温度检测—热电偶课件.ppt
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1、本章学习的主要内容有本章学习的主要内容有:1 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 2、了解热电偶、热电阻和热敏电阻的工作原理,以及、了解热电偶、热电阻和热敏电阻的工作原理,以及它们的分类及特点;它们的分类及特点;3 3、了解一些新型非接触测温传感器的原理和使用方法。、了解一些新型非接触测温传感器的原理和使用方法。第四章第四章 温度检测温度检测第一节第一节 测温方法及温标测温方法及温标 一、温度测量的基本概念一、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的部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,表剧烈程度。温度越高,表示物体内部分
2、子热运动越示物体内部分子热运动越剧烈。剧烈。模拟图:在一个密闭的空间里,气体分模拟图: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。它规定、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点(即零点)以及温度的单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。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、摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。华氏温标、热力学温标等。几种温标的对比几种温标的对比 正常体温为正常体温
3、为37 C C,相相当于华氏温当于华氏温度多少度?度多少度?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在热力学第二定律基础上的最科学的温标,是上的最科学的温标,是由开尔文(由开尔文(Kelvin)根据根据热力学定律提出来的,热力学定律提出来的,因此又称开氏温标。它因此又称开氏温标。它的符号是的符号是T,单位是开尔单位是开尔文(文(K)。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵像开尔文勋爵像三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照测量方法可分为接触式和温度传感器按照测量方法可分为接触式和非接触式;按工作原理又可分为膨胀式、电阻非接触式;按工
4、作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等;按输出方式分,有式、热电式、辐射式等等;按输出方式分,有自发电型、非电测型等。自发电型、非电测型等。几种温度测量方法几种温度测量方法 示温涂料(变色涂料)示温涂料(变色涂料)装满装满热水后图案热水后图案变得清晰可辨变得清晰可辨变色涂料在电脑内部温度中的示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红外温度计红外温度计第二节第二节 接触式测温接触式测温 热电式传感器热电式传感器 利用某种材料或元件与温度有关的物理特性,将温度的变利用某种材料或元件与温度有关的物理特性
5、,将温度的变化转换成电量的变化化转换成电量的变化.热电阻热电阻:温度变化温度变化电阻变化电阻变化金属材料金属材料:热电阻热电阻半导体材料半导体材料:热敏电阻热敏电阻中温中温低温低温热电偶热电偶:温度变化温度变化热电动势变化热电动势变化常用于高温领域常用于高温领域1 1 主要优点主要优点 1、它属于自发电型传感器:测量时可以不需、它属于自发电型传感器:测量时可以不需外加电源,可直接驱动动圈式仪表;外加电源,可直接驱动动圈式仪表;2、测温范围广:下限可达、测温范围广:下限可达-270 C C,上限可达上限可达18001800 C C以上;是目前接触式测温中应用最广泛的热以上;是目前接触式测温中应用
6、最广泛的热电式传感器。电式传感器。3 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。的标准。一、热电偶测温(接触式、热电式)一、热电偶测温(接触式、热电式)热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论:当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势结论:当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势!热热电极电极A A右端:右端:自由端自由端参考端参考端冷端冷端 2 2 工作原理工作原理 左端:左端:测量端测量端工作端工作端热端热端热热电极电极B B热电势热电势AB从实验到理论:从实验到理论:热电效应热电效应 1821年,德国物理学家赛贝克用两种不同金年,德国物理
7、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属组成闭合回路,并用酒精灯加热其中一个接触点(点(称为结点称为结点),发现放在回路中的指南针发生),发现放在回路中的指南针发生偏转(偏转(说明什么?说明什么?),如果用两盏酒精灯对两个),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(结点同时加热,指南针的偏转角反而减小(又说又说明什么?明什么?)。显然,指南针的偏转说明回路中有电动势产显然,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。点的温差有关。金属金属A A 电子密度大电子密度
8、大金属金属B B 电子密度小电子密度小T TT To oE EABAB(T)(T)E EABAB(T(To o)热电效应的机理热电效应的机理E EABAB(T)(T)和和E EABAB(T(To o):):接触电势接触电势若若TTTTo oE EA A(T,T(T,To o)E EB B(T,T(T,To o)E EA A(T,T(T,To o)和和E EB B(T,T(T,To o):):温差电势温差电势-包括接触电势和温差电势包括接触电势和温差电势测量端测量端工作端工作端热端热端自由端自由端参考端参考端冷端冷端正电极正电极负电极负电极结论结论-1 1 若热电偶两电极材料相同若热电偶两电极材
9、料相同,那么即使两端温度不那么即使两端温度不2 2 同,闭合回路的总热电势仍为零。同,闭合回路的总热电势仍为零。2 2 若热电偶两电极材料不同若热电偶两电极材料不同,而两端温度相同而两端温度相同,闭合闭合3 3 回路中也不会产生总热电势。回路中也不会产生总热电势。3 3 所以所以,热电偶的工作条件是热电偶的工作条件是:电极由不同材料组成电极由不同材料组成,4 4 且两接触端温度不一样。且两接触端温度不一样。5 5 4 4 热电势的大小仅与热电势的大小仅与热电极材料热电极材料和和两端温度两端温度有关。有关。3 3 热电偶基本定律热电偶基本定律1、均质导体定则、均质导体定则 均质导体构成的闭合回路
10、均质导体构成的闭合回路,不可能产生热电效应,构不成不可能产生热电效应,构不成 热电偶。热电偶。热电偶的电极均匀性越好,则其质量越好。热电偶的电极均匀性越好,则其质量越好。2、中间导体定律、中间导体定律 导体导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体组成的热电偶中插入第三种导体C,只要导体只要导体C两端温度相同,则对热点偶总热电势无影响。两端温度相同,则对热点偶总热电势无影响。MABCT0T123MCABBT0T1T1234 意义:意义:可用测量仪表可用测量仪表直接测量热电势直接测量热电势意义:为制定分度表奠定了理论基础意义:为制定分度表奠定了理论基础3、中间温度定律、中间温度定律A AB BA A
11、B BT TT To oT Tn nT Tn n 热电偶热电偶AB在接点温度为在接点温度为T和和To的热电势的热电势EAB(T,To)应当应当等于它在接点温度等于它在接点温度T、Tn和和Tn、To的热电势的代数和的热电势的代数和,即即 E EABAB(T,To)=(T,To)=E EABAB(T,Tn(T,Tn)+)+E EABAB(Tn,To(Tn,To)4 4 热电偶的种类及结构热电偶的种类及结构 八种八种国际通用热电偶:国际通用热电偶:B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 R:R:铂铑铂铑1313铂铂 S:S:铂铑铂铑1010铂铂 K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅
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