖电势）和尔帖电势）和温差电势温差电势（汤姆逊电势）。（汤姆逊电势）。接触电势接触电势：当两种不同金属接触时，在接触处形成的电当两种不同金属接触时，在接触处形成的电势，称为接触电势。势，称为接触电势。热电偶传感器热电偶传感器1.1.测量原理测量原理2024/7/250(1)热电效应热电效应温差电势温差电势：对于单一金属，如果两端的温度不同，则温对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。的电位，形成电势，称为温差电势。热电偶传感器热电偶传感器1.1.测量原理测量原理2024/7/251(1)热电效应热电效应回路热电势回路热电势：热电偶传感器热电偶传感器1.1.测量原理测量原理2024/7/252 p结论结论：如果热电偶两电极材料相同，即如果热电偶两电极材料相同，即NA=NB，A=B 则则闭合回路的总热电势为零。因此，闭合回路的总热电势为零。因此，热电偶必须用两热电偶必须用两种不同材料作电极种不同材料作电极。如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即相同，即T=T0，闭合回路中也不产生热电势。即，闭合回路中也不产生热电势。即热热电偶两接点温度不同时，才有热电势输出电偶两接点温度不同时，才有热电势输出。必须形成闭合回路才有热电势产生必须形成闭合回路才有热电势产生。热电偶传感器热电偶传感器(1)热电效应热电效应1.1.测量原理测量原理2024/7/253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。：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。热电极热电极A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端）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热电势热电势AB2024/7/254四大工作定律：四大工作定律：中间导体定律中间导体定律连接导体定律连接导体定律中间温度定律中间温度定律标准电极定律标准电极定律热电偶传感器热电偶传感器(2)工作定律工作定律1.1.测量原理测量原理2024/7/255热电偶传感器热电偶传感器中间导体定律中间导体定律：导体导体A、B组成的热组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持其电偶，当引入第三导体时，只要保持其两端温度相同，则对回路总热电势无影两端温度相同，则对回路总热电势无影响，这就是中间导体定律。响，这就是中间导体定律。应用应用：将第三导体换成毫伏表，只要保证两个节点温度：将第三导体换成毫伏表，只要保证两个节点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。(2)工作定律工作定律1.1.测量原理测量原理2024/7/256热电偶传感器热电偶传感器连接导体定律连接导体定律：应用应用：连接导体定律是工业上运用连接导体定律是工业上运用补偿导线补偿导线进行温进行温度测量的理论基础之一。度测量的理论基础之一。(2)工作定律工作定律1.1.测量原理测量原理2024/7/257当当A与与A、B与与B相同时：相同时：热电偶传感器热电偶传感器中间温度定律中间温度定律：应用应用：中间温度定律为制订分度表奠定了理论基础。中间温度定律为制订分度表奠定了理论基础。连接导体定律和中间温度定律是连接导体定律和中间温度定律是补偿导线法补偿导线法冷端冷端温度补偿的理论基础。温度补偿的理论基础。由连接导体定律：由连接导体定律：(2)工作定律工作定律1.1.测量原理测量原理2024/7/258热电偶传感器热电偶传感器标准电极定律标准电极定律：应用应用：利用该定律可大大简化热电偶选配工作，只：利用该定律可大大简化热电偶选配工作，只要知道有关电极与标准电极配对的热电势，即可求出要知道有关电极与标准电极配对的热电势，即可求出任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。(2)工作定律工作定律1.1.测量原理测量原理2024/7/259热电偶传感器热电偶传感器热电偶的结构通常分为普通工业用热电偶和铠热电偶的结构通常分为普通工业用热电偶和铠装热电偶两种。装热电偶两种。普通热电偶通常主要由热端、热偶丝、不锈钢普通热电偶通常主要由热端、热偶丝、不锈钢保护管、安装固定件和接线盒组成。保护管、安装固定件和接线盒组成。2.2.结构和类型结构和类型安装固定件安装固定件电偶丝电偶丝绝缘套筒绝缘套筒不锈钢套管不锈钢套管引线引线口口接线盒接线盒热端热端2024/7/260图图4.27 铠装热电偶的结构铠装热电偶的结构2024/7/261图图4.28 薄膜热电偶的结构薄膜热电偶的结构2024/7/262热电偶传感器热电偶传感器2.2.结构和类型结构和类型普通装配型热电偶普通装配型热电偶铠装型热电偶铠装型热电偶可长达上百米可长达上百米厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒2024/7/263热电偶传感器热电偶传感器热电偶输出热电势与参比端温度有关，因此保热电偶输出热电势与参比端温度有关，因此保持参比端或持参比端或冷端温度恒定冷端温度恒定是热电偶准确测量的是热电偶准确测量的前提。故常需要进行热电偶的冷端补偿。前提。故常需要进行热电偶的冷端补偿。热电偶冷端补偿方法很多，有热电偶冷端补偿方法很多，有0恒温法、补偿恒温法、补偿导线法、导线法、补偿电桥法补偿电桥法、软件补偿法等等。最常、软件补偿法等等。最常用的冷端补偿方法是用的冷端补偿方法是补偿导线法补偿导线法。在一定温度范围内，与配用热电偶的在一定温度范围内，与配用热电偶的热电热性相同热电热性相同的的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。补偿导线法原理补偿导线法原理3.3.应用特性应用特性2024/7/264应用案例应用案例(1)：浸入式熔融金属温度热电偶传感器浸入式熔融金属温度热电偶传感器浸入式熔融金属温度热电偶传感器浸入式熔融金属温度热电偶传感器图图4.30 浸入式熔融金属温度热电偶传感器浸入式熔融金属温度热电偶传感器2024/7/265应用案例应用案例(2)：热电式防熄火防缺氧保护装置热电式防熄火防缺氧保护装置1-燃气进气管；燃气进气管；2-引火管；引火管；3-高压放电针；高压放电针；4-燃烧器燃烧器5-电磁阀线圈；电磁阀线圈；A1、B1-热电偶热电偶1；A2、B2-热电偶热电偶2图图4.31 热电式燃气防熄火防缺氧保护装置热电式燃气防熄火防缺氧保护装置2024/7/266&在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。其作用是将热电偶的参带有绝缘层的导线称为补偿导线。其作用是将热电偶的参比端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方，以保证冷比端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方，以保证冷端温度恒定。端温度恒定。&原理原理原理原理：由连接导体定律可知：由连接导体定律可知：可见，适当选取可见，适当选取A、B、使得：使得：由中间温度定律，上式即为：由中间温度定律，上式即为：可见，通过连接补偿导线，可使中间温度的影响消除掉。可见，通过连接补偿导线，可使中间温度的影响消除掉。补偿导线法原理补偿导线法原理2024/7/267图图4.29 热电偶补偿导线的结构原理图热电偶补偿导线的结构原理图2024/7/268谢谢谢谢