(5.22)--4.11 热电式传感器机械测试技术.ppt

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1、测试测试技术技术一、工作原理一、工作原理两种两种不同材料不同材料的导体（或半导体）组成一的导体（或半导体）组成一个个闭合回路闭合回路，当两接点，当两接点温度不同温度不同时，在该时，在该回路中就会产生电动势。回路中就会产生电动势。工作工作原理：原理：基于基于热电效应热电效应测试测试技术技术热热端端：测测量量端端补补偿偿端端冷冷端端：接触电动势接触电动势温差电动势温差电动势如果冷端如果冷端T0固定，则对材料一定的热电偶，固定，则对材料一定的热电偶，其总热电动势就只与温度其总热电动势就只与温度T成成单值函数关系单值函数关系。测试测试技术技术因为不同的材料，不同的金属，自由电子密因为不同的材料，不同的

2、金属，自由电子密度不同。度不同。假如金属假如金属A的自由电子密度高于金属的自由电子密度高于金属B，单，单位时间内，从位时间内，从A扩散到扩散到B的电子数要大于从的电子数要大于从B到到A。金属。金属A因为失去电子而带正电，金属因为失去电子而带正电，金属B因为得到电子而带负电。因为得到电子而带负电。这样，就形成了电位差，这就是这样，就形成了电位差，这就是接触电动势接触电动势。接触电动势接触电动势测试测试技术技术同一种金属材料中，两端温度不一样，高同一种金属材料中，两端温度不一样，高温端的自由电子，相对低温端，具有的动温端的自由电子，相对低温端，具有的动能更大。能更大。这样，自由电子便从高温端向低温

3、端扩散，这样，自由电子便从高温端向低温端扩散，高温端失去电子带正电，低温端得到电子高温端失去电子带正电，低温端得到电子带负电，从而形成带负电，从而形成温差电动势温差电动势。温差电动势温差电动势测试测试技术技术如果冷端如果冷端T0固定，则对材料一固定，则对材料一定的热电偶，其总热电动势就定的热电偶，其总热电动势就只与温度只与温度T成成单值函数关系单值函数关系。测量原理测量原理测试测试技术技术特性特性1：两导体相同时，总电动势为两导体相同时，总电动势为0。特性特性2：两接点温度相同时，总电动势为两接点温度相同时，总电动势为0。特性特性3：热电动势与中间温度无关，热电动势与中间温度无关，只与结点温度

4、有关。只与结点温度有关。二、工作特性二、工作特性应用应用：可检测热电极材料是否均匀。可检测热电极材料是否均匀。测试测试技术技术特性特性4：中间温度定律中间温度定律热电偶热电偶AB在接点温度在接点温度T、T0时的热电时的热电动势动势,等于热电偶在接点温度为等于热电偶在接点温度为T、Tc和和Tc、T0时的热电动势总和。时的热电动势总和。EAB(t,t0)=EAB(t,tc)+EAB(tc,t0)测试测试技术技术实际热电偶测温回路中实际热电偶测温回路中,利用该定律利用该定律,可对参考端温度不为可对参考端温度不为0的热电势进的热电势进行修正，也可将热电偶冷端利用补行修正，也可将热电偶冷端利用补偿导线延

5、伸到温度恒定的地方。偿导线延伸到温度恒定的地方。应用：应用：测试测试技术技术特性特性5：中间导体定律中间导体定律热电偶回路中接入第三种材料的导线，只热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同，第三种导要第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势线的引入不会影响热电偶的热电动势。测试测试技术技术在回路中引入连接导线和仪表，在回路中引入连接导线和仪表，不会影响回路中的热电势。不会影响回路中的热电势。应用：应用：测试测试技术技术特性特性6：标准电极定律标准电极定律 当温度为当温度为T1、T2时，用导体时，用导体A、B组组成的热电偶的热电动势，成的热电偶的热

6、电动势，等于等于AC热热电偶和电偶和CB热电偶的热电动势的和。热电偶的热电动势的和。测试测试技术技术通常选用通常选用高纯铂丝高纯铂丝作标准电极。作标准电极。铂容易提纯，熔点高，性能稳定。铂容易提纯，熔点高，性能稳定。应用：应用：只要测得它与各种金属组成的热电偶的只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。计算出来。测试测试技术技术三、热电偶的分类三、热电偶的分类标准型标准型分度号：分度号：S、B、E、K、R、J、T非标准型非标准型测试测试技术技术S型型铂铑铂铑

7、-铂热电偶铂热电偶1300以下范围可长时间使用，以下范围可长时间使用，可短期测量可短期测量1600高温。高温。WRLB适用温度：适用温度：优点：优点：缺点：缺点：热电动势较弱，易受还原性气体热电动势较弱，易受还原性气体所侵害而变质，成本较高。所侵害而变质，成本较高。精度较高，在氧化性或中性介质精度较高，在氧化性或中性介质中具有较高的物理化学稳定性。中具有较高的物理化学稳定性。测试测试技术技术K型型镍铬镍铬-镍硅镍硅(镍铬镍铬-镍铝镍铝)热电偶热电偶氧化性或中性介质中可长时间测量氧化性或中性介质中可长时间测量900以下温度，短期可达以下温度，短期可达1200；还原性介质中；还原性介质中500以下

8、。以下。WREU适用温度：适用温度：优点：优点：缺点：缺点：测量精度较低，有滞后现象。测量精度较低，有滞后现象。化学稳定性较高，复制性好，热化学稳定性较高，复制性好，热电动势大，线性好，价格便宜。电动势大，线性好，价格便宜。测试测试技术技术E型型镍铬镍铬-考铜热电偶考铜热电偶还原性或中性介质，可长期使用在还原性或中性介质，可长期使用在600以下，短期可达以下，短期可达800。WREA适用温度：适用温度：优点：优点：缺点：缺点：测温范围低且窄，考铜合金测温范围低且窄，考铜合金易受氧化而变质。易受氧化而变质。灵敏度高，价格便宜灵敏度高，价格便宜测试测试技术技术B型型铂铑铂铑30-铂铑铂铑6热电偶热电偶可长期测量可长期测量1600的高温，的高温，短期测量可达短期测量可达1800。WREA适用温度：适用温度：优点：优点：缺点：缺点：热电动势小，价格昂贵。热电动势小，价格昂贵。性能稳定，精度高，适于在氧化性能稳定，精度高，适于在氧化性或中性介质中使用。性或中性介质中使用。测试测试技术技术1.掌握热电传感器的工作原理掌握热电传感器的工作原理2.了解热电传感器的性质了解热电传感器的性质3.掌握常用热电偶的特点掌握常用热电偶的特点教学小结教学小结