热电式温度传感器的结构及工作原理

时间:2023-03-20作者:佚名

热电式温度传感器的结构

工业用热电偶必须长期工作在恶劣环境下,应特别注意被测介质对热电偶材质的损害。常用的廉价金属热电偶不可用在氧化件或腐蚀性环境中,贵金属热电偶不宜用在还原性气氛中。因此,都必须有不锈钢保护套管,管内有陶瓷绝缘管使焊点以外的导体部分互相绝缘,保护套管一端封闭,另一端有接线端子以便与导线或延长线连接。见图2.3.5(d) 所示。

热电式温度传感器的结构及工作原理

另有一种制造方法是将热电偶的两种材质外包围陶瓷粉末之后,穿在不锈钢管中,一起拉成复合线材。使用时取适当长度将热电偶焊接起来,并封闭外层不锈钢套。这叫做 “铠装热电偶”,可参看图2.3.5之(b)。

尽管陶瓷是较好的绝缘材料.但在高温下仍不免有漏电现象。因此,测带毛物的温度或电加热设备的温度时,热电偶的信号线上可能有共模干扰电压,这对于某些仪表或计算机的工作十分有害,应给予充分注意。

保护套管及瓷管的热容量肯定会增大热惯性,使热电偶的时间常数加大,对反映动态温度变化石利。所以科学实验中的测温,如果可以不考虑防护的话,宁愿用棵露的热电偶直接与被测介质接触,特别是直径小的热偶丝反应更为快速。

热电式温度传感器的工作原理

热电偶所提供的信号为“热电动势”,它是至多不过几十毫伏的微小直流电动势.出两种物理效应所形成:

热电式温度传感器的结构及工作原理

(1)接触电动势

两种不同导体A和B,其自由电子密度不等,在焊点处有电子扩散现象,因而产生接触电动势。此电动势不仅与材质有关,且与温度有关。可表示为eAB(t)。

(2)温差电动势

同一材质的导体A、当两端存在温反差时,自由电子的分布不均匀,会出现温差电动势。此电动势勺材质有关,且与温度t和t0有关,表示为eA(t,t0)。此处,t和t0代表导体A 两端的温度。

将导体A和B焊接破闭环,一个焊点在温度t之下,另一焊点在温度t0之下.就会在环形电路今出现四个电动势.如图2.3.l之(a)。这四个屯动势分别为eAB(t),eAB(t0). eA(t,t0).eB(t,t0)。它们的代数和不等于零,记为EAN(t,t0)。

必须汀意的是.以上各电动势从其代数和都印导体的粗细及长短无关。只要知道导体A和B的性质及温度t0的数值。就能根据EAB(t,t0)判断被测温度t。

通常用热电偶测高温,所以—般t>t0.因此.把f处的焊点称为“热端”,也叫“工作端”;把t0处的焊点称为“冷端”,也叫“参考端”。

问题在干图2.3.1(d)的闭合回路个的总电动势EAB(t,t0)究竟有多大无法知道,必须把它断开.接入仪表才能测出总电动势值。所接入的仪表是另外一种材质c所构成的导体。于是.电路成为图2.3.1之(b)。

闭合回路中出现了除A,B以外的第三种字体C之后,总电动势会有什么变化呢?根据热电偶的第三导体定则可知,只要这第三导体C的两端温度相等,就对EAB(t,t0)的大小毫无影响。既然如此,把冷端焊点打开,接入仪表,并保持其两端都在冷端温度t0之下,如图2.31之(c),就能测出总电动势。

关键是导体A和B的材质选定之后,还必须保证to已知,并且稳定不变,才能根据回路的总电动势判断温度to为此,首光应使冷端远离热端,以免受高温影响而5r起to波动。然后用适当人法把fi测出。如果导体八和出是廉价材质,可用与A,B量同样材质但包有绝缘层的导线,把冷端引到远处。这种导线叫做“延伸导线”。如果A和B是贵重金属,就必须用价格便宜的专用导线A'和B'接在A和B.把冷端从温度不稳定的t'o处移到温度稳定的to处,如图2.3.1之(d)所示。这种专用导线A'和B'叫做“补偿导线”,它必须与热电偶的材质A和B有相同的热电性质.但因工作在非高温区、不必考虑其耐热性。补偿导线和延伸导线部是用规定的台金制成的,为了便于敷设,用柔软的多股芯线外包绝缘层的形式。

延伸导线和所接的热电偶材质相同,其效果等于把热电偶接长,冷端当然被移远。补偿导线虽然棚所接热电偶材质不同,但因在非高温区具有同样的热电性质,两者连接之后等于在热电动势EAN(t,t'o)懊的基础亡又增加门十偿电动势EAB(t'0,to)。而A,B扣A',B'的性质相同,所以.总电动势是EAB(t,to),和整支长热电偶效果—样,因此有补偿导线这个称呼。

如果被测温度很高,例如1000℃以上,冷端温度在室温范围,则to的波动引起的相对误差不十分严重。反之,被测温度接近室温时,to的影响决不能忽视。

延伸导线或补偿导线的极性—定要与热电偶的极性正确连接,不然,非但起不了应有的作用,反而会使误差增大,这一点要待别注意。

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