第九章热电偶传感器第二讲

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授课班级09D电气1、电气2 授课日期

课节 2 课堂类型讲授

课题第九章热电偶传感器第五节热电偶冷端温度补偿及技术

第六节热电偶的应用及配套仪表

教学目的与要求【知识目标】

1、掌握热电偶的冷端温度补偿方法

2、掌握温控仪表的接线方法

【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会进行热电偶传感器的选用以及冷端延长导线的选型。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：机械调零法、电桥法、半导体集成温度传感器及温控仪表接线难点：温控仪表接线

教具教学辅助活动教具：多媒体课件、习题册

教学辅助活动：提问、学生讨论

一节教学过程安排

复习

1、温标的概念举例说明测量温度的方法

2、热电偶传感器的工作原理、热电极、热电

势、冷端、测量端；

3、热电偶的分类、选用及怎样查分度表；

4、热电偶的冷端补偿应怎样配型

5分钟讲课

1、掌握热电偶的冷端温度补偿方法

2、掌握温控仪表的接线方法

73分钟小结

小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互

动答疑

10分钟作业习题册第九章热电偶传感器习题2分钟

任课教师：叶睿2011年1月31日审查教师签字：年月日

教案附页【复习提问】

上节课知识点：

1、温标的概念举例说明测量温度的方法

2、热电偶传感器的工作原理、热电极、热电势、冷端、测量端；

3、热电偶的分类、选用及怎样查分度表；

4、热电偶的冷端补偿应怎样配型

第五节热电偶的冷端温度补偿及技术处理

【本节内容设计】

通过课件与教师讲授热电偶的冷端温度补偿方法，为测量温度及热电偶传感器的学习奠定基础

【授课内容】

由热电偶测温原理可知，热电偶的输出热电势是热电偶两端温度t 和t0差值的函数，当冷端温度t0不变时，热电势与工作端温度成单值函数关系。各种热电偶温度与热电势关系的分度表都是在冷端温度为0℃时作出的，因此用热电偶测量时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足t0=0℃的条件。但在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0℃，而且也不恒定，因此将产生误差，一般情况下，冷端温度均高于0℃，热电势总是偏小。消除或补偿这个损失的方法，常用的有以下几种：

一、冷端恒温法

1、冰浴法;将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0℃不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0℃而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。

2、恒温器法：将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40℃）。

3、空调法：将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。

应该指出的是，除了冰浴法是使冷端温度保持0℃外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。图9-9是冷端置于冰瓶中的接法布置图。

图9-9 冰浴法接线图

1－被测流体管道2－热电偶3－接线盒4－补偿导线5－铜质导线6－毫伏表7－冰瓶8－冰水混合物9－试管10－新的冷端

二、计算修正法

1、公式

当热电偶的冷端温度t0 0℃时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势E AB（t，t0）与冷端为0℃时所测得的热电势E AB（t，0℃）不等。若冷端温度高于0℃，则E AB（t，t0）

E AB（t，0℃）=E AB（t，t0）+E AB（t0，0℃）（9-6）

2、举例9-1 用镍铬-镍硅（K型）热电偶测炉温时，冷端温度t0=30℃，在直流毫伏表上测得的热电势E AB（t，30℃）=38.505mV，试求炉温为多少？

解查镍铬-镍硅热电偶（附录D）分度表，得到E AB（30℃，0℃）=1.203mV。根据式（9-6）有

E AB（t，0℃）=E AB（t，30℃）+E AB（30℃，0℃）

=（38.505+1.203）mV=39.708mV

反查K型热电的偶分度表，得到t=960℃。

该方法适用于热电偶冷端温度较恒定的情况。在智能化仪表中，查表及运算过程均可由计算机完成。

三、仪表机械零点调整法

当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的冷端温度比较恒定，对测量准确度要求又不太高时，可将动圈仪表的机械零点调整至热电偶冷端所处的t0处，这相当于在输入热电偶的热电势前就给仪表输入一个热电势E（t0，0℃）。这样，仪表在使用时所指示的值约为E （t，t0）+E（t0，0℃）。

说明：此方法的补偿范围是0～40℃，一般补偿为0～20℃

此方法有误差，但测量简单，在工业上经常使用。

四、电桥补偿法

利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，如图所示。电桥由电阻R1.R2.R3.Rt组成，Rl, R2, R3一般由电阻温度系数很小的锰铜扮绕制，阻值一般不随温度变化，Rt由温度系数较大的铜线绕制，由稳压电源提供电桥电源。0℃时电桥平衡，R1=R2=R3=Rt, Uab=0，对测量无影响，当环境温度变化时，Rt阻值随即变化，桥路失去平衡，此时Uab与热电偶的热电动势E叠

加，最后输出,适当选择桥路电阻，使Uab正好补偿由于冷端温度变化引起的热电动势变化值，即可使输出端指示出正确温度。

此方法选配繁琐，影响精度

五、半导体集成温度传感器及热电偶冷端温度的测量

1、方法：

在计算修正法中，首先必须测出冷端温度，才有可能进行计算修正。玻璃温度计无法适应计算机自动检测的要求。若使用铜热电阻测量，则需要较精密的桥路激励电源，而且温度与输出电压的标定也较复杂。现在普遍使用半导体集成温度传感器来测量室温。它具有体积小、集成度高、准确度高、线性好、输出信号大、无需冷端补偿、不需要进行温度标定、热容量小、外围电路简单等优点。只要将它置于热电偶冷端附近，将该传感器的输出电压作简单的换算，就能得到热电偶的冷端温度，从而用计算修正法进行冷端温度补偿。

常用的集成温度传感器有：

AD590系列电流输出型温度传感器、数字输出型集成温度传感器LM74、专用热电偶冷端温度补偿芯片MAX6675等。

2、举例：