第十一章热电传感器课件

11.1 概述概述热电传感器是将热电传感器是将温度温度转换为转换为电量电量的元件的元件。1.测量方法：测量方法：（一）接触式测温（一）接触式测温（二）非接触式测量（二）非接触式测量2.温标温标T=t+273.15(K)t=T-273.15(oC)国际实用温标国际实用温标摄氏温标摄氏温标11.1概述热电传感器是将温度转换为电量的元件。1.电阻式温度传感器是利用导体材料的电阻式温度传感器是利用导体材料的电阻随电阻随温度变化而变化温度变化而变化的特性来实现对温度的测量的特性来实现对温度的测量的。的。11.2 电阻式温度传感器电阻式温度传感器热电阻是热电阻是中低温区中低温区最常用的一种温度检测最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中定。其中铂热电阻铂热电阻的测量精确度是最高的，的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。标准的基准仪。应用于应用于-200600-200600范围内的温度测量范围内的温度测量 电阻式温度传感器是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特性来热电阻电阻体绝缘套管接线盒热电阻电阻体绝缘套管接线盒热电阻电阻体绝缘套管接线盒热电阻的材料要求：热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。性，且价格便宜。热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要11.2.1 常用的几种热电阻常用的几种热电阻1.铂热电阻铂热电阻铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示：似用下式表示：tttt时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值 0000时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值 在在0 0630.74630.74范围内，金属铂的电阻值范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为：与温度的关系为：11.2.1常用的几种热电阻1.铂热电阻铂电阻阻值铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出化性介质中很稳定。铂电阻的输出 输入输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。按国际温作工业测温元件和作为温度标准。按国际温标标IPTS-68规定，在规定，在-259.34630.73温域温域内，以铂电阻温度计作基准器。内，以铂电阻温度计作基准器。铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电在在-50150范范围围内内，铜铜电电阻阻化化学学、物物理理性性能能稳稳定定，输输出出 输输入入特特性性接接近近线线性性，价价格低廉。格低廉。2.铜热电阻铜热电阻铜电阻阻值与温度变化之间的关系可近似铜电阻阻值与温度变化之间的关系可近似表示为：表示为：铜电阻的缺点是电阻率低，体积大，热惯铜电阻的缺点是电阻率低，体积大，热惯性大，另外铜容易氧化。性大，另外铜容易氧化。tttt时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值 0000时的电阻值时的电阻值时的电阻值时的电阻值 在-50150范围内，铜电阻化学、物理性能稳定，输出Rt为热电阻为热电阻,r1、r2、r3为引线电阻为引线电阻,R1、R2为两桥臂电阻为两桥臂电阻,R1=R2,R3为调整电为调整电桥的精密电阻。桥的精密电阻。M表内阻很大，故电流近似表内阻很大，故电流近似为零。当为零。当UA=UB时电桥平衡。若使时电桥平衡。若使r1=r2,则则R3=Rt,就可消除引线电阻的影响。就可消除引线电阻的影响。1.三线式电桥连接法三线式电桥连接法11.2.2 热电阻测量线路热电阻测量线路R R1 1R R2 2R R3 3R Rt tr r1 1r r3 3r r2 2E EA AB BMM图图11-6 11-6 三线接法三线接法Rt为热电阻,r1、r2、1.三线式电桥连接法11.11.2.3 热敏电阻热敏电阻热敏电阻是利用热敏电阻是利用半导体半导体的电阻值随温度的的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在很小，故动态特性好，特别适于在-100300之间测温。之间测温。热敏电阻的缺点是热敏电阻的缺点是互换性较差互换性较差，另外其，另外其热热电特性是非线性的电特性是非线性的。11.2.3热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻值随温11.2.4 热敏电阻的结构热敏电阻的结构热敏电阻是由一些热敏电阻是由一些金属氧化物金属氧化物，如钴，如钴（Co）、锰（）、锰（Mn）、镍（）、镍（Ni）等的氧化物）等的氧化物采用不同比例配方，采用不同比例配方，高温烧结高温烧结而成。其形而成。其形状有状有珠状、片状、杆状、垫圈状珠状、片状、杆状、垫圈状等。等。（b b b b）片状）片状）片状）片状（c c c c）杆状）杆状）杆状）杆状（d d d d）垫圈状）垫圈状）垫圈状）垫圈状图图11-7 11-7 热敏电阻的结构类型热敏电阻的结构类型（a a a a）珠状）珠状）珠状）珠状玻璃壳玻璃壳玻璃壳玻璃壳热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻引线引线引线引线11.2.4热敏电阻的结构热敏电阻是由一些金属氧化物，如10108 810102 210104 410106 60 0 热敏电阻主要有三种类型，即正温度系数热敏电阻主要有三种类型，即正温度系数型型(PTC)(PTC)、负温度系数型、负温度系数型(NTC)(NTC)、和临界温度、和临界温度系数型系数型(CTR)(CTR)。可见可见CTRCTR临界热敏电阻临界热敏电阻有一突变温度，此特有一突变温度，此特性可用于自动控温和性可用于自动控温和报警电路中。报警电路中。11.2.5 热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性图图图图11-8 11-8 三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性三类热敏电阻的温度特性温度（温度（温度（温度（）电阻（电阻（电阻（电阻（）NTCNTCCTRCTRPTCPTC40408080 120120 160160 1801801081021041060热敏电阻主要有三种类型，即正温度图图11-9 NTC11-9 NTC热敏电阻器热敏电阻器的伏的伏安曲线安曲线UaUmabcoI/mAU/Voa段段线性工作区线性工作区ab非线性正阻区非线性正阻区bc非线性负阻区非线性负阻区IaIm1.NTC热敏电阻的伏热敏电阻的伏安特性安特性图11-9NTC热敏电阻器的伏安曲线UaUmabcoI图图11-10 PTC11-10 PTC伏伏安特性曲线安特性曲线 IaImI/mAabcUaUmU/V2.PTC热敏电阻的伏热敏电阻的伏安特性安特性图11-10PTC伏安特性曲线IaImI/mAabcU11.2.6 热敏电阻的应用热敏电阻的应用1.温度测量；温度测量；2.温度补偿；温度补偿；3.温度控制；温度控制；4.过热保护；过热保护；5.家用电器应用。家用电器应用。11.2.6热敏电阻的应用温度测量；1.热电效应热电效应 11.3 11.3 热热 电电 偶偶11.3.1 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 1.热电效应11.3热电偶11.3.1B BA AT T0 0T TB BA AT T0 0T T热电势热电势 EAB(T,T0)热电偶热电偶热电极热电极热端（工作端）热端（工作端）冷端（自由端）冷端（自由端）BAT0TBAT0T热电势EAB(T,T0)热电偶热电（1 1）接触电动势）接触电动势接触电势接触电势温差电势温差电势若金属若金属A A的自由电子浓度大于金属的自由电子浓度大于金属B B的，的，则在同一瞬间由则在同一瞬间由A A扩散到扩散到B B的电子将比由的电子将比由B B扩散到扩散到A A的电子多，因而的电子多，因而A A对于对于B B因失去电因失去电子而带正电，子而带正电，B B获得电子而带负电，在接获得电子而带负电，在接触处便产生电场。触处便产生电场。A A、B B之间便产生了一之间便产生了一定的接触电动势。定的接触电动势。热电势热电势 EAB(T,T0)（1）接触电动势接触电势若金属A的自由电子浓度大于金属B的接触电动势的大小与两种金属的材料、接接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。何形状无关。对于温度为对于温度为T的接点，有下列接触电动势公的接点，有下列接触电动势公式：式：上式说明接触电动势的大小与上式说明接触电动势的大小与接点温度接点温度的的高低及导体中的高低及导体中的电子密度电子密度有关。有关。N N N NA A A A为导体为导体为导体为导体A A A A的自由的自由的自由的自由电子密度电子密度电子密度电子密度N N N NB B B B为导体为导体为导体为导体B B B B的自由的自由的自由的自由电子密度电子密度电子密度电子密度接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关，与导体的直对于任何一种金属，当其两端温度不同时，对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形而带正电，低温端得到电子而带负电，形成成温差电动势，又称汤姆森电动势温差电动势，又称汤姆森电动势。（2）温差电动势）温差电动势对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不温差电动势的大小取决于导体的温差电动势的大小取决于导体的材料材料及及两端两端的温度的温度。导体。导体A两端的温差电动势可用下式两端的温差电动势可用下式表示：表示：eA（T，T0）导体导体A两端温度分别为两端温度分别为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T、T0高、低温端的绝对温度；高、低温端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度两端的温度差为差为1时所产生的温差电动势。时所产生的温差电动势。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。导体A两端的温同样导体同样导体B两端的温差电动势如下式所示：两端的温差电动势如下式所示：同样导体B两端的温差电动势如下式所示：图图11-14 11-14 闭合回路总的热电势闭合回路总的热电势A AB BT TT T0 0-e eA A(T T,T T0 0)e eB B(T T,T T0 0)e eABAB(T T)e eABAB(T T0 0)(3)回路总电动势回路总电动势图11-14闭合回路总的热电势ABTT0-eA(T,T0由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。接触电动势。NAT和和NAT0可记做可记做NA，NBT和和NBT0可记做可记做NB，则，则 有有在标定热电偶时，一般使在标定热电偶时，一般使T0为常数，则为常数，则 由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，热电偶回路的热电动势只与组成热电偶热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；的材料及两端接点的温度有关；与热电偶与热电偶的长度、粗细、形状无关的长度、粗细、形状无关。2.2.热电偶基本性质热电偶基本性质 只有用不同性质的材料才能组合成热电只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。因为当偶，相同材料不会产生热电动势。因为当A、B两种导体是同一种材料时，两种导体是同一种材料时，ln（NA/NB）=0，所以，所以EAB（T，T0）=0。热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即也不产生热电动势，即EAB（T，T0）=0。导体材料确定后，热电动势的大小只与导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使热电偶两端的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势常数，则回路热电动势EAB（T，T0）就只）就只与温度与温度T有关，而且是有关，而且是T的单值函数，这就的单值函数，这就是利用是利用热电偶测温的基本原理热电偶测温的基本原理。只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各接点温度分别为若各接点温度分别为T1、T2TN，闭合回，闭合回路总的热电动势为：路总的热电动势为：对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各接点温度分别为3.热电偶基本定律热电偶基本定律(1)均质导体定律均质导体定律如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零；无论两接点的温度如何，热电动势均为零；反之，如果有热电动势产生，两个热电极反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。的材料则一定是不同的。根据这一定律，可以检验两个热电极材料根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同的成分是否相同(称为称为同名极检验法同名极检验法)，也可，也可以检查热电极材料的均匀性。以检查热电极材料的均匀性。3.热电偶基本定律(1)均质导体定律根据这一定律，可(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导体在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第，只要第三种导体的三种导体的两接点温度相同两接点温度相同，则回路中总，则回路中总的热电动势不变。的热电动势不变。右图回路中的总电动势为：右图回路中的总电动势为：T0T0BTAC(2)中间导体定律右图回路中的总电动势为：T0T0BTA如果回路中三个接点的温度都相同，即如果回路中三个接点的温度都相同，即TT0，则回路总电动势必为零，即：，则回路总电动势必为零，即：即即则则如果回路中三个接点的温度都相同，即TT0，则回路总电动势必如果按右图接入第三如果按右图接入第三种导体种导体C，则回路中，则回路中的总电动势为：的总电动势为：T1CT0T1TAB而而所以所以如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：T1CT0(3)标准电极定律标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。T T0 0T TE EAB AB(T T,T T0 0)A AB BT T0 0T TE EACAC(T T,T T0 0)A AC CT T0 0T TE EBC BC(T T,T T0 0)B BC C(3)标准电极定律T0TEAB(T,T0)ABT0TE两式相减得：两式相减得：（1）两式相减得：（1）若一个热电偶由若一个热电偶由A、B、C三种导体组成，三种导体组成，且回路中三个接点的温度都相同，则回路且回路中三个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：总电动势必为零，即：或或若一个热电偶由A、B、C三种导体组成，且回路中三个接点的温度即导体即导体A与与B组成的热电偶的热电动势也组成的热电偶的热电动势也可知。可知。代入（代入（1）式可得：）式可得：即导体A与B组成的热电偶的热电动势也可知。代入（1）式可得：解解：由由标标准准电电极极定定律律，镍镍铬铬和和考考铜铜热热电电偶偶的的热热电电动动势势应应等等于于镍镍铬铬合合金金与与纯纯铂铂热热电电偶偶与与考铜考铜与与纯铂纯铂热电偶的热电动势的差，即热电偶的热电动势的差，即例例11-1 热端为热端为100、冷端为、冷端为0时，镍铬时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为电动势为-4.0mV，求镍铬和考铜组合而成，求镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势。的热电偶所产生的热电动势。2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV解：由标准电极定律，镍铬和考铜热电偶的热电动势应等于镍铬合金B BB BA A T T2 2 T T1 1 T T3 3 A AA AB B(4)中间温度定律中间温度定律热电偶在两接点温度分别为热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为动势等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn和接点温度分别为和接点温度分别为Tn、T0时的相应热电动势时的相应热电动势的代数和。的代数和。BBAT2AAB(4)中间温度定律证明：证明：即：即：对于冷端温度不是零度时，热电偶如何对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分分度表度表的问题提供了依据。的问题提供了依据。证明：即：对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供当当T Tn n=0=0时，则：时，则：上式说明：只要上式说明：只要A、B组成的热电偶在冷端组成的热电偶在冷端温度为零时的温度为零时的“热电动势热电动势 温度温度”关系已知，关系已知，则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。当Tn=0时，则：上式说明：只要A、B组成的热电偶在冷端中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料中分别引入与导体材料A、B相同热电特相同热电特性的材料性的材料C、D即引入所谓即引入所谓补偿导线补偿导线时，时，只要它们之间连接的两点温度相同，则总只要它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与两连接点温度无关，回路的热电动势与两连接点温度无关，只只与热电偶两端的温度有关与热电偶两端的温度有关。中间温度定律表明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、热电偶补偿热电偶补偿热电偶补偿热电偶补偿导线接线图导线接线图导线接线图导线接线图A AB BT TT Tn nT Tn nC CD DT T0 0T T0 0MM由于由于A与与C、B与与D的热电特性相同，由热电的热电特性相同，由热电偶的基本性质可知：偶的基本性质可知：eAC（Tn）=eBD（Tn）=0，则回路总电动势为，则回路总电动势为:热电偶补偿导线接线图ABTTnTnCDT0T0M由于A与C、11.3.2 常用热电偶的结构常用热电偶的结构1.普通工业用装配式热电偶普通工业用装配式热电偶图图11-18 工业用装配式热电偶结构示意图工业用装配式热电偶结构示意图接线盒接线盒接线盒接线盒保险套管保险套管保险套管保险套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管绝缘套管热电偶丝热电偶丝热电偶丝热电偶丝11.3.2常用热电偶的结构1.普通工业用装配式热电11.3.3 热电偶材料热电偶材料 用作热电极的材料应具备下面的条件：用作热电极的材料应具备下面的条件：温度测量范围广。要求在规定的温度测温度测量范围广。要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。函数，最好是呈线性关系。性能稳定。要求在规定的温度测量范围性能稳定。要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。好。11.3.3热电偶材料用作热电极的材料应具备下面的条件 物理化学性能好。要求在规定的温度测物理化学性能好。要求在规定的温度测量范围内有良好的化学稳定性、抗氧化性量范围内有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。或抗还原性能。满足上述条件的热电偶材料并不很多。我满足上述条件的热电偶材料并不很多。我国把性能符合专业标准或国家标准并具有国把性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的热电偶材料称为统一分度表的热电偶材料称为定型热电偶定型热电偶材料材料。物理化学性能好。要求在规定的温度测量范围内有良好的化学11.3.4 热电偶的冷端补偿方法热电偶的冷端补偿方法 1.冷端恒温法冷端恒温法(1)冰点槽法冰点槽法将热电偶的冷端置于冰点槽内将热电偶的冷端置于冰点槽内(冰水混合物冰水混合物)，使冷端温度处于，使冷端温度处于0，如图，如图11-13所示。所示。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。这种装置浸入同一冰点槽，使相互绝缘。这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。通常用于实验室或精密的温度测量。mVmVA AB BT T铜导线铜导线铜导线铜导线铜导线铜导线铜导线铜导线试试试试管管管管补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线热电偶热电偶热电偶热电偶冰点槽冰点槽冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液冰水溶液冰水溶液T T0 0仪表仪表仪表仪表补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线图图11-13 冰点槽法冰点槽法mVABT铜导线铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0仪(2)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，使之将热电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。这类恒温器可以是盛有变压而引入误差。这类恒温器可以是盛有变压器油的容器，利用变压器油的热惰性恒温；器油的容器，利用变压器油的热惰性恒温；也可以是电加热的恒温器。这类恒温器的也可以是电加热的恒温器。这类恒温器的温度不是温度不是0，所以最后还需对热电偶进，所以最后还需对热电偶进行冷端温度修正。行冷端温度修正。(2)其他恒温器2.补偿导线法补偿导线法利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所度恒定的场所(如仪表室如仪表室)。根据根据中间温度定律中间温度定律，只要热电偶的两个热，只要热电偶的两个热电极分别与两补偿导线的电极分别与两补偿导线的接点温度接点温度一致，一致，就不会影响热电动势的输出。就不会影响热电动势的输出。2.补偿导线法利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定例例11-2 采用镍铬采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热镍硅热电偶测量炉温。热端温度为端温度为800，冷端温度为，冷端温度为50。为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶为了进行炉温的调节与显示，必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为环境温度恒为20。首先由镍铬首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为端温度为0，热端温度分别为，热端温度分别为800、50、20时的热电动势：时的热电动势：E(800，0)33.29mV；例11-2采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为：E(50，0)2.02mV；E(20，0)=0.80mV。E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.29-2.02)mV=31.27mV查分度表知，对应查分度表知，对应31.27mV的温度是的温度是755。与炉内真实温度相差与炉内真实温度相差45。如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热电极延伸到仪表室，输入仪表的相当于将热电极延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为热电动势为E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.29-0.80)mV=32.49mV查分度表知，对应查分度表知，对应32.49mV的温度是的温度是781，与炉内真实温度相差，与炉内真实温度相差19。如果在热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热电极延伸到仪 热热 电电 偶偶热电偶第十一章热电传感器课件若冷端温度恒定，但并非若冷端温度恒定，但并非0，要使测出，要使测出的热电动势只反映热端的实际温度，则必的热电动势只反映热端的实际温度，则必须对温度进行修正。修正公式如下：须对温度进行修正。修正公式如下：3.计算修正法计算修正法若冷端温度恒定，但并非0，要使测出的热电动势只反映热端的实4.电桥补偿（又称冷端补偿器）法电桥补偿（又称冷端补偿器）法图图11-14 补偿电桥补偿电桥T T0 0I I2 2I I1 1+E ER RS SR RT TR R3 3R R1 1R R2 2A AT TT T0 0B BU U回路输出电压为回路输出电压为:U=E（T，T0）+(UTU3)只要能满足下式即可只要能满足下式即可达到自动补偿的目的达到自动补偿的目的 4.电桥补偿（又称冷端补偿器）法图11-14补偿电如果热电偶的冷端温度变化范围为如果热电偶的冷端温度变化范围为0+50，热电偶选用铂铑，热电偶选用铂铑10-铂。查分度表得出铂。查分度表得出E为为0.299mV，因此补偿电阻，因此补偿电阻Rt的阻值可的阻值可以根据上式求出。以根据上式求出。如果热电偶的冷端温度变化范围为0+50，热电偶选用铂铑15.显示仪表零位调整法显示仪表零位调整法当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电偶冷端温度不是如果热电偶冷端温度不是0，但十分稳定，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所），可预先（如恒温车间或有空调的场所），可预先将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度的初始值调至已知的冷端温度值上，这时的初始值调至已知的冷端温度值上，这时显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。5.显示仪表零位调整法当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时6.软件处理法软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0的情况，只需在采样后加一个与冷端温度的情况，只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。对应的常数即可。对于对于T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传感器把其它传感器把T0信号输入计算机，按照运算信号输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。公式设计一些程序，便能自动修正。6.软件处理法对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端谢谢谢谢58第十一章热电传感器课件59