热电偶传感器
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动势便成为热端温 度Ｔ的单一函数。
2020/11/30
11
1.2 热电偶结构及种类
1热电偶的基本结构形式 2热电偶材料 3常用热电偶
2020/11/30
12
1.热电偶的基本结构形式
热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄 膜热电偶等。
热电偶的种类虽然很多，但通常由金属热电极、绝缘子、 保护套管及接线装置等部分组成。
E AB (T ,T0 )
E AB (T )
E AB (T0 )
K q0
(T
T0 ) ln
NA NB
2020/11/30
10
结论
（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总 电势为0。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电 势为0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点 的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材 料固定后，热电势便是两结点电势差。
2020/11/30
5
热电动势示意图
2020/11/30
6
形成机理
该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子 转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用 相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下 自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状 态。在这种状态下，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为 接触电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温度有关，与 导体的直径、长度及几何形状无关。
贝克效应。
2
1.1 热电偶
2020/11/30
3
热电势由两部分组成
两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为 “热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的 两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个 称为参考端（自由端或冷端）。
一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的 温差电势。
表面热电偶是用来测量各种状态的固体表面温度的，如 测量轧辊、金属块、炉壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温 度。
此外还有测量气流温度的热电偶、浸入式热电偶等。
2020/11/30
22
2.热电偶材料
1．对热电极材料的一般要求 2．电极材料的分类 3．绝缘材料 4．保护管材料
2020/11/30
23
2020/11/30
13
普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、 绝缘套管、保护管和接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连 接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种 形式。
2020/11/30
普通型热电偶结构图
14
普通装配型热电偶的 外形
安装 螺纹
对热电极材料的一般要求
（1）配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势对温度尽 可能有良好的线性关系。
（2）能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不 会发生明显的化学及物理性能的变化。
安装
法兰
2020/11/30
15
接线 盒
普通装配型热 电偶的 结构放大图
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）
2020/11/30
16
铠装型热电偶
铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘 材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体 .
它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装 型热电偶的主要优点是测温端热容量小，动态响应快， 机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上，因 此被广泛用在许多工业部门中。
热电偶传感器
1.1 热电偶 1．热电效应
热电效应就是把两种不同的导体或半导 体（A和B）串接成一个闭合回路，如果 两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点
之间便产生电动势，从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势，通常称为热电动势。
1821年由Seeback发现的，故又称为赛
2020/11/30
2020/11/30
17
铠装型热电偶结构
1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极
2020/11/30
18
铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
2020/11/30
AB
薄壁金属 保护套管 （铠体）
铠装型热电偶 横截面
法兰
19
薄膜热电偶
用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料 沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又 薄（厚度可达0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快，可用 于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。
2020/11/30
7
接触电势大小
E AB (T )
KT q0
ln
NA NB
2020/11/30
8
3．温差电动势
温差电动势是同一导体（热电极）的两端因其温度不同 而产生的一种电动势。由于温度不同，低温端的电子数 会比高温端的电子数多，结果高温端因少出电子而带正 电， 低温端因多出电子而带负电，在导体两端便形成 温差电动势。其大小可表示为
2020/11/30
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
2．接触电势
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的 自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方 向上扩散的速率就不一样。
。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导 体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。 所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷。于是， 在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场 。
和
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )
2020/11/30
9
4．热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，
热电偶回路所产生的总电动势，
EAB (T ,T0 ) [EAB (T ) EAB (T0 )] [EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )]
热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略 温差电动势，热电偶的热电势可表示为，
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀在被测表面上等 3种。所用的电极类型有铁-康铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅 等。测温范围为−200～300℃。
2020/11/30
20
铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
2020/11/30
21
表面热电偶
2020/11/30
11
1.2 热电偶结构及种类
1热电偶的基本结构形式 2热电偶材料 3常用热电偶
2020/11/30
12
1.热电偶的基本结构形式
热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄 膜热电偶等。
热电偶的种类虽然很多，但通常由金属热电极、绝缘子、 保护套管及接线装置等部分组成。
E AB (T ,T0 )
E AB (T )
E AB (T0 )
K q0
(T
T0 ) ln
NA NB
2020/11/30
10
结论
（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总 电势为0。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电 势为0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点 的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材 料固定后，热电势便是两结点电势差。
2020/11/30
5
热电动势示意图
2020/11/30
6
形成机理
该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子 转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用 相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下 自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状 态。在这种状态下，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为 接触电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温度有关，与 导体的直径、长度及几何形状无关。
贝克效应。
2
1.1 热电偶
2020/11/30
3
热电势由两部分组成
两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为 “热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的 两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个 称为参考端（自由端或冷端）。
一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的 温差电势。
表面热电偶是用来测量各种状态的固体表面温度的，如 测量轧辊、金属块、炉壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温 度。
此外还有测量气流温度的热电偶、浸入式热电偶等。
2020/11/30
22
2.热电偶材料
1．对热电极材料的一般要求 2．电极材料的分类 3．绝缘材料 4．保护管材料
2020/11/30
23
2020/11/30
13
普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、 绝缘套管、保护管和接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连 接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种 形式。
2020/11/30
普通型热电偶结构图
14
普通装配型热电偶的 外形
安装 螺纹
对热电极材料的一般要求
（1）配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势对温度尽 可能有良好的线性关系。
（2）能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不 会发生明显的化学及物理性能的变化。
安装
法兰
2020/11/30
15
接线 盒
普通装配型热 电偶的 结构放大图
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）
2020/11/30
16
铠装型热电偶
铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘 材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体 .
它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装 型热电偶的主要优点是测温端热容量小，动态响应快， 机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上，因 此被广泛用在许多工业部门中。
热电偶传感器
1.1 热电偶 1．热电效应
热电效应就是把两种不同的导体或半导 体（A和B）串接成一个闭合回路，如果 两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点
之间便产生电动势，从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势，通常称为热电动势。
1821年由Seeback发现的，故又称为赛
2020/11/30
2020/11/30
17
铠装型热电偶结构
1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极
2020/11/30
18
铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
2020/11/30
AB
薄壁金属 保护套管 （铠体）
铠装型热电偶 横截面
法兰
19
薄膜热电偶
用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料 沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又 薄（厚度可达0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快，可用 于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。
2020/11/30
7
接触电势大小
E AB (T )
KT q0
ln
NA NB
2020/11/30
8
3．温差电动势
温差电动势是同一导体（热电极）的两端因其温度不同 而产生的一种电动势。由于温度不同，低温端的电子数 会比高温端的电子数多，结果高温端因少出电子而带正 电， 低温端因多出电子而带负电，在导体两端便形成 温差电动势。其大小可表示为
2020/11/30
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
2．接触电势
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的 自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方 向上扩散的速率就不一样。
。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导 体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。 所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷。于是， 在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场 。
和
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )
2020/11/30
9
4．热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，
热电偶回路所产生的总电动势，
EAB (T ,T0 ) [EAB (T ) EAB (T0 )] [EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )]
热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略 温差电动势，热电偶的热电势可表示为，
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀在被测表面上等 3种。所用的电极类型有铁-康铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅 等。测温范围为−200～300℃。
2020/11/30
20
铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
2020/11/30
21
表面热电偶