1、学习目标与任务学习目标与任务 1.了解温度测量的基本概念和方法；了解温度测量的基本概念和方法；2.了解热电偶的工作原理与结构类型；了解热电偶的工作原理与结构类型；3.掌握热电偶的型号构成及选用方法；掌握热电偶的型号构成及选用方法；4.学会用其进行温度测量；学会用其进行温度测量；5.了解常见热电偶测温系统的组成与功能；了解常见热电偶测温系统的组成与功能；温度测量与热电偶传感器温度测量与热电偶传感器第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 一、一、温度测量的基本概念温度测量的基本概念 温度标志着物质内温度标志着物质内部大量分子无规则运动部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，的剧烈程度
2、。温度越高，表示物体内部分子热运表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。模拟图模拟图：在一个密闭的空间里，气体分在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！子在高温时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温标。它规。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。单位。各类温度计的刻度均由温标确定。2 2、国际上规定的温标有：、国际上规定的温标有：摄氏温标、华摄氏温标、华氏温标、热力学温标氏温标、热力学温标等。等。第一节第一节 温度测量
3、的基本概念温度测量的基本概念 几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温为37 C C，相，相当于华氏温当于华氏温度多少度？度多少度？二、温标二、温标 第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 热力学温标（热力学温标（K K）热力学温标是建立热力学温标是建立在热力学第二定律基础上在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开的最科学的温标，是由开尔文（尔文（Kelvin）根据热力）根据热力学定律提出来的，因此又学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（，单位是开尔文（K）。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵像开尔文勋爵像二、温标二、温标 第一
4、节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 1990国际温标国际温标(ITS-90)从从1990年年1月月1日开始在全世界范围内采日开始在全世界范围内采用用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90。它定义了。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为点为273.16K（0.01 C）等。）等。二、温标二、温标 第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接
5、触式和非接触式；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。按输出方式分，有自发电型、非电测型等。三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满热水后图案变得清晰可辨装满热水后图案变得清晰可辨三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 变色涂料在电脑内部温度中的示
6、温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热风扇散热风扇低温时显示蓝色低温时显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 不需要电源，耐用；但感不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。温部件体积较大。气体的体积与热气体的体积与热力学温度成正比力学温度成正比 体积热膨胀式体积热膨胀式 三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 红外温度计红外温度计三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本
7、概念 热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点:1、它属于、它属于自发电型自发电型传感器：测量时可以不需外加电传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；源，可直接驱动动圈式仪表；2、测温范围广：测温范围广：下限可达下限可达-270 C C，上限可达，上限可达28002800 C C以以上；上；3 3、各温区中的热电势均符合、各温区中的热电势均符合国际计量委员会国际计量委员会的标准。的标准。三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端）第二节第二节
8、热电偶的工作原理热电偶的工作原理 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端）热电极热电极B B热电势热电势AB先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示结论：结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。一、热电效应一、热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），（说明什么？），
9、如果用两如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。从实验到理论：热电效应从实验到理论：热电效应第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 自由自由电子电子ABeAB（T T）T T结点产生热电势的微观解释及图形符号结点产生热电势的微观解释及图形符号 两种不同的金属互相接触时，由于不
10、同金属内自由电子的密两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属度不同，在两金属A和和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B，使，使A失去电失去电子带正电，子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。得到电子带负电，从而产生热电势。从实验到理论：热电效应从实验到理论：热电效应第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 热电效应的热电效应的定义：定义：将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A和和B串接成一个闭合回路，当
11、两个串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。象称为热电效应。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 一、热电效应一、热电效应 BAABNNekTTeln)(ABTT0k k玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，e e电子电荷量，电子电荷量，T T接触处的温度，接触处的温度，N NA A，N NB B分别为导体分别为导体A A和和B B的自由电子密度。的自由电子密度。BAABNNekTTeln)(00 接触电动势接触电动势不同材料之间不同材料之间:节点处电子的扩散所致节点处电子的扩散所致第
12、二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 二、热电势二、热电势（接触电动势和温差电动势接触电动势和温差电动势）温差电动势温差电动势)(0TTeAAA A，B B汤姆逊温度系数。汤姆逊温度系数。同种材料：同种材料：两端温度不同两端温度不同电子运动速度不同电子运动速度不同)(0TTeBB回路中总电动势：回路中总电动势：),(),()()(000TTeTTeTeTeEbAABABAB第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 二、热电势二、热电势（接触电动势和温差电动势接触电动势和温差电动势）ABTT02)2)中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温在热电
13、偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V1)1)均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。长度以及温度分布如何均不产生热电动势。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律ABTT0=ACTT0CBTT03)3)参考电极定律参考电极定律 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电偶
14、，如果他们所产组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，生的热电动势为已知，A A和和B B两极配对后的热电动势可用下式求两极配对后的热电动势可用下式求得：得：),(),(),(000TTETTETTECBACAB4)4)中间温度定律中间温度定律 热电偶在两接点温度热电偶在两接点温度t t、t t0 0时的热电动势等于该热电偶在接时的热电动势等于该热电偶在接点温度为点温度为t t、t tn n和和t tn n、t t0 0时的相应热电动势的代数和。中间温度定时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以用下式表示：律可以用下式表示：),(),(),(00TTETTETTEnABnAABB中间温度
15、定律为补偿导线的使用提供了理论依据。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 三、热电偶测温基本定律三、热电偶测温基本定律 根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶。可以作为热电极组成热电偶。在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：条件：(1)(1)温度测量范围广；温度测量范围广；(2)(2)性能稳定；性能稳定；(3)(3)物理化学性能好；物理化学性能好；第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料
16、、结构及种类1、热电偶的材料、热电偶的材料1）普通工业装配式热电偶的结构普通工业装配式热电偶的结构 热电偶通常由热电极、绝缘管、热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组保护套管和接线盒等几个主要部分组成。成。2、热电偶的结构、热电偶的结构第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类2）铠装热电偶的结构铠装热电偶的结构2、热电偶的结构、热电偶的结构 铠装热电偶的制造工艺铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一
17、体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠装热电偶特点：铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。题，且具有抗震、可弯曲、
18、超长等优点。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类铠装热电偶结构铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面2、热电偶的结构、热电偶的结构3）隔爆型热电偶隔爆型热电偶 结构特点结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过殊结构，它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空而成的，有一定的厚度、隔爆空间，间，机构强度机构强度较高；采用螺纹隔爆接合
19、面，并采用密封圈进行密较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。使用场合：使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业化学工业自控系自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。境气体爆炸）。第
20、三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁保护管厚壁保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶1 1）标准型热电偶）标准型热电偶2 2）非标准型热电偶）非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。主要有：铂铑主要有：铂铑30-铂铑铂铑6热电偶，热电偶，分度号分度号“B”；铂铑铂铑10-铂热电偶，分度号铂热电偶，分度号“S”；镍铬镍铬-镍硅热电偶镍硅热电偶，分度号，分度号“K”；镍铬镍铬-康铜热电偶康铜热电偶，分度
21、号，分度号“E”；铁铁-康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号“J”；铜铜-康铜热电偶，分度号康铜热电偶，分度号“T”。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类3、热电偶的种类、热电偶的种类K K热电偶的热电偶的分度表分度表 比较查比较查出的出的3个热电个热电势，可以看势，可以看出热电势是出热电势是否否线性？线性？设设冷端为冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示值示值及及K热电偶的热电偶的分度表分度表，查出查出热端的温度热端的温度tx 。如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值4.型型号号表表示示第三节第三节 热电偶
22、的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿 由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有将冷端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的将冷端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的被测温度。被测温度。由于很难保证冷端温度在恒定由于很难保证冷端温度在恒定00故常采取一些故常采取一些冷端补偿措施，主要有：冷端补偿措施，主要有：冷端恒温法冷端恒温法 、补偿导线法补偿导线法 、计算修正法、计算修正法、桥补偿法桥补偿法等几种。等几种。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导
23、线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）冷端恒温法冷端恒温法 0恒温器恒温器 将热电偶的冷端置于温度为将热电偶的冷端置于温度为0的恒温器内。用于实验室的恒温器内。用于实验室或精密的温度测量。或精密的温度测量。（冰浴法冰浴法）其他恒温器其他恒温器 将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器的温度避免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器的温度不为不为0，需对热电偶进行冷端温度修正。，需对热电偶进行冷端温度修正。冰浴法接线图冰浴法接线图 1 1被测流体管道被测流体
24、管道 2 2热电偶热电偶 3 3接线盒接线盒 4 4补偿导线补偿导线 5 5铜质导线铜质导线 6 6毫伏表毫伏表 7 7冰瓶冰瓶 8 8冰水混合物冰水混合物 9 9试管试管 1010新的冷端新的冷端 补偿导线法补偿导线法 由于受到材料价格的限制不可能做很长，而要使其冷端不由于受到材料价格的限制不可能做很长，而要使其冷端不受测温对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采用补偿受测温对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采用补偿导线可以做到这一点。导线可以做到这一点。所谓所谓补偿导线补偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在在0150温度范围内与配接的热
25、电偶有一致的热电特性，温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。但价格相对要便宜。型号型号配用热电偶配用热电偶正正-负负导线外皮颜色导线外皮颜色 正正-负负SCSC铂铑铂铑1010-铂铂红红-绿绿KCKC镍铬镍铬 -镍硅镍硅红红-蓝蓝WCWC5/265/26钨铼钨铼5 5-钨铼钨铼2626 红红-橙橙补偿导线在补偿导线在0 0150150 C范范围内的热电势与配套的围内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，热电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。所以不影响测量精度。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补
26、偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）补偿导线法补偿导线法 实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。下面以炉温测量为例说明补偿导线的作用。下面以炉温测量为例说明补偿导线的作用。如采用镍铬如采用
27、镍铬-镍硅热电偶测炉温，热端为镍硅热电偶测炉温，热端为800 800，冷端为，冷端为50 50 ，仪表室为，仪表室为20 20。先分别查表得：先分别查表得：E E（800,0800,0）=33.277mV=33.277mV、E(50,0)=2.022mVE(50,0)=2.022mV、E(20,0)=0.798mVE(20,0)=0.798mV。则不补偿时输入仪表的热电势为：则不补偿时输入仪表的热电势为：E(800,50)=33.277-2.022=31.255mVE(800,50)=33.277-2.022=31.255mV（相当于（相当于751 751 ），），采用补偿导线后则为：采用补偿
28、导线后则为：E(800,20)=33.277-0.798=32.479mVE(800,20)=33.277-0.798=32.479mV（相当于（相当于781 781 ），），第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）计算修正法计算修正法 测量值再加上冷端温度到测量值再加上冷端温度到0 的热电势，现可利用计算机的热电势，现可利用计算机进行自动计算补偿。例用型热电偶测温度，冷端为进行自动计算补偿。例用型热电偶测温度，冷端为40，测得的热电势为测得的热
29、电势为29.188(mV)，求被测温度，求被测温度T。解：已知解：已知 e(t,40)=29.188(mV)查查 E(40,0)=1.611(mV)故故 E(t,0)=29.188+1.611=30.799(mV)查查K型分度表得：型分度表得：T=740 第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）电桥补偿法电桥补偿法热电偶的电势与温度为非线性关系；而电阻与温度的关系热电偶的电势与温度为非线性关系；而电阻与温度的关系是线性的，故是近似关系。补偿原理见
30、下图：图中是线性的，故是近似关系。补偿原理见下图：图中R1与与R2阻值阻值远大于其它电阻，使桥路具有恒流性质，并使远大于其它电阻，使桥路具有恒流性质，并使I1=I2=0.5mA；+-UteR1R2R3R4RCMR5I1I2I因此，其输出电压：因此，其输出电压：U=e+URCMUR5利用利用e与与URCM的相反变的相反变化来补偿热电偶冷端温度的化来补偿热电偶冷端温度的改变，自动补偿的条件为：改变，自动补偿的条件为：e=I1RCMt 电桥补偿法是电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，可购买与被，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。补偿热电
31、偶对应型号的补偿电桥。第三节第三节 热电偶的材料、结构及种类热电偶的材料、结构及种类5、冷端补偿、冷端补偿（冷端恒温法（冷端恒温法 、补偿导线法、补偿导线法 、计算修正法、计算修正法 和电桥补偿法）和电桥补偿法）电桥补偿法电桥补偿法 XT-WBC热电偶热电偶 冷端补偿器冷端补偿器第四节第四节 热电偶的应用及配套仪表热电偶的应用及配套仪表 由于我国生产的热电偶均符合由于我国生产的热电偶均符合ITS-90国际温标所规定的标国际温标所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国
32、家标准的套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的动圈式显示仪表命名为动圈式显示仪表命名为XC系列系列。有指示型（。有指示型（XCZ）和指示调节）和指示调节型（型（XCT）等系列品种。与）等系列品种。与K型热电偶配套的动圈仪表型号为型热电偶配套的动圈仪表型号为XCZ-101或或XCT-101等。数字式仪表也有等。数字式仪表也有指示型（指示型（XMZ）和指示）和指示调节型（调节型（XMT）等几种系列品种。等几种系列品种。XCZ系列指针式显示仪表系列指针式显示仪表 XC系列系列动圈式动圈式仪表测量机构的核仪表测量机构的核心部件是一个磁电心部件是一个磁电式毫伏计。动圈式式毫伏计。动圈式
33、仪表与热电偶配套仪表与热电偶配套测温时，热电偶、测温时，热电偶、连接导线（补偿导连接导线（补偿导线）、调整电阻和线）、调整电阻和显示仪表组成了一显示仪表组成了一个闭合回路。个闭合回路。1热电偶热电偶 2补偿导线补偿导线 3冷端补偿器冷端补偿器 4外接调整电阻外接调整电阻 5铜导线铜导线 6动圈动圈 7张丝张丝 8磁钢（极靴）磁钢（极靴）9指针指针 10刻度面板刻度面板 XMZ系列智能数字显示仪表系列智能数字显示仪表 特点特点：1、带冷端温度、带冷端温度自动补偿自动补偿；2、单片机智能化设计，仪表零、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部参数可点、量程等全部参数可按键设定按键设定；3、具有软件校
34、验功能，可通过按、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行键对仪表进行校准校准；4、具有超量程指示、断线指示等、具有超量程指示、断线指示等故障自诊断故障自诊断功能；功能；5、采用、采用开关电源开关电源，电压适应范围宽，电压适应范围宽，仪表体积小、重量轻。仪表体积小、重量轻。6、220VAC或或24VDC供电电源供电电源。XMT系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点n带冷端温度自动补偿；带冷端温度自动补偿；n具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；n双屏显示、副屏显示内容可设定；双屏显示、副屏显示内容可设定；n最多可带最
35、多可带4路报警控制继电器输出；路报警控制继电器输出；n每个报警控制点的回差可设定；每个报警控制点的回差可设定；n每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设定。设定。DDZDDZ型电动单元组合型电动单元组合仪表中的变送单元之一：仪表中的变送单元之一：轨装式温度变送器轨装式温度变送器 它能将热电偶（或热电阻）它能将热电偶（或热电阻）的输入信号线性地转换成与温度的输入信号线性地转换成与温度成比例的电流（电压）信号，供成比例的电流（电压）信号，供给显示、控制仪表及计算机集散给显示、控制仪表及计算机集散系统，广泛用于冶金、石油化工、系统，广
36、泛用于冶金、石油化工、热电站、纺织、造纸等行业的测热电站、纺织、造纸等行业的测温控制系统中。温控制系统中。压力测量与压力传感器压力测量与压力传感器 在测量上所称的压力就是物理学中的压强，它在测量上所称的压力就是物理学中的压强，它是反映物质状态的一个参数；在工业自动化生产过程是反映物质状态的一个参数；在工业自动化生产过程中是重要工艺参数之一。中是重要工艺参数之一。本章简单介绍压力的概念及单位，重点讲解应变式本章简单介绍压力的概念及单位，重点讲解应变式压力计、压电式压力传感器、电容式压力传感器和霍压力计、压电式压力传感器、电容式压力传感器和霍尔式压力计等的测量原理及测压方法。尔式压力计等的测量原理
37、及测压方法。3.1 压力的概念及单位压力的概念及单位1 1、压力的概念、压力的概念:压力是垂直而均匀地作用压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。大小由受力面积和垂在单位面积上的力。大小由受力面积和垂直作用力的大小两个因素决定。表达式为：直作用力的大小两个因素决定。表达式为：2 2、压力的单位压力的单位 （1 1）工程大气压）工程大气压 （2 2）标准大气压）标准大气压 （3 3）约定毫米汞柱）约定毫米汞柱 （4）约定毫米水柱约定毫米水柱 压力的概念及单位压力的概念及单位压力的分类压力的分类 (1).(1).绝对压力绝对压力 (2).(2).环境大气压力环境大气压力 (3).(3).表压力表压
38、力 (4).(4).真空度真空度 (5).(5).差差 压压 应变式压力计应变式压力计 电阻应变效应电阻应变效应 电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，称为电阻应变效应。设有一根长度为L，截面积为S，电阻率为的电阻丝，未受力时的电阻值为：受力后：电阻应变片式传感器的核心元件是电阻应变片式传感器的核心元件是电阻应变片电阻应变片，是将，是将被测试件（被测试件（弹性元件弹性元件）上的上的应变应变转换为转换为电阻变化电阻变化的一种的一种传感器传感器,由由弹性元件弹性元件和粘贴在其上的和粘贴在其上的电阻应变片电阻应变片构成。构成。当被测物理量作用在弹性元件上时当被测物理量作用在弹性元件上时
39、,弹性元件的变形引起弹性元件的变形引起应变片的阻值变化应变片的阻值变化,通过测量电路将其转变成电压或电流通过测量电路将其转变成电压或电流的输出的输出,输出电量的变化反映了被测物理量的变化。输出电量的变化反映了被测物理量的变化。电阻应变片式传感器 应变应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。弹性应变弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变。状的应变。弹性元件弹性元件 具有弹性应变特性的物体。具有弹性应变特性的物体。弹性体弹性体 应变片应变片 电桥电路电桥电路 力、加速度、荷重等力、加速度、
40、荷重等 应变应变 电阻变化电阻变化 电压、电流电压、电流 电阻应变式传感器是目前测量力、力矩、电阻应变式传感器是目前测量力、力矩、压力、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。图图2-1 电阻应变式传感器典型结构与测量原理电阻应变式传感器典型结构与测量原理弹性体弹性体应变片应变片F电桥（转换）电路电桥（转换）电路电压或电流电压或电流输出输出l 电阻应变片电阻应变片：利用金属丝的：利用金属丝的电阻应变效应电阻应变效应或半导或半导体的体的压阻效应压阻效应制成的一种传感元件。制成的一种传感元件。l 电阻应变片的分类电阻应变片的分类：金属应变片和半导体应变片。
41、金属应变片和半导体应变片。（一）（一）工作原理工作原理应变效应应变效应 导体导体或或半导体半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化的现象称为其电阻值相应发生变化的现象称为应变效应应变效应。一、一、电阻应变片电阻应变片图图2-2 均匀电阻丝的应变效应均匀电阻丝的应变效应2l2lSSSFFl单根均匀电阻丝的阻值是：单根均匀电阻丝的阻值是：SlR电阻的相对变化量为：电阻的相对变化量为：dSdSldlRdR 当电阻丝受到轴向拉力当电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长作用时，将伸长l，横截面积相应减小横截面积相应减小S，电阻率因材料晶格发生变形，电阻率
42、因材料晶格发生变形等因素影响而改变了等因素影响而改变了，从而引起电阻值绝对变化，从而引起电阻值绝对变化量为：量为：dSldSSldlSdRdRdSSRdllRdR2式中：式中：dl/l长度相对变化量，用长度相对变化量，用表示，表示，称为称为轴轴向应变。单位：微应变向应变。单位：微应变 ，。ldl61011对于半径为对于半径为r的圆截面电阻的圆截面电阻 rdrrdrrSdS222ldlrdr由由材料力学材料力学知：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴知：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，反之亦然。轴向应变和径向应变向伸长，沿径向缩短，反之亦然。轴向应变和径向应变的关系可表示为的
43、关系可表示为：电阻丝材料的泊松比，电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。负号表示应变方向相反。dRdR)21(故故应变效应表达式应变效应表达式为为 l 金属丝的应变效应金属丝的应变效应)21()(CSdSldlCVdVCd所以所以应变效应表达式应变效应表达式 sKCRdR)21()21(也可写成增量形式也可写成增量形式ssKllKRR式中，式中，Ks金属丝的金属丝的应变灵敏系数应变灵敏系数。物理意义是单位应变。物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。所引起的电阻相对变化量。因为因为 注意注意：在金属丝拉伸极限范围内，同一材料，灵敏系数为在金属丝拉伸极限范围内，同一材料，灵敏系数为常数常数
44、；金属丝的应变效应主要取决于金属丝的应变效应主要取决于几何尺寸的变化几何尺寸的变化。金属丝几何尺寸金属丝几何尺寸金属本身的特性金属本身的特性C如如康铜康铜，C1，Ks 2.0。其他金属，。其他金属，Ks一般在一般在1.84.8范围内。范围内。金属丝的灵敏系数取决于两部分：金属丝的灵敏系数取决于两部分：金属丝几何尺寸的变化金属丝几何尺寸的变化，电阻率随应变而引起的变化电阻率随应变而引起的变化6.1)21(3.0 康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，它有很康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，它有很多优点：多优点：u灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能
45、保持为常数，进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；数，进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；u康铜的电阻温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理康铜的电阻温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在工艺时，可使电阻温度系数在505010-6/10-6/的范围内；的范围内；u康铜的加工性能好，易于焊接，康铜的加工性能好，易于焊接，因而国内外多以康铜因而国内外多以康铜作为应变丝材料。作为应变丝材料。l 半导体的应变效应半导体的应变效应 半导体应变片是用半导体材料制成的半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是其工作原理是基于半导体材料的基于半导体材料的压阻效应压阻效应。所
46、谓所谓压阻效应压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时作用时,其电阻率其电阻率发生变化的现象。发生变化的现象。即半导体的即半导体的dd/与其在轴向所受应力与其在轴向所受应力的的关系为关系为Ed式中：式中：半导体材料的半导体材料的压阻系数压阻系数；半导体材料所受的半导体材料所受的轴向应力轴向应力；E半导体材料的半导体材料的弹性模量弹性模量。l 实验证明实验证明,E E 比比（1+2）大上百倍大上百倍,所以所以（1+2）可以忽可以忽略略,因而半导体应变片的灵敏系数为因而半导体应变片的灵敏系数为 。可见，半导。可见，半导体体的应变效应主要取决于的应变效应主要取决
47、于压阻效应压阻效应。EKb所以半导体材料的所以半导体材料的应变效应表达式应变效应表达式为为 bKEERdR)21(式中，式中，Kb半导体材料的半导体材料的应变灵敏系数应变灵敏系数。l 半导体应变片的灵敏系数比金属丝式的高半导体应变片的灵敏系数比金属丝式的高5080倍倍，但半但半导体材料的导体材料的温度系数大温度系数大，测量应变时，测量应变时非线性非线性比较严重，比较严重，使它使它的应用范围受到一定的限制。的应用范围受到一定的限制。（二）结构与类型（二）结构与类型图图 2-3 电阻应变片的结构示意图电阻应变片的结构示意图1.结构结构 金属应变片由金属应变片由敏感栅敏感栅、基片基片、覆覆盖层盖层和
48、和引线引线等部分等部分组成。组成。敏感栅敏感栅是应是应变片的核心部分变片的核心部分,它它粘贴在绝缘的粘贴在绝缘的基片基片上上,其上再粘贴起保其上再粘贴起保护作用的护作用的覆盖层覆盖层,两两端焊接端焊接引出导线引出导线。l 敏感栅敏感栅 感受应变感受应变，并将应变转换为电阻的变化。，并将应变转换为电阻的变化。l 基底（基片）基底（基片）绝缘及传递应变绝缘及传递应变。由纸质或胶质膜等制成。由纸质或胶质膜等制成。l 黏结剂黏结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层间的敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层间的黏结黏结。l 覆盖层覆盖层 保护作用保护作用。防潮湿、腐蚀、灰尘等。防潮湿、腐蚀、灰尘等
49、。l 引线（低阻易焊）引线（低阻易焊）连接连接电阻丝与测量电路，输出电参量。电阻丝与测量电路，输出电参量。2.电阻应变片的类型电阻应变片的类型金属电阻应变片金属电阻应变片半导体电阻应变片半导体电阻应变片丝式丝式箔式箔式薄膜式薄膜式根据制栅工艺的不同根据制栅工艺的不同l 箔式应变片箔式应变片 是利用是利用光刻、腐蚀光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔等工艺制成的一种很薄的金属箔栅栅,其厚度一般在其厚度一般在0.0030.01mm。与丝式应变片相比较，与丝式应变片相比较，箔式应变片箔式应变片有如下有如下优点优点：金属箔栅很薄，所感受的应力状态与试件表金属箔栅很薄，所感受的应力状态与试件表面的应力
50、状态更为接近；接触面积大；箔栅端部较面的应力状态更为接近；接触面积大；箔栅端部较宽，横向效应较小，测量精度高。宽，横向效应较小，测量精度高。箔材表面积大，散热条件好，故允许通过较大电箔材表面积大，散热条件好，故允许通过较大电流，可输出较大信号，提高了测量灵敏度。流，可输出较大信号，提高了测量灵敏度。箔栅的尺寸准确、均匀，且能制成任意形状，特箔栅的尺寸准确、均匀，且能制成任意形状，特别是为制造应变花和小标距应变片提供了条件，使用范别是为制造应变花和小标距应变片提供了条件，使用范围大。围大。便于成批生产。便于成批生产。缺点：缺点：电阻值分散性大，有的相差电阻值分散性大，有的相差几十几十，故需要作阻
