收藏 分享(赏)

第5章 热电式传感器.doc

上传人:精品资料 文档编号:7886103 上传时间:2019-05-29 格式:DOC 页数:17 大小:978.50KB
下载 相关 举报
第5章 热电式传感器.doc_第1页
第1页 / 共17页
第5章 热电式传感器.doc_第2页
第2页 / 共17页
第5章 热电式传感器.doc_第3页
第3页 / 共17页
第5章 热电式传感器.doc_第4页
第4页 / 共17页
第5章 热电式传感器.doc_第5页
第5页 / 共17页
点击查看更多>>
资源描述

1、第 5 章 热电式传感器热电式传感器:是一种将温度转换为电量的装置。5.1 热电偶(Thermocouple)5.1.1 热电效应(Pyroelectric Effect, Thermoelectric Effect)定义:由两种不同材料的导体构成闭合回路,当两个接点处的温度不相等时,回路中就会产生电动势(热电势) ,形成电流,这种现象被称为热电效应。A、B热电极T工作端(测量端、热端)T0自由端(参考端、冷端)1. 接触电势、 导体 A、B 自由电子浓度BnBAneKTl)(BAABl)(00其数量级约为 伏(V)321T绝对温度K波尔兹曼常数 )/08.(23KJKe电子电荷电量 169C

2、e总的接触电势: BAABnTeTl)()()(002. 温差电势单一导体,如果两端温度不同,在两端间会产生温差电势。 TAAde0),(其数量级约为 伏(V )TBB0 510、 汤姆逊系数总的温差电势: TBABA deT0)(),(),(0 3. 热电偶总的热电势),(),()()(),( 0000 TeTeTEABABAB 由于温差电势较小,可以忽略,所以 BAABAB neKel)()()(),( 000结论:(1)若构成热电偶的两个导体材料相同,即 ,则BA,所以必须采用两种不同的材料。0ln)(),(00BAABTeKTE(2) 若 ,则 ,所以热端、冷端必须具有不同的温0),(

3、0EA度。5.1.2 热电偶测温原理 )(),(00TeTEABAB常 数 )Ce热电偶的热电特性:是被测温度 T 的单值函数 )()(),(0TgeTABAB热电偶分度表: ,通过实验建立起热电势与温度之间的数值对应0关系。5.1.3 热电偶基本定律1. 中间温度定律参考端 CTn0证明: ),()()( )()()(, 00 0TEeT TeeEABAB ABnABnABnnAB 2. 中间导体定律在热电偶回路中,只要接入的第三根导体两端温度相同,则对回路的总热电势没有影响。(1)第一种情况证明: )()()(),( 000 TeTeECABAABC若所有结点温度为 T0,则 0)()()

4、(, 00TeeECABA)()()(0eeABCAB ),()()()(, 0000 EeTeE ABABCAA (2)第二种情况证明: ),()()()()()()(, 00110 101 TEeTeTeTE ABABACABA CBBC 3. 标准电极定律C标准电极,通常采用纯铂丝 ),(),(),( 000 TETECBACAB证明: ),()()()()()()(, 00000 TEeTeTeT ABABCBACBA CA5.1.4 热电偶的误差及其补偿措施1. 冰浴法(0 0C 恒温法) 只适用于实验室,工业现场使用极不方便。2. 恒温槽法保持 T0=恒温3. 冷端自动补偿法补偿电

5、桥与冷端处于相同的温度下。选取 RCu 的值,使电桥平衡,U ab=0。若温度升高时,abCuRT0同时 ),(0TEAB若使 ),(0uABab则 保持恒定不变),(),(00TETABABcd 4. 延长热电极法补偿导线:其热电性能与相应的热电偶的热电性能十分相近。即: ),(),(00 TETABBA补偿导线的作用:(1) 用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线,以节约贵金属热电偶。(2) 将热电偶的冷端迁移至远离热源且环境温度较恒定的环境中。5.1.5 热电偶的材料与种类1. 电极材料贵金属:铂铑合金、铂普通金属:铁、铜、铐铜、镍硅合金等。2. 常用热电偶(1)铂铑 10铂热电偶

6、(贵金属)正极:90% 铂+10%铑(合金丝)负极:纯铂丝(2)铂铑 30铂铑 10 正极:70% 铂+30%铑负极:90% 铂+10%铑5.1.6 热电偶实用测量电路1. 测量单点温度的基本测温线路2. 测量两点之间温差的测量线路(热电偶的反向串联)回路总热电势: )()( )()()(00 2001Te TeeeECFA BADBAFCT因为 )()(00eFC, , ,TATeAC0)(eBD0)(TeDB因此 )()()()( 2121EABABBAT 3. 测量几点温度之和的测温线路(热电偶的正向串联)回路总的热电势: )()()()()()()( 0302010 TeTeTeTeE

7、 DFABDCABDCABFC 因为 )()()(000ABBAD )()(lnl 00000 TeeKTeTe ABDCFFDFC 所以),(),(),( )(030201 03TETE TeeeABABAB ABABT 4. 测量平均温度的测温线路(热电偶的并联)设: 0321R则: , /321 03201REi ),(),(),()( 0321321 TTEiE ABABABT5.2 热电阻(Thermal Resistance)热电阻:利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性测量温度的。原理:基于金属导体的热阻效应。1. 铂(Pt)热电阻优点:物理、化学性能稳定,耐氧化能力强,在很

8、宽的温度范围内(1200 0C 以下)均能保持上述特性。缺点:(温度系数)较小,价格昂贵。(1)铂热电阻特性在 时09320101tCBtARt 在 时C074.6320ttR0 温度为 00C 时的电阻值Rt 温度为 t0C 时的电阻值A、B、C 分度系数(由实验测定的常数)(2)铂热电阻中铂丝的纯度 01W(3)标准化铂热电阻分度表工业用铂热电阻:R 0=50(分度号:Pt 50) ,R 0=100(分度号:Pt 100)2. 铜热电阻用于测量精度要求不高,而且被测温度较低、无侵蚀性的的场合。测温范围 C0015优点:其 值比铂的高,线性好,容易提纯,价格便宜。缺点:易被氧化。在 时005

9、tRt1R0 温度为 00C 时的电阻值铜电阻温度系数, C033/128.41025.4分度号: , )5(05u )(RCu3. 热电阻的测量电路(1)三线式电桥连接测量电路引线电阻321,r取 ,调节 ,使 ,电桥平衡,即可消除引线21R331Rrt电阻的影响。(2)四线式测量电路E 引线电阻4321,r电压表内阻很大,所以 ,MVI0V32rIEVMMVMt IEIIR)(由上式可知,引线电阻 将不引入测量误差。4321,r5.3 热敏电阻(Thermal Resistor)半导体热敏电阻:利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质制成的温度敏感元件(热敏元件) 。1. 基本类型(1)负电

10、阻温度系数热敏电阻(NTCNegative Temperature Coefficient)用于温度测量,应用最广泛。(2)正电阻温度系数热敏电阻(PTCPositive Temperature Coefficient)用于温度测量,温度控制开关(温控开关)(3)临界温度系数热敏电阻(CTRCritical Temperature Resistance)用作温控开关2. 热敏电阻的温度特性对于负温度系数热敏电阻(NTC) )1(00TBTeR分别为温度 T(K)和 T0(K)时的阻值。0,RTB热敏电阻的材料常数,通常 B=20006000K。定义:热敏电阻的温度系数 T21BdRTT温度变化

11、引起的阻值变化大,非常适合测量微弱温度变化。3. 热敏电阻输出特性的线性化处理(1)线性化网络(a)串联补偿电路 (b)并联补偿电路(2)计算修正法包括硬件(电子线路)法和软件(程序)法(3)利用温度频率转换电路改善非线性(见课本 P94)5.4 PN 结型温度传感器热电偶测温范围宽,但其热电势较小;热敏电阻测温范围窄,输出特性为非线性,但灵敏度高,有利于检测微小温度变化;PN 结型温度传感器输出特性呈线性,测量精度高。1. 温敏二极管对于理想二极管,在一定的正向电流下,其正向电压与温度的关系为 )ln(0FgFITBekUIF正向电流;T绝对温度。2DWM1 型温敏二极管的 UF-T 特性2

12、. 温敏三极管NPN 晶体管的基极-发射极电压与温度 T 和集电极电流 IC 的关系(发射极正向偏置)(恒定))ln(0CgBEIBeTkUCRE基本测温电路:3. 集成温度传感器集成温度传感器:将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片的集成化温度传感器叫集成温度传感器。优点:直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出,体积小,低成本。是现代半导体温度传感器的主要发展方向之一。应用:广泛用于-50+150 0C 温度范围内的温度监测、控制。5.5 热电式温度传感器应用举例(见课本 P101)1. 温敏二极管的温度调节器2. 温敏晶体管的温差检测电路3. 集成温度传感器的典型应用4. 基于热电偶的多功能高精度钢水测温仪5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索
资源标签

当前位置:首页 > 企业管理 > 管理学资料

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报