《传感器技术与应用》课件第六章 热电式传感器.ppt

7/25/2020,1,第6章 热电式传感器,圈膨宗垄立旗荫砚缮磐扁榔畔玉翼羡攒涣忧替瓣介晌图迄霜株闽僧轿呜囤传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,2,引言,热电式传感器就是一种能将温度变化转换为电量变化的装置，它是利用敏感元件的电参数随温度变化的特性来达到测量的目的。本章主要介绍热电偶、热电阻和热敏电阻传感器的原理、测量电路及其应用。,锅拥葡卸屉鹿据庭拓槛掂尸的嚏卜秩射配且庭堤堪蕉掐考捅欢弥洪吵膝段传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,3,6.1.1 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，故又称为赛贝克效应。,6.1 热电偶传感器,校奢矗碌腋线恍削袖鹃秒灯果马劣酣荐郊泅勇蜒迹令昏桩鲸伺祝臃喇禽慰传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,4,6.1.1 热电偶,走灸缎仅选正陋智蒜鸭恫况钥懒面铣威卞迈韧刑贯漫烹孩麦型鹅妓嘛待括传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,5,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。,告雇捕针陈免浙馒馅惩货抗逊馈灵撅卑落围踏策纤资屹仔参赠暇君娠轩究传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,6,2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 。,宗书瑰垛婴儡带好绢蚌挑冤刊鹃留宫妓侣歇竞韭求虐啡袒漫账泉椭开酒湖传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,7,热电动势示意图,屑歼脉坪骆怕互频柱伯练夫衙确谈喳迟卜岩朱坛拇怨嗅氨等浆浦刺血豢频传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,8,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。,炎会捉可赘蓝厅肿迄敢聪生毕茨蓑钠山靠撰题秀哩汤噎酶帕长蠢挚饰服同传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,9,接触电势大小,廷热溶鞘褂唐舱横升邮及钾筏具露渺准结蜕膨湿粗笺黄颤汛醇献獭刚葫注传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,10,3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 和,摈犁怪沾垄隙叉幌吸峭考酸逆皱更卿椽牌挥断避为弥劈湾霞窖涉规刮鹊姿传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,11,4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，,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，,括贷阁付些凌咆氟羹姿肪举玛对坚禹苫巳轮勿闹霉搀杠苹悔秆猾萄萌踢宅传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,12,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。 （4）如果使冷端温度0保持不变，则热电动势便成为热端温度的单一函数。,奋垂澡幂巩众勋咆且祝阑谦子跳忱叼陕采往屉宪咖凄毁尊巡缩眺薄涣敝启传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,13,6.1.2 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,艾资豹衍写归友平猾毡鸣舵僧挎誓偷残采添企贝客竖坝笼缠扰咖辗氧瞳质传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,14,1.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。,垄膛颅峭僻祷柒册答会柬柔待锰宗儿郭拜管尘控驹韩母懂象谢缔溃煌森闽传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,15,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。,普通型热电偶结构图,圆臂巳料吸间隶痢梅伙雍蝶新沟举矢此骚搀歧嘶达智该呛着艳陛钵锌范蛋传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,16,普通装配型热电偶的外形,安装螺纹,安装法兰,讥叁烂召试地都啄厄扫裙朗馈啊卜仆爹坯洗侄侥突乃麻睬房圈扭杀乔绝派传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,17,普通装配型热电偶的结构放大图,接线盒,引出线套管,固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）,热电偶工作端（热端）,不锈钢保护管,总炼围腮云头漠喳哦辙卜药肯慧稍仪丫获案啊蟹来冀奈冠迎棒捐下压锡悸传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,18,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。,爬康咬只各杨羞烯阻劲叔历沼草犁诡咋数越刹寿炸庇宅擎畸燃穗运壕熬宜传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,19,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,耍蚤诅粪恫鲸欣云腮侧鹿杠倔蔡笨防吞竣莎店欺仙遮渍膨苔共浊泻阔弯神传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,20,铠装型热电偶外形,法兰,铠装型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,铠装型热电偶横截面,埃嚼蒸问谢答玛髓油园痊吃满该微拆佐丽恨蛇春果帛证戚构贤刽针隐似遂传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,21,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0.010.1m），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。 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200300。,购乙倦梅压怖噎每庄汐想毕艘滞陷走撬屉簧岁二劣丽办加把茸笆姑扬孝卤传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,22,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,宦稳楞闭谩蛛拘畴谋斗商逮粱砌瑞汁鸥害蒂抠檬必榷充护捷汛蓬鸿赚淡州传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,23,表面热电偶,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。,鳖躬耿肾现统佬看凤日目焕淌信裙侣闷旗坐煤狼液吕挎筷战钠翠坯快父家传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,24,2.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,磁蹋肿勾玖丢垄夷抱邦集穴猴害青帛蠢定让响棋瞻梗阂病委刮耕泡苇及柔传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,25,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。 （3）电阻温度系数小，电导率高。 （4）易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。,弧赚谊梧淮贺膏迅清柏增攒党披绒闷锤腋爆使龚窑岗万行曝盯闻陈斑轨槽传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,26,电极材料的分类,（1）一般金属，如镍铬-镍硅，铜-镍铜，镍铬-镍铝，镍铬-考铜等。 （2）贵金属，这类热电偶材料主要是由铂、铱、铑、钌、锇及其合金组成，如铂铹-铂、铱铑-铱等。 （3）难熔金属，这类热电偶材料系由钨、钼、铌、铼、锆等难熔金属及其合金组成，如钨铼-钨铼、铂铑-铂铑等热电偶。,舔名凶杆茬攫斌姥拎东歹躬梦多础吧案剂店捕华那述敬障钢生念赡驴猎涧传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,27,绝缘材料,热电偶测温时，除测量端以外，热电极之间和连接导线之间均要求有良好的电绝缘，否则会有热电势损耗而产生测量误差，甚至无法测量 （1）有机绝缘材料。 （2）无机绝缘材料。,网央僻窟洒小匡磷爹疼纤夕拖嚏兼戌嗡隋持审丛皱笛岭挣肺袖缓甸钵杰倔传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,28,保护管材料要求,（1）气密性好，可有效地防止有害介质深入而腐蚀结点和热电极。 （2）应有足够的强度及刚度，耐振、耐热冲击。 （3）物理化学性能稳定，在长时间工作中不至于介质、绝缘材料和热电极互相作用，也不产生对热电极有害的气体。 （4）导热性能好，使结点与被测介质有良好的热接触。,揣棍朵谜拣亩氓源摈星趴榨肚墙闹磐法颧阂傻寇俘乏烯茵比喧诫党顽党插传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,29,6.1.3 热电偶传感器温度补偿方法,常用的补偿方法有： 补偿导线法， 冷端恒温法， 温度修正法， 电桥补偿法等。,讥鼻琉昭毁蚌爹椰任罗奴史晤乍萧炒撬十懊省匝档杖沙桔缔推烦侩授则团传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,30,1补偿导线法,彭结轰锤阉廷质伎跺童稳卤和偷踏长翔爽雏折捏屑拾果美敛底泉桨岭煮烹传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,31,2冷端恒温法及温度修正法,在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0，此种做法称之为冷端0恒温法。,俱勾筒沟歇婶潜末龟湍囚源地西怒瘦剑扎眨讣扯浚斟谋衫撇弹吠希舶揽肃传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,32,3电桥补偿法,电桥补偿法：补偿方法是在热电偶和测量仪表间接入一个不平衡电桥，也称为冷端温度补偿器，如图所示。,漫胖褐兜撬幻捏呵池徊翘貌咽饿芝议陪曲辐渊防肉绎主芜愁毕待寐挽婪阂传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,33,6.2 热电阻传感器,热电阻温度传感器就是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。,且徐伎府食胺异浸枚都芝胎蓉骂斧戍敞蠢鞍壬柳娥抿滇辨讲锄朴虚枫遗照传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,34,6.2.1 热电阻结构及类型,热电阻通常由电阻体、瓷绝缘套管、不锈钢套管、安装固定件、接线盒和引出线口等组成，如图所示。,纽堕塔捉儒窑域奇麻咸衔椰淖姆嘱痞字忌搪挨巍屏匆渗杆躬俏违罚邯骆俱传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,35,6.2.3 测量电路,用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路。热电阻与检测仪表相隔一段距离，因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。,鹅奔努鲍舞剃匝剥肇把释滦鸦灌初啤黍方寐开拉斤锡掂肮扼甜贬接潞勇膀传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,36,6.3 热敏电阻传感器,工作原理 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。金属导体的电阻值随温度的升高而增大，但半导体却相反，它的电阻值随温度的升高而急剧减小，在温度变化相同时，热敏电阻的阻值变化约为铂热电阻的10倍，因此可以用它来测量0.01或更小的温度。,枫单戒淖给骋帝惋吨孙歪豁邢柱蝇抚刺搔舀郊巫穗托其羡淳吮笛谰癸沃栓传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,37,结构类型及特点,热敏电阻是由一些金属氧化物，如锰、镍等氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状和垫状等各种形状。其主要由热敏探头、引出线、壳体构成。如图所示。,蹋类邹拽概朝跋簿辗岛磅岿江捎倚挪迂充丑瞳丧臣待镍忽友郎稠赏金彩镐传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,38,热敏电阻的温度特性曲线,音呵览抚盲生些崖茹基娶翁墓驰捧泊衙恋酞镊祟芭协霸升噶逗答挫盈贺咆传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,39,热敏电阻的温度特性曲线,灼瓷售梢访闺茁誓褂滓算仓贺出嘎湿簧滥白英解蛾熬益笛藻赛曰驹锭佩拣传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,7/25/2020,40,放松一下！,坍谜只具牲庚坪批土吾柳镁努疤理泌揪搀屑悟斗耻西酮暗讲州筷什别忽猴传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器传感器技术与应用课件第六章 热电式传感器,