1、传感与检测技术传感与检测技术主要内容：主要内容：传感与检测技术传感与检测技术 传感与检测技术传感与检测技术概述概述传感与检测技术传感与检测技术热电式传感器是一种将温度变化转换为电热电式传感器是一种将温度变化转换为电量的装置。量的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。例如将温度变化化的特性来进行测量的。例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。测温度的目的。概述概述传感与检测技术传感与检测技术概述概述 各种
2、热电偶各种热电偶传感与检测技术传感与检测技术概述概述 各种热电阻各种热电阻传感与检测技术传感与检测技术概述概述传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术()lnAABBNKTETeN冷端（冷端（0）接触电势）接触电势：00()lnAABBKTNETeN 式中：式中：A A、B B 代表不同材料；代表不同材料；，0 为两端温度；为两端温度；k波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；e 电子电荷量；电子电荷量；BNAN是是A A、B B 材料的电子浓度；材料的电子浓度；传感与检测技术传感与检测技术00ln,AABBNKETTT TeN0ln
3、ABNKTTeN传感与检测技术传感与检测技术2、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具 有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失 去电子带正电，低温端得到电子带负电。去电子带正电，低温端得到电子带负电。传感与检测技术传感与检测技术v A A、B B 两导体构成闭合回路总的温差电势为两导体构成闭合回路总的温差电势为：000,()TABABTeT TeT T
4、dT00,TAATeTTd T单一导体的温差电势为：单一导体的温差电势为：:汤姆逊系数汤姆逊系数00,TBBTeTTd T传感与检测技术传感与检测技术根据两导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一根据两导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一导体温差电势（汤姆逊电势）。导体温差电势（汤姆逊电势）。v热电偶总的热电势为：热电偶总的热电势为：0000,()TABABABTET Te T Te T TdT00ln()TAABTBNKTTdTeN传感与检测技术传感与检测技术000,ln()TAABABTBNKET TTTdTeN传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术 000,ABCABBCCAE
5、T TETETET：传感与检测技术传感与检测技术0TT设设 时，时，00ABCET000BCCAABETETET 将将 代入上式有：代入上式有：000,ABCABABABET TETETET T传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术0,0,ABABCABCET TET TET T传感与检测技术传感与检测技术000,ln()TAABABTBNKET TTTdTeN传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术(3)延伸热电极法延伸热电极法(即补偿导线法即补偿导线法)热电偶长热电偶长 度一般只有一米左右，在实际测量
6、时，度一般只有一米左右，在实际测量时，需要将热电偶输出的电势传输到数十米外的显示仪需要将热电偶输出的电势传输到数十米外的显示仪表或控制仪表，根据表或控制仪表，根据即可实现上述要即可实现上述要求。一般选用直径粗、导电系数大的材料制作延伸求。一般选用直径粗、导电系数大的材料制作延伸导线，以减小热电偶回路的电阻，节省电极材料。导线，以减小热电偶回路的电阻，节省电极材料。传感与检测技术传感与检测技术 该法利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化该法利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化。引起的电势变化。电桥四个桥臂与冷端处于同一温度，其中电桥四个桥臂与冷端处于同一温
7、度，其中R1=R2=R3为锰铜线绕为锰铜线绕制的电阻，制的电阻，R4为铜导线绕制的补偿电阻，为铜导线绕制的补偿电阻，E是电桥的电源，是电桥的电源，R为限为限流电阻，阻值取决于热电偶材料。流电阻，阻值取决于热电偶材料。(4)补偿电桥法补偿电桥法 传感与检测技术传感与检测技术使用时选择使用时选择R4的阻值使电桥保持平衡，电桥输出的阻值使电桥保持平衡，电桥输出 Uab=0。当冷端温度升高时，。当冷端温度升高时，R4阻值随之增大，电桥阻值随之增大，电桥失去失去 图示图示 补偿电桥法示意图平衡，补偿电桥法示意图平衡，Uab相应增大，相应增大，此时热电偶电势此时热电偶电势Ex由于冷端温度升高而减小。若由于
8、冷端温度升高而减小。若Uab的增量等于热电偶电势的增量等于热电偶电势Ex的减小量，回路总的电势的减小量，回路总的电势Uab的值就不会随热电偶冷端温度变化而变化，即：的值就不会随热电偶冷端温度变化而变化，即：UAB=EX+Uab 传感与检测技术传感与检测技术结构：结构：普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；普通热电偶，测量气体、蒸汽、液体等，棒形结构；薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；薄膜热电偶，用于火箭、飞机喷嘴温度测量，结构较薄；铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲；铠装热电偶，用以测量狭小对象，结构细长、可弯曲；表面热电偶，用于弧形表面物体测温；表面热电偶
9、，用于弧形表面物体测温；消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。消耗式热电偶，主要用于钢水温度测量。a)a)普通热电偶普通热电偶 b)b)薄膜热电偶薄膜热电偶 c)c)铠装热电偶铠装热电偶传感与检测技术传感与检测技术热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500500以上较高温以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。接线盒保护套管绝缘管热电偶安装法兰引线口普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部
10、分组成。保护套管和接线盒等主要部分组成。贵重金属热电极的直径一般为贵重金属热电极的直径一般为0.30.30.65mm0.65mm，普通金属热电极的直径一般为，普通金属热电极的直径一般为0.50.53.2mm3.2mm；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为3503502000mm2000mm。绝缘管用于防止两根电极短路绝缘管用于防止两根电极短路保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式传感与检测技术传感与检测技
11、术热电极 绝缘材料 金属套管热电极绝缘材料铠装型热电偶断面结构铠装型热电偶是由热电极、绝铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的伸加工成型的金属套管一般为铜、不锈钢、镍基金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等高温合金等保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。铠装型热电偶可以做得很细，一般为铠装型热电偶可以做得很细，一般为2 28mm8mm，在使用中可以随，在使用中可以随测量需要任意弯曲。测量需要任意弯曲。铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高
12、、抗震性好、可弯曲等铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。传感与检测技术传感与检测技术v 热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它热电式传感器无法替代的。性能好，这是其它热电式传感器无法替代的。传感与检测技术传感与检测技术00,0,0ABABABEtEt tEt传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术传感与检测技术
