項(xiàng)目單元 熱電偶傳感器熱水器加熱爐溫檢測(cè)單元設(shè)計(jì)制作PPT學(xué)習(xí)教案

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1圖8.1燃?xì)鉄崴鞯膬?nèi)部結(jié)構(gòu)第1頁(yè)/共58頁(yè)第2頁(yè)/共58頁(yè)第3頁(yè)/共58頁(yè)第4頁(yè)/共58頁(yè)第5頁(yè)/共58頁(yè)第6頁(yè)/共58頁(yè)圖8.2 熱電偶回路原理圖第7頁(yè)/共58頁(yè)接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì) 接觸電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體接觸電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。兩接點(diǎn)的接觸電的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。兩接點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)eAB(T) 可表示為可表示為 含義：由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。BAABNNekTTeln)(eAB(T) A B兩材料

2、在溫度T接觸電動(dòng)勢(shì)T接觸處的絕對(duì)溫度K玻爾茲曼常數(shù)(K=1.3810-23J/K)e電子電荷(e=1.610-19C)NA、NB熱電極材料 A B的自由電子密度(2)溫差電動(dòng)勢(shì) 第8頁(yè)/共58頁(yè)AeA(T,To)ToTdTTTeTTAA0),(0溫差電勢(shì)原理圖機(jī)理：高溫端的電子能量要比低溫端的電機(jī)理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，端因失去電子而帶正電， 低溫端因獲得多低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫余的電子而帶負(fù)

3、電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。差電動(dòng)勢(shì)。 eA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)； T，T0高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0時(shí)，銅的 =2V/。第9頁(yè)/共58頁(yè)熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì) eAB(T, T0)=eAB(T)eB(T,T0)eAB(T0)eA(T,T0) 忽略溫差電動(dòng)勢(shì)，熱電偶的熱電勢(shì)可表示為： 第10頁(yè)/共58頁(yè)影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無關(guān)兩熱電極相同材料時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電

4、動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即 可見：只要測(cè)出eAB（T,T0）的大小，就能得到被測(cè)溫度T，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。 討論00( , )( )( )( )( )ABEt tf tf tf tCt第11頁(yè)/共58頁(yè) 在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)，接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律如果熱電偶中的兩個(gè)熱電極材料相同，無論結(jié)點(diǎn)的溫度如何，熱電勢(shì)為零。（2）中間導(dǎo)體定律 2. 熱電偶基本定律eABC(t,to)=eAB(t)- eAB(to)= eAB(t,to)第12頁(yè)/共58頁(yè)中間導(dǎo)體定律證明、應(yīng)用第13頁(yè)/共58頁(yè)測(cè)量?jī)x表及引線作為第三種導(dǎo)

5、體的熱電偶回路 同理，熱電偶回路中插入多種導(dǎo)體后,只要保證插入導(dǎo)體兩端測(cè)試相同,則對(duì)熱電偶的電動(dòng)勢(shì)無影響。實(shí)際應(yīng)用中用導(dǎo)體和顯示儀表的連接均可看為中間導(dǎo)體。第14頁(yè)/共58頁(yè)（3）中間溫度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tn)+eAB(tn,t0) 在熱電偶測(cè)溫回路中，tn為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tn和tn、t0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(t, tn)和eAB(tn, t0)的代數(shù)和，即 第15頁(yè)/共58頁(yè)中間溫度定律 eAB(t,to)= eAB(t,tn)+ eAB(tn, to) =eAB(t)-eAB(t

6、n )+eAB(tn)-eAB(t0) = eAB(t)- eAB(t0) = eAB(t,to)eAB(t,to)= eAB(t,tn)+ eAB(tn, to)中間溫度定律證明第16頁(yè)/共58頁(yè) 根據(jù)這個(gè)定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體A和B，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對(duì)參考端溫度不為0的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。第17頁(yè)/共58頁(yè)第18頁(yè)/共58頁(yè)S型型(鉑銠鉑銠10-鉑鉑)熱電偶分度表熱電偶分度表 第19頁(yè)/共58頁(yè)0C0C0( , )( ,

7、)( , )ABABEt tEt tEt t已知熱電極A B與參考電極C組成的熱電偶極點(diǎn)溫度(t,to)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(t,to) EBC(t,to)，則A B 兩熱電極配對(duì)，熱電動(dòng)勢(shì)EAB(t,to)計(jì)算為：第20頁(yè)/共58頁(yè)第21頁(yè)/共58頁(yè) 為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有：普通型熱電偶特殊熱電偶鎧裝型熱電偶薄膜熱電偶等。 3.熱電偶的結(jié)構(gòu)及材料熱電偶的結(jié)構(gòu)及材料第22頁(yè)/共58頁(yè)普通型熱電偶結(jié)構(gòu) 接線盒熱電極熱端絕緣管保護(hù)管第23頁(yè)/共58頁(yè) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。 鎧裝型熱電偶第24頁(yè)/共

8、58頁(yè)薄膜熱電偶 特點(diǎn)特點(diǎn)：熱接點(diǎn)可以做得很?。╩），具有熱容量小、反應(yīng)速度快（s）等特點(diǎn)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。 第25頁(yè)/共58頁(yè)第26頁(yè)/共58頁(yè)工程用熱電偶材料應(yīng)滿足條件：熱電勢(shì)變化盡量大，熱電勢(shì)與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易加工，復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，有良好的互換性。 4.熱電偶的類型熱電偶的類型 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）向世界各國(guó)推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中，具有統(tǒng)一的分度表）。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。第27頁(yè)/共58頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能和特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性

9、能和特點(diǎn) 第28頁(yè)/共58頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能和特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能和特點(diǎn) 第29頁(yè)/共58頁(yè)熱電偶典型測(cè)溫線路(a)普通測(cè)溫線路； (b) 帶有補(bǔ)償器的測(cè)溫線路；(c) 具有溫度變送器的測(cè)溫線路； (d) 具有一體化溫度變送器的測(cè)溫線路補(bǔ)償器溫度變送器溫度變送器顯示儀表顯示儀表顯示儀表顯示儀表tAB補(bǔ)償導(dǎo)線(a)tAB補(bǔ)償導(dǎo)線(c)tAB補(bǔ)償導(dǎo)線(b)tAB銅導(dǎo)線(d)5 熱電偶測(cè)溫線路測(cè)量某一點(diǎn)的溫度第30頁(yè)/共58頁(yè)6熱電偶的溫度補(bǔ)償熱電偶的溫度補(bǔ)償 當(dāng)熱端溫度為t時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)eAB(t, 0)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)eAB(t,t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得

10、到下式： eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) 由此可見，eAB(t0，0)是冷端溫度t0的函數(shù)，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。 第31頁(yè)/共58頁(yè)熱電偶一般做得較短， 一般為3502000mm。在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣, 冷端溫度t0比較穩(wěn)定。解決辦法：工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線。在0100溫度范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性 (1) 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 。第32頁(yè)/共58頁(yè)常用補(bǔ)償導(dǎo)線 第33頁(yè)/共58頁(yè) 在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把冷端放入0恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷

11、端溫度保持0。 這是一種理想的補(bǔ)償方法，但工業(yè)中使用極為不便。 (2) 冷端0恒溫法 第34頁(yè)/共58頁(yè) 當(dāng)冷端溫度t0不等于0，需要對(duì)熱電偶回路的測(cè)量電勢(shì)值eAB（t，t0）加以修正。當(dāng)工作端溫度為t時(shí)，分度表可查eAB(t,0)與eAB(t0,0)。 根據(jù)中間溫度定律得到： eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) (3) 冷端溫度修正法 第35頁(yè)/共58頁(yè) 例子 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30，測(cè)得熱電勢(shì)eAB（t，t0）為33.29mV, 求加熱爐溫度。 解解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。 可得 eAB（t，

12、0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.8。 第36頁(yè)/共58頁(yè)(4) 冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法（電橋補(bǔ)償法）000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值第37頁(yè)/共58頁(yè)第38頁(yè)/共58頁(yè)第39頁(yè)/共58頁(yè)第40頁(yè)/共58頁(yè)第41頁(yè)/共58頁(yè)圖8.19 熱電阻測(cè)溫電路圖8.20 熱電阻三線制接法測(cè)量橋路1電阻體 2引出線 3顯示儀表第42頁(yè)/共58頁(yè)圖8.21 熱電阻測(cè)溫電路的四線制接法第43頁(yè)/共58頁(yè)圖8.22熱電阻溫度的測(cè)量電路圖圖8.23 熱電阻式流量計(jì)電路原理圖第44頁(yè)/共58頁(yè)第45頁(yè)/共58頁(yè)圖8.24 熱敏電阻的熱電特性曲線第46頁(yè)/共58頁(yè)第47頁(yè)/共58頁(yè)圖8.26 應(yīng)用熱敏電阻的電加熱器第48頁(yè)/共58頁(yè)第49頁(yè)/共58頁(yè)圖8.28 熱敏電阻構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)電路圖a) 連接示意圖 b) 電動(dòng)機(jī)定子上熱敏電阻連接方式第50頁(yè)/共58頁(yè)第51頁(yè)/共58頁(yè)熱電偶認(rèn)知熱電偶認(rèn)知第52頁(yè)/共58頁(yè)圖8.31 常見的金屬熱電阻傳感器圖8.32 金屬熱電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第53頁(yè)/共58頁(yè)第54頁(yè)/共58頁(yè)第55頁(yè)/共58頁(yè)圖8.40 熱電偶測(cè)溫原理參考設(shè)計(jì)圖第56頁(yè)/共58頁(yè)第57頁(yè)/共58頁(yè)