关于热电偶传感器的调研报告

题目：热电式传感器

——《传感器与检测技术》调研报告

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2015 年12 月17 日

目录

第一章热电偶传感器发展现状简述 (1)

1.1热电偶传感器国内发展现状 (2)

1.2热电偶传感器国外发展现状 (2)

第二章热电偶传感器的基本工作原理 (4)

2.1热电偶测温原理 (4)

2.2热电动势的测量 (4)

2.3热电偶的基本定律 (5)

2.4热电偶冷端温度误差及其补偿 (5)

第三章热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用 (6)

3.1变成炉 (6)

3.2淬火炉与回火炉 (7)

3.3淬火油槽与中洗(Ⅱ)及防锈油槽 (7)

第四章自己对传感器技术的理解 (8)

参考文献 (9)

附录 (9)

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第一章热电偶传感器发展现状简述

1.1热电偶传感器国内发展现状

标准化热电偶工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产，同一型号可以互换，统一分度，并有配套仪表。难融金属热电偶中钨铼热电偶是最成功的，也是可测到1800以上工业热电偶中最好的热电偶。。在宇航与核工业等高技术领域应用广泛。这种热电偶的特点是：电极丝的熔点高、强度大；极易氧化；热电势大，灵敏度高；价格便宜，钨镍热电极丝价格仅为s型热电偶的1／6，B 型热电偶的118。

一种设想是在钨铼热电偶保护管内制造出非氧化性气氛，使其在非氧化性气氛中工作，国内外均取得突破性进展，在冶金、化工等行业应用已取得满意效果。东北大学已研制的实体性抗氧化钨铼热电偶已获得国家专利。既可用于氧化、还原气氛，又可以在两者交替的气氛中使用。自1992年起，沈阳冶炼厂用它替代铂铑系贵金属热电偶。结果表明：其使用寿命是铂铑系热电偶的1～2倍，而价格不足铂铑热电偶的一半，具有显著的经济效益和社会效益。当前，铂铑热电偶价格昂贵，推广抗氧化钨铼热电偶符合国情，势在必行。

1.2 热电偶传感器国外发展现状

美国Hoskins公司开发出一种复合管型铠装热电偶2300型，可长时间在1260条件下使用。它的特点是：采用特种镍基耐热合金作铠装热电偶套管材料；采用高精度N型或K型热电偶丝及高纯度MgO，以特殊的工艺制成复合管型铠装热电偶，高温下热稳定性高；生产工艺独特，可生产超常规的长热电偶(L=500m)，其直径为①1．o一①6．4ram；耐高温，抗氧化，使用寿命长。

早在ITs一90温标实施前，加拿大人E．H Mcla，en和E．G．Murdock就开始了对金／铂热电偶进行研究。通过大量的实验工作发现，使用纯铂和纯金构成的热电偶具有良好的复现性。ITs一9p温标实施后，人们对高温铂电阻HTPRT 使用到银凝固点(961．78。C)的稳定性产生了质疑，这时，很多人寻求一种更好的测温元件，金／铂热电偶成为众多国家研究的对象。美国NIST、英国NPL、韩国KRISS等研究机构都进行了研究，其中美国NIST的G．w．Bums等人在他们的题目为《金／铂热电偶：研究数据及ITS一90温标下的参考函数》中指出“在o℃～1000。C温区内，金／铂热电偶在两年的实验中在961 oC。965。C累计1000h 的条件下，在银凝固点(961．78。C)的稳定性不超过土16mK，其在铝凝固点上进行的均匀性的研究表明它的不均匀性为2mK(浸入深度变化7．4cIn)。这些数据表明在银凝固点(961．78"C)的稳定性比高温铂电阻温度计HTPRT更好”。目前

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国际上已经有了得到大家认可的金／铂热电偶的分度表，金／铂热电偶已经进入了应用阶段。我国已经开展了此项研究。

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第二章热电偶传感器的基本工作原理

2.1热电偶测温原理

热电效应：

将不同的导体或半导体组成闭合回路。当两个接合点温度T 和 T0不同时，则在该回路中就会产生电动势。两种不同材料的导体的组合称为热电偶。

热电偶回路产生的电动势包括<1>两种导体的接触电势

<2>单一导体的温差电势

2.2热电动势的测量

回路中A 和B 的接触电势：

)()(0T e T e AB AB - 回路中的温差电势为：

),(),(00T T B e T T A e +-

回路总热电势： ),(),()()(),(0000T T e T T e T e T e T T E A B AB AB AB -+-=

在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：

()()()

AB 0AB AB 0,e T T e T e T =-

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2.3热电偶的基本定律

2.3.1均质导体定律

由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（或半导体）的截面和长度如何，也不论各处的温度如何，都不能产生热电势。

2.3.2中间导体定律

在热电偶测温回路中接入第三种导体，只要保证其两端温度相，则不会影响回路的总热电动势。

2.3.3中间温度定律

在热电偶测温回路中，Tn 为热电极上某一点的温度(中间温度)，热电偶 AB 在接点温度为 T 、 T0 时的热电势等于热电偶在接点温度为T 、Tn 和Tn 、T0 时的热电势的代数和。

2.3.4标准电极定律

如果已知热电极A 、B 分别与标准电极C 组成热电偶在（T ，T0）时的热电动势分别为EAC （T ，T0）和EBC （T ，T0），则

),(),(),(0C 0C 0T T E T T E T T E B A AB -=

2.4热电偶冷端温度误差及其补偿

<1>热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电势EAB(T,T0)才是温度T 的单值函数！

<2>热电偶分度表中，热电势—温度的对应值以T0＝0℃为基础。

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第三章 热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用