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模块8热电偶传感器
第九章 热电偶传感器
1．了解温度测量的基本概念和温标的分类。 2．熟悉温度传感器的分类。
3．熟悉热电效应以及热电偶传感器的工作原理。 4．熟悉热电偶的种类和结构。 5．掌握热电偶的应用。
? 教学手段 多媒体课件、多种热电偶加热演示 ? 教学课时 3学时 ? 教学内容：
本章首先介绍温度测量的基本概念，然后分析热电偶的工作原理、分类，并介绍其使用方法。
第一节 温度测量的基本概念
一、温度的基本概念（了解） 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的微观概念是：温度标志着物质内部大量分子的无规则运动的剧烈程度。
二、温标（换算）
温度的数值表示方法称为温标。
1.摄氏温标（?C）
摄氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为零度（0?C），把水的沸点定为100度（100?C）。
2华氏温标（F）
它规定在标准大气压下，冰的熔点为32F℉，水的沸点为212℉
它与摄氏温标的关系式为
? / F=（1.8t / ?C +32 ） (9-1)
3.热力学温标（K）
热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标
用下式进行K氏和摄氏的换算
t / ?C=T / K－273.15 (9-2)
或 T / K=t / ?C+273.15 (9-3)
4.1990国际温标(ITS-90)
国际计量委员会在1968年建立了一种国际协议性温标，即IPTS-68温标。
三、温度测量及传感器分类（了解，并讨论什么场合使用什么传感器） 温度传感器的分类方法很多。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、辐射式等等）；
1
第二节 热电偶传感器的工作原理
一、热电效应（多媒体演示）
由于热电偶的两个结点均存在珀尔帖电动势，所以热电偶所产生的总的热电势是两个结点的温差Δt的函数fAB（见图9-2及9-4），即
EAB（T，T0）=fAB（T，T0）= fABΔt (9-4) 讨论由上式可以得出哪些结论：
1）如果热电偶两结点温度相同，则回路总的热电势必然等于零。两结点温差越大，热电势越大。
2）如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同（t≠t 0），但总输出热电势仍为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶。
3）为什么热电势的大小只与材料和结点温度有关，而热电偶的内阻与其长短、粗细、形状无关？（式9-4中未包含热与热电偶的尺寸形状有关的参数）热电偶越细，内阻越大。
二、中间导体定律（讨论实际价值）
利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成是中间导体，只要保证这些中间导体两端的温度各自相同，则对热电偶的热电势没有影响。
第三节 热电偶的种类及结构
一、热电极材料和通用热电偶
热电极和热电偶的种类繁多，介绍常用的8种，讨论哪些场合选用哪个分度号：
2
①铂铑
30
表示该合金含70%的 铂及30% 的铑，以下类推。
二、热电偶的结构形式（讨论哪些场合选用哪个种结构形式）
1．普通型热电偶
普通型热电偶主要用于测量气体、蒸气和液体等介质的温度。
2．铠装热电偶
铠装热电偶是由金属保护套管、绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的热电偶。
３．薄膜热电偶
它是用真空蒸镀的方法，把热电极材料蒸镀在绝缘基板上而制成。测量端既小又薄，厚度约为几个微米左右，热容量小，响应速度快，便于敷贴。
第四节 热电偶冷端的延长
为什么要使用补偿导线：实际测温时，由于热电偶长度有限，自由端温度将直接受到被测物温度和周围环境温度的影响。例如，热电偶安装在电炉壁上，而自由端放在接线盒内，电炉壁周围温度不稳定，波及接线盒内的自由端，造成测量误差。虽然可以将热电偶做得很长，但这将提高测量系统的成本，是很不经济的。工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区。
必须注意的四个问题：一是两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须具有相同的
3
温度；二是各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；三是必须在规定的温度范围内使用；四是极性切勿接反。常用的补偿导线见表9-3。
表9-3 常用热电偶补偿导线的特性
? 99.4%Cu , 0.6%Ni 。
? 98.2%~98.3%Cu , 1.7%~1.8%Ni 。
第五节 热电偶的冷端温度补偿及技术处理
一、冷端恒温法（带一个冰瓶，观察补偿效果）
1） 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0?C不变。此
法也称冰浴法
2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40?C）。
3）将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。 二、计算修正法
可以利用下式计算并修正测量误差（做练习，并熟练查表）
EAB（t，0?C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0?C） （9-3） 三、仪表机械零点调整法 进行仪表机械零点调整时，首先必须将仪表的电源及输入信号切断，然后用螺钉旋具调节仪表面板上的螺钉使指针指到t0的刻度上。
四、电桥补偿法
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。（讨论以上4种方法的使用场合）
第六节 热电偶的应用及配套仪表
一、与热电偶配套的仪表
与热电偶配套的仪表有动圈式仪表及数字式仪表之分。 二、热电偶的应用
（一）金属表面温度的测量
对于机械、冶金、能源、国防等部门来说，金属表面温度的测量是非常普遍而又比较复杂的问题。
（二）利用热电偶监测燃气热水器的火焰 燃气热水器的使用安全性至关重要。 （三）热电堆在红外线探测器中的应用 红外线辐射可引起物体的温度上升。
大型作业（热电偶与配套仪表、加热设备的实物接线）
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