第九章热电偶传感器.

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、可弯曲、超长等优点。
2018/8/5
26
3、薄膜型热电偶结构与外形
1 A B 3 4 + 冷端
2
冷端
5
薄膜热电偶是由两 种薄膜热电极材料,用真 空蒸镀、化学凃层等办法 蒸镀到绝缘基板上面制成 的一种特殊热电偶。
一、热电效应：
先看一个实验——热电偶工作原理演示 热电极A
一端称为： 测量端、 工作端、 热端
热电势
A
热电极B
一端称为： 自由端、 参考端、 冷端
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
2018/8/5 12
通过以上演示得出结论
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势 与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δ t 的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T ）- eAB （ T0 ）
一、可以证明：
补偿导线在0～100C范围内的热电势与配套的热电偶的热电 势相等，所以不影响测量精度。
二、补偿导线的好处：
（1）将自由端从温度波动区延长到温度稳定区，使指示仪 表的示数稳定。 （2）补偿导线比使用相同长度的热电极便宜许多。 （3）补偿导线用铜及铜合金制作，单位长度直流电阻比热 电极小得多，可以减小测量误差。 （4）补偿导线用塑料做绝缘层，自身为柔软的铜合金，易 于弯曲，便于敷设。
9.587
41.276 ——?
3、几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析
N、K、E热电偶 的测温上限较高 E、J、K、N热 电偶的灵敏度较高 R、S、B热电偶 的灵敏度较低 多数热电偶的 线性较差 国际计量委员 会公布了分度表， 所以多采用查表法。 因为绘制热电势-温度曲线或制定分度表时，总是将冷端置 于0℃这一规定环境中的缘故所有曲线均过原点。
厚壁保护管
2018/8/5
压铸的接线盒
28
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构，它的 接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强 度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此， 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。
1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加 电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和 形状的限制，可按照需要选择。 3、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达
1800C以上；
4、精度高，各温区中的热电势均符合国际计量委员 会的标准。
2018/8/5 11
2018/8/5 30
三、补偿导线的注意事项：
（1）两根补偿导线与两个热电极接点必须有相同温度 （2）补偿导线必须与相应的型号的热电偶配用 （3）必须在规定的温度范围内使用 （4）极性切勿接反。
四、补偿导线型号
型号 SC KC 配用热电偶 正- 负 铂铑10-铂 镍铬 - 镍硅 导线外皮颜色 正- 负 红- 绿 红- 蓝 红- 橙
镍铬硅-镍 硅
N
-270～ 1300
2.744
36.256
镍铬-铜镍 （锰白铜）
E
-270～ 800
6.319
－
铁-铜镍 （锰白铜）
J
-210～ 760
5.269
－
铜-铜镍 （锰白铜）
T
-270～ 400
4.279
－
二、结构形式 1、普通装配型热电偶的外形
安装螺纹 安装法兰
2018/8/5
23
普通装配型 热电偶的结构 放大图 接线盒
练习查K热 电偶的分度 表：分别查 出0 0C 、 1000C的热
电势。
设冷端为0C，根据以下电路中的毫伏表的示值及K 热电偶的分度表，查出热端的温度tx为7300C 。
Cu t2 00C t1 A + B tx 接线盒1
Cu
t3 Cu
+ u -x Cu
30
mV
2018/8/5
20
5、八种国际通用热电偶特性
2018/8/5
5
三、温度测量及传感器分类
温度传感器按照用途可分为 基准温度计和工业温度计； 按照测量方法又可分为 接触式和非接触式；
按工作原理又可分为
膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；
按输出方式分，
有自发电型、非电测型等。
2018/8/5 6
表：温度传感器种类及特点
所利用的物理现象 传感器类型 气体热膨胀 气体温度计 液体压力温度计 玻璃水银温度计 双金属片温度计 钨铼热电偶 铂铑热电偶 其它热电偶 铂热电阻 热敏电阻 硅半导体 示温涂料 液晶 红外辐射温度计 光学高温温度计 热释电温度计 光子探测器 测温范围/0C -250～1000 -200～300 -50～350 -50～300 1000～2100 200～1800 -200～1200 -200～900 -50～200 -50～150 -50～1300 0～100 -50～1500 500～3000 0～1000 0～3500 特点 不需要电源、耐用；感温部件 体积较大
2018/8/5
举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
温度升高后变为红色
CPU散热 风扇
低温时 显示蓝色
2018/8/5
8
举例：体积热膨胀式
不需要电源，耐用； 但感温部件体积较大。
气体的体积与热力学 温度成正比
2018/8/5 9
举例：红外温度计
2018/8/5
10
第二节
热电偶的工作原理
热电偶测温的主要优点
分度号 B R 名称 铂铑30－铂铑6 铂铑13—铂 测量温度范围 50～1820 C -50～1768 C 1000C 热电势/ mV 4.834 10.506
S
K E
铂铑10—铂
镍铬－镍铬 (铝) 镍铬－铜镍 (康 铜)
-50～1768 C
-270～1370 C －270～800 C
热力学温标（K）
热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的 最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学 定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T， 单位是开尔文（K） 。
1990国际温标(ITS-90)
从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990 年国际温标，简称ITS-90。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器以及计 算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01C）等。
引出线套管
不锈钢保护管 固定螺纹
（出厂时用塑料包裹）
热电偶工作端（热端）
2018/8/5 24
2、铠装型热电偶外形
薄壁金属 保护套管 （铠体）
法兰
绝缘 材料
铠装型热电偶 横截面
A B
A、B为两电极
25
2018/8/5
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、配置接 线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。
31
WC5/26 钨铼5-钨铼26
2018/8/5
补偿导线型号（续）
型号 配用热电偶 正 -负 导线外皮 100C时的 颜色 热电势/ mV 正 -负 红 -绿 0.647 2.744 6.319 5.264 4.279
2018/8/5
14
第三节
热电偶的种类及结构
一、热电偶的种类 1、八种国际通用热电偶：
B:铂铑30—铂铑6 K:镍铬—镍硅 E:镍铬—铜镍 R:铂铑13—铂 N:镍铬硅—镍硅 J:铁—铜镍 T:铜—铜镍 S:铂铑10—铂
用于制造铂热 电偶的各种铂 热电偶丝
2018/8/5 15
2、几种常用热电偶的测温范围及热电势
薄膜热电偶的热接 点可以做得很小（可薄到 0.01~0.1μ m）,具有热 容量小,反应速度快等的 特点,热相应时间达到微 秒级,适用于微小面积上 的表面温度以及快速变化 的动态温度测量。
27
1—工作端 2—薄膜热电极 3—绝缘基地
4—引脚接头 5—相同材料引出线
2018/8/5
4、（补充）隔爆型热电偶外形
第九章
章节导入：
热电偶传感器
在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格， 并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学 研究得到广泛应用。
本章要点:
1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点， 会对热电偶进行选型； 3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法， 并会选择补偿导线。 4、掌握控温仪表的接线方法。
表：八种国际通用热电偶特性表
名 称 分 度 号 测温范围 /℃ 100℃ 时的 热电 势/mV 1000 ℃的 热电 势 /mV 4.834 特 点
铂铑30-铂 铑6①
B
50～1820
0.033
熔点高，测温上限高，性能稳定， 准确度高， 100℃以下热电势极小， 所以可不必考虑冷端温度补偿； 价昂，热电势小，线性差；只适 用于高温域的测量 使用上限较高，准确度高，性能 稳定，复现性好；但热电势较小， 不能在金属蒸气和还原性气氛中 使用，在高温下连续使用时特性 会逐渐变坏，价昂；多用于精密 测量 优点同上；但性能不如 R 型热电 偶；长期以来曾经作为国际温标 的法定标准热电偶
铂铑13-铂
R
-50～ 1768
0.647
10.506
铂铑10-铂
S
-50～ 1768
0.646
9.587