热电偶传感器的应用与发展

HEFEI UNIVERSITY
热电偶式传感器的应用与发展
系别电子信息与电气工程系
班级 09自动化1班
学号09050750020905075014 0905075023 姓名王林吴红田坤
完成时间2011.11.25
热电偶传感器应用与发展
摘要：目前，对于热电偶传感器的研究已经很透彻。

在很多领域里，热电偶的应用是达到了举足轻重的程度，应用很广泛，效果也很理想。

但是，其发展还有很大的空间，对于它的性能、用途以及使用范围还需进一步了解。

鉴于热电偶的高速发展，本文主要对它的应用与发展进行阐述。

关键字：热电偶传感器测温应用发展
一、热电偶传感器的简介
热电偶传感器在许多方面都具备了一种理想温度传感器的条件,是一种典型的自发电传感器。

在温度测量领域获得广泛应用。

在《自动检测技术》、《传感器技术》等课教学中,热电偶传感器也是比较重要的内容，它涉及较多的理论与基本定律。

在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它的优点是：结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等等。

热电偶是一个有源元件，测量时不需要外加电源。

所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。

二、热电偶的工作原理及热电动势
两种不同材料的导体组合成为一个闭合回路（图1），当回路的两个接触点分别置于不同的温度场中时，回路就会产生一个电动势（图2），即为“热电动势”。

图1热电偶回路图2热电偶回路的电动势
热电动势有两部分组成：接触电动势，温差电动势。

（1）接触电动势公式：e AB(t)=U At-U Bt
e AB(t0)=U At0-U Bt0
（2）差动电动势公式：e A(t,t0)=U At-U At0
e B(t,t0)=U Bt-U Bt0
e AB(t)-e AB(t0)+e A(t,t0)-e B(t,t0)（3）热电偶回路电动势：E AB(t,t0)=
由上我们可以得出结论：热电偶回路中的电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和接触点的温度有关，而与热电偶的形状和尺寸无关。

三、热电偶的应用及发展
上述已经说过，热电偶的应用很是广泛.在此，我们可以从以下几点应用：(1)N型热电偶在主蒸汽温度测量中的应用
近年来，N型热电偶在火电厂得到了广泛的应用。

N型热电偶在中子辐射环境下具有良好的稳定性, 是因为N型热电偶去除了易蜕变元素Mn、Co等。

因此,N型热电偶具有很好的耐核辐射的能力。

在一个机组主蒸汽管道上放一个温度保护套管，将N型热电偶放入其内部，测量的温度将其转化为电动势，通过控制电动势来控制温度。

N型热电偶具有以下优点：
A、用N 型热电偶测主蒸汽温度可提高监控系统的准确性和可靠性, 从而保证了
火力发电机组的安全和经济运行。

B、型热电偶的高温稳定性好和使用寿命高可与大修周期同步。

因此,在N 型热
电偶对主蒸汽温度测量成功应用的基础上, 可进行用N 型热电偶测过热器和汽缸等金属壁温的试验研究, 这对保证仪表的完好率、降低仪表的故障率有着十分重要的意义。

C、随着N 型热电偶生产量的逐年增加, 其价格不会太高。

（2）热电偶对爆炸产物的热响应应用
在炸药的爆炸过程中, 温度变化极快, 数值极高 , 且为非稳态传热, 冲击波的传播速度远大于热流的传播速度, 测试仪器在测得信号前容易损坏, 用实验方法测定较为困难, 信号不易捕捉。

热电偶技术的迅速发展为研究瞬态热作用提供了简便可靠的测试方法。

自制钨铼热电偶温度传感器, 热电偶丝为WRe5/26, 直径0. 2mm , 最高测量温度可达+ 2 800 ℃。

热电偶用标准铂铑102铂热电偶标定。

测试系统结构如图3 所示。

其工作过程为: 热电偶温度传感器将温度信号转换为电压信号, 经直流电压放大器放大后通过A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号。

采集系统将给出电压值, 其变化反映热电偶温度值的变化。

数据采集后对信号加以滤波处理, 然后根据分度表进行温度转换。

其优点：
图3测试系统结构图
A、采用WRe5ö26 热电偶观测和分析爆炸热作用的方法是可行的, 为研究爆炸产物的热输出特性提供了一种简单而有效的测试方法, 可用于评价炸药的热毁伤效果。

B、爆炸产物的温度衰减较快, 同时由于冲击波破坏传感器的时间比热电偶的响应时间快, 使用热电偶测量温度最好在适当的距离, 还应注意传感器的保护, 消除电源、放大器等干扰信号。

C、所用热电偶温度传感器能够迅速反映爆炸产物的温度平衡特性。

（3）热电偶技术供暖
目前，热电偶在很多领域里都有很大的发展。

由新的热电偶替代了旧的热电偶，由性能好的替代了性能比较差的，这一步一步的发展，使现在的热电偶种类多，使用范围广，精度高，经济性好越来越方便我们日常生活的应用。

在此，仅提出几点发展。

由以前应用以工业为主的热电偶引入我们的生活。

近年来，由于提倡环保，对于以前以燃煤为主的锅炉取暖方式已经不适用了。

公共建筑的冬季的供热选择只有两个：一个是以电的形式来提供，再有一种就是以燃气为能源的资源;再有燃气有时候往往从计算上或是费用上可能都是不划算的，那在这种情况下电热泵可能就是一个最好的选择。

热泵热水器是一种新型热水和供暖热泵产品，是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置。

与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸收太阳能。

热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，与水换热，大大提高热效率，充分利用了新能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点完美的结合于一体的新型热水器。

目前，热泵热水器有热电偶热水器、水源热泵和太阳能型三种系列，是开拓和利用新能源最好的设备之一。

空气源(太阳能)热泵是当今世界上最先进的产品之一，该产品以制冷剂为媒介，制冷剂在风机盘管(或太阳能板)中吸收空气中(或阳光)中的能量，再经压缩机压缩制热后，通过换热装置将热量传递给水，来制取热水，热水通过水循环系统送入用户散热器进行采暖或直接用于热水供应。

（4）薄膜热电偶传感器测高温物体表面温度
薄膜热电偶(T F T C )作为固体表面温度传感器具有许多优点, 其很小的质量(2 x2m m 的焊点只有约0.0001g ) 使其对表面热传导的干扰极小, 对于大多数实际测量而言, 被测点的这一热变化是微乎其微的;由于厚度仅为1um 的薄膜对于多数对流换热应用来说尺寸很小, 所以薄膜热电偶与被测表面之间的对流换热变化也极其微小。

另一方便，由于自身构造上的特点，薄膜热电偶传感器可以贴在某些需要测量温度但又不方便直接测温的物件上。

例如70年代初, 美国Pratt和whiteney 等航空汽轮发动机公司对薄膜热电偶产生了兴趣, 研究用其测量汽轮机一级叶片的表面温度。

由于其它任何方法都无法达到上述目的, 因此这一关键应用极大地推动了美国薄膜热电偶研究工作的进展。

四、热电偶传感器的优点和缺点及其解决办法。

优点：热电偶回路中的电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和接触点的温度有关，而与热电偶的形状和尺寸无关，所以用非常细的材料也能够做成温度传感器。

也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。

而这些也为例如薄膜热电偶传感器的开发和应用创造了条件。

缺点：它灵敏度比较低，热电偶的冷端通常接近被测对象，温度并不是恒定不变的，且容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。

解决办法：针对热电偶容易受环境温度影响和不适合测量微小温度变化的缺点，我们可能就需要运用到冷端补偿。

其中冷端补偿有可以分为：冷端恒温法、补偿导线法、计算修正法、电桥补偿法等。

总结：在写这篇报告中，我们小组三人查阅了很多期刊、杂志和根据从《自动检测技术》这本书，了解到了很多有关热电偶式传感器的发展与应用。

以上是通过我们看过那些研究性的文章后挑选出的集中与当今社会紧密联系的几种有关热电偶式传感器的应用。

参考文献：
[1]《技术及应用》杨庆柏:沈阳电力高等专科学校热自教研室
[2]《火炸药学报》第31卷第1期2008年2月
[3]《材料导报》1995.No5
[4]《传感器原理设计与应用》[M ].刘迎春,叶湘滨. 北京:国防科技大学出版
社,2006
[5]《谈谈热电偶误差[ J ].》王魁汉,吴玉锋. 计量技术, 2004 (3) :60 - 62.
[6]《热电偶的测温原理及误差分析[ J ].》宁夏电力增刊, 2007 (2) : 76 - 78.
[7]《西北轻工业学院学报》张庆玲西安航空工业技术专科学校电气系。