項目單元 熱電偶傳感器熱水器加熱爐溫檢測單元設計制作PPT學習教案

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1、會計學1圖8.1燃氣熱水器的內(nèi)部結構第1頁/共58頁第2頁/共58頁第3頁/共58頁第4頁/共58頁第5頁/共58頁第6頁/共58頁圖8.2 熱電偶回路原理圖第7頁/共58頁接觸電動勢接觸電動勢 接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種不同導體接觸電動勢的數(shù)值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。兩接點的接觸電的材料特性和接觸點的溫度。兩接點的接觸電動勢動勢eAB(T) 可表示為可表示為 含義：由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。BAABNNekTTeln)(eAB(T) A B兩材料

2、在溫度T接觸電動勢T接觸處的絕對溫度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)溫差電動勢 第8頁/共58頁AeA(T,To)ToTdTTTeTTAA0),(0溫差電勢原理圖機理：高溫端的電子能量要比低溫端的電機理：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，結果高溫比從低溫端跑到高溫端的要多，結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電，在導體兩端便形成溫余的電子而帶負

3、電，在導體兩端便形成溫差電動勢。差電動勢。 eA(T，T0)導體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢； T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0時，銅的 =2V/。第9頁/共58頁熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢 eAB(T, T0)=eAB(T)eB(T,T0)eAB(T0)eA(T,T0) 忽略溫差電動勢，熱電偶的熱電勢可表示為： 第10頁/共58頁影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關兩熱電極相同材料時，總電動勢為0兩接點溫度相同時，總電動勢為0對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電

4、動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關系，即 可見：只要測出eAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理。 討論00( , )( )( )( )( )ABEt tf tf tf tCt第11頁/共58頁 在熱電偶測溫回路內(nèi)，接入第三種導體時，只要第三種導體的兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。（1）均質(zhì)導體定律如果熱電偶中的兩個熱電極材料相同，無論結點的溫度如何，熱電勢為零。（2）中間導體定律 2. 熱電偶基本定律eABC(t,to)=eAB(t)- eAB(to)= eAB(t,to)第12頁/共58頁中間導體定律證明、應用第13頁/共58頁測量儀表及引線作為第三種導

5、體的熱電偶回路 同理，熱電偶回路中插入多種導體后,只要保證插入導體兩端測試相同,則對熱電偶的電動勢無影響。實際應用中用導體和顯示儀表的連接均可看為中間導體。第14頁/共58頁（3）中間溫度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tn)+eAB(tn,t0) 在熱電偶測溫回路中，tn為熱電極上某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tn和tn、t0時的熱電勢eAB(t, tn)和eAB(tn, t0)的代數(shù)和，即 第15頁/共58頁中間溫度定律 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/共58頁 根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導體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用補償導線提供了理論依據(jù)。 該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)。在實際熱電偶測溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。第17頁/共58頁第18頁/共58頁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/共58頁0C0C0( , )( ,

7、)( , )ABABEt tEt tEt t已知熱電極A B與參考電極C組成的熱電偶極點溫度(t,to)時的熱電動勢分別為EAC(t,to) EBC(t,to)，則A B 兩熱電極配對，熱電動勢EAB(t,to)計算為：第20頁/共58頁第21頁/共58頁 為了適應不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件，熱電偶的結構形式有：普通型熱電偶特殊熱電偶鎧裝型熱電偶薄膜熱電偶等。 3.熱電偶的結構及材料熱電偶的結構及材料第22頁/共58頁普通型熱電偶結構 接線盒熱電極熱端絕緣管保護管第23頁/共58頁 優(yōu)點優(yōu)點：測溫端熱容量小，動態(tài)響應快；機械強度高，撓性好，可安裝在結構復雜的裝置上。 鎧裝型熱電偶第24頁/共

8、58頁薄膜熱電偶 特點特點：熱接點可以做得很小（m），具有熱容量小、反應速度快（s）等特點，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。 第25頁/共58頁第26頁/共58頁工程用熱電偶材料應滿足條件：熱電勢變化盡量大，熱電勢與溫度關系盡量接近線性關系，物理、化學性能穩(wěn)定，易加工，復現(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 國際電工委員會（IEC）向世界各國推薦8種標準化熱電偶（已列入工業(yè)標準化文件中，具有統(tǒng)一的分度表）。我國已采用IEC標準生產(chǎn)熱電偶，并按標準分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。第27頁/共58頁標準化熱電偶的主要性能和特點標準化熱電偶的主要性

9、能和特點 第28頁/共58頁標準化熱電偶的主要性能和特點標準化熱電偶的主要性能和特點 第29頁/共58頁熱電偶典型測溫線路(a)普通測溫線路； (b) 帶有補償器的測溫線路；(c) 具有溫度變送器的測溫線路； (d) 具有一體化溫度變送器的測溫線路補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補償導線(a)tAB補償導線(c)tAB補償導線(b)tAB銅導線(d)5 熱電偶測溫線路測量某一點的溫度第30頁/共58頁6熱電偶的溫度補償熱電偶的溫度補償 當熱端溫度為t時，分度表所對應的熱電勢eAB(t, 0)與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢eAB(t,t0)之間的關系可根據(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)，因此需要對熱電偶冷端溫度進行處理。 第31頁/共58頁熱電偶一般做得較短， 一般為3502000mm。在實際測溫時，需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場數(shù)十米遠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：工程中采用一種補償導線。在0100溫度范圍內(nèi)，要求補償導線和所配熱電偶具有相同的熱電特性 (1) 熱電偶補償導線 。第32頁/共58頁常用補償導線 第33頁/共58頁 在實驗室及精密測量中，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。 這是一種理想的補償方法，但工業(yè)中使用極為不便。 (2) 冷端0恒溫法 第34頁/共58頁 當冷端溫度t0不等于0，需要對熱電偶回路的測量電勢值eAB（t，t0）加以修正。當工作端溫度為t時，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/共58頁 例子 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30，測得熱電勢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/共58頁(4) 冷端溫度自動補償法（電橋補償法）000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值第37頁/共58頁第38頁/共58頁第39頁/共58頁第40頁/共58頁第41頁/共58頁圖8.19 熱電阻測溫電路圖8.20 熱電阻三線制接法測量橋路1電阻體 2引出線 3顯示儀表第42頁/共58頁圖8.21 熱電阻測溫電路的四線制接法第43頁/共58頁圖8.22熱電阻溫度的測量電路圖圖8.23 熱電阻式流量計電路原理圖第44頁/共58頁第45頁/共58頁圖8.24 熱敏電阻的熱電特性曲線第46頁/共58頁第47頁/共58頁圖8.26 應用熱敏電阻的電加熱器第48頁/共58頁第49頁/共58頁圖8.28 熱敏電阻構成的電動機過載保護電路圖a) 連接示意圖 b) 電動機定子上熱敏電阻連接方式第50頁/共58頁第51頁/共58頁熱電偶認知熱電偶認知第52頁/共58頁圖8.31 常見的金屬熱電阻傳感器圖8.32 金屬熱電阻的內(nèi)部結構第53頁/共58頁第54頁/共58頁第55頁/共58頁圖8.40 熱電偶測溫原理參考設計圖第56頁/共58頁第57頁/共58頁