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发布于:2021-06-19 03:44:44

6.3 热电偶传感器 6.3.1 热电偶测温原理 6.3.2 热电偶的基本定律 6.3.3 热电偶的冷端处理和补偿 6.3.4 标准化热电偶 6.3.5 非标准化热电偶 6.3.6 热电偶结构型式 6.3.7 热电偶安装注意事项 6.3.8热电偶非线性补偿与应用 6.3.1 热电偶测温原理 ? 热电偶:由两种不同的金属A和B构成闭合回路, 当两个接触端T﹥ T0时,回路中会产生热电势 。 因而就有电流产生。 T——热端 T0——冷端 (自由端或参比端) 图6.3.1 热电偶 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定。 1. 接触电势 接触电势(帕尔帖电势) kTN A e ( T ) ? ln AB e N B ( 6 . 3 . 2 ) 图6.3.2 热电偶的接触电势 k —— 玻耳兹曼常数 e —— 单位电荷量 T —— 接触面的绝对温度 NA——金属电极A的自由电子密度 NB——金属电极B的自由电子密度 2. 温差电势 温差电势(汤姆逊电势) e ( T , T ) ? dT ( 6 . 3 . 2 ) A 0 ?? T T 0 图6.3.3 热电偶的温差电势 δ —— 汤姆逊系数,它表示温差为1℃时所产生的 电动势值,它与材料的性质有关。 3. 热电偶回路的总热电势 T>T0 图6.3.3 热电偶回路的总热电势的方向和大小 E ( T , T )? e ( T ) ? e ( T , T ) ? e ( T ) ? e ( T , T ) AB 0 AB A 0 AB 0 B 0 ? [ e ( T ) ? e ( T )] ? [ e ( T , T ) ? e ( T , T )] AB AB 0 A 0 B 0 T k N A ?( T ? T ) ln ? ( ? ? ? ) dt 0 A B ? T 0 e N B ( 6 . 3 . 3 ) ? 热电极A和B为同一种材料时,NA=NB, δ A=δB, 则EAB(T, T0)=0。 ? 若热电偶两端处于同一温度下, T=T0 , 则EAB(T, T0)=0 。 ? 热电势存在必须具备两个条件: 一、两种不同的金属材料组成热电偶; 二、它的两端存在温差。 E ( T , T )[ ? eT ( ) ? ( ?? ? )][ d t ? eT () ? ( ?? ? )] d t A B 0 A B A B A B 0 A B ? ? T T 0 0 0 ? fT ( ) ? fT () 0 (6.3.4) 热电势是T和T0的温度函数的差。当T0=0℃时, f (T0)=c,热电势是温度的函数,则有: E ( T , T ) ? f ( Tc ) ? ? ? ( T ) (6.3.5) 据此可制分度表, A B 0 如附录A所示 E与T之间有唯一对应的单值函数关系,因此就可以 用测量到的热电势E来得到对应的温度值T,热电偶热电 势的大小,只与导体A和B的材料有关,与冷热端的温 度有关,与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。 6.3 热电偶传感器 6.3.1 热电偶测温原理 6.3.2 热电偶的基本定律 6.3.3 热电偶的冷端处理和补偿 6.3.4 标准化热电偶 6.3.5 非标准化热电偶 6.3.6 热电偶结构型式 6.3.7 热电偶安装注意事项 6.3.8热电偶非线性补偿与应用 6.3.2 热电偶的基本定律 1. 匀质导体定律 2. 中间导体定律 3. 连接导体定律 1. 匀质导体定律 由一种匀质导体所组成的闭合回路,不论导体的 截面积如何及导体的各处温度分布如何,都不能产生 热电势。 当然回路中不会有电流产生 。 这一定律说明: ? 热电偶必须采用两种不用材料的导体组成; ? 且热电偶的热电*鲇肓浇拥愕奈露扔泄兀胙 热电极的温度分布无关; ? 如果热电偶的热电极是非匀质导体,在不均匀温度 场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料的均 匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。 2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同的另一种 导体称中间导体 C,只要中间导体的两端温度相同, 热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。 图6.3.5 3种导体的热电偶 推而广之,在回路中接入多种 导体后,只要每种导 体的两端温度相同,那么对回路的总热电势无影响。例 如显示仪表和连接导线C的接入就可看作是中间导体接 入的情况。因而对回路总热电势没有影响。 3. 连接导体定律 在补偿温度范围内,由补偿导线构成的热电偶与测温 热电偶有相同的热电特性,即 EA’B’(T,T0) = EAB(T,T0) ,则 当A与A’,B与B’材料分别不同时 为在工业测量温度中使用补偿 E ( T , T , T ) ? E ( T , T ) ? E ( T , T ) ? ? ? ? AB A B n 0 AB n A B n 0 导线提供了理论基础。 当A与A’,B与B’材料分别相同时 中间温度定律 E ( T , T , T ) ? E ( T , T ) ? E ( T , T ) A B n 0 A B n A B n 0 ? 例6.3.1 用(S型)热电偶测量某一温度,若参比端 温度Tn=30℃,测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV,求测量端 实际温度T。 E ( T , T ) ? E ( T , T ) ? E ( T T ) 0 n n , 0 ? 在 E ( T , T )中 T ? 30 C , T ? 0 ? C n 0 n 0 查分度表有E(30,0)= 0.173 mV E ( T , T ) ? 7 . 5 mV n E ( T , 0 ) ? E ( T , 30 ) ? E ( 30 , 0 ) ? 7 . 5 ? 0 . 173 ? 7 . 67 m 反查分度表有T=830℃,测量端实际

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