您好,欢迎光临商城! 登录  |  注册
您还可以使用以下账号
|定制产品|DIY/体验|意见反馈|帮助中心
0
服务热线:027-59901231
下架区 分销商登录 积分商城 订单查询 限时抢购 团购 品牌专卖 优惠活动中心
首页 > 文章详细

热电式传感器

发布日期:2017-12-06 10:32:21 【关闭】
摘要:进,但仍是个问题,所以更换热敏电阻时要特别注意。

   一、热电偶式传感器

  热电偶式传感器是基于热电效应,将温度信号转换为电信号的一种传感器。
  1.工作原理

  热电偶式传感器的工作原理基于热电效应。如图4.15所示,将两种材料不同的导体的两个端点焊接在一起,构成一个闭合回路。如果两连接点1和2温度不同,回路中就会有一个电动势,并在闭合回路中产生电流。这个电势和电流与两种导体的性质和两个接点间的温度差有关。这种现象就称为热电效应或塞贝克效应。A和B 两种导体叫做热电极,它们合称热电偶,若接点1和2的温度分别为T1 和T2,且T1 >T2,接点1称为热端或工作端;接点2称为冷端或自由端。如果对于某一确定的热电偶,冷端温度固定,则热电偶回路中的热电势就只和热端温度呈一一对应关系,测定热电势就能测定热端温度

gooxian-热电偶结构原理

  热电势是由接触电势(又称珀尔帖电势)和单一导体的温差电势(又称汤姆逊电势)组成。接触电势产生的原理在于不同的导体具有不同的自由电子浓度。当两种不同导体接触后,自由电子便从浓度高的一方向浓度低的一方扩散,结果在界面附近一方失去电子,带正电;另一方得到电子带负电,在两导体的接触面上形成电位差。这种电位差阻碍电子的扩散,当达到动平衡时,即在界面上形成一接触电势。由于接触电势的形成和扩散有关,显然当两导体材料确定后,接触电势只和接触面的温度成正比,记为eAB (T),热电偶中有两个接触面,温度分别为 T1和T2,对应的接触电势为eAB (T1)和eAB (T2)。

   温差电势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。由于两端温度不同,导体内自由电子的运动速度不同,高温端的电子运动速度比低温端的电子运动速度要大。因此,电子将从速度大的区域向速度小的区域扩散,结果高端失去电子而带正电,低端得到电子而带负电,从而在导体的两端形成电势差,即温差电势,记为e(T1,T2),如图4.16所示。

  因此,在A 和B 两个导体组成的热电偶回路中,总的热电势为

gooxian-热电势

  实际上,如图4.16所示热电偶中所形成的热电势是无法测量的,要测量就必须接入电表,电表的接线端是铜导体,势必在A和B 导体中又要介入第三导体,这时会不会影响原来回路中的热电势?为答复这一问题,下面介绍热电偶的中间金属定律。

  中间金属定律:在由A 和B 两种导体组成的热电偶回路中,不管从何处接入第三导体,只要保证接入导体两端的温度相同,则接入导体时将不影响原来回路中的热电势。可见,要测量热电偶回路中的热电势,只要保证接入的仪表两接点温度相同,就能准确测量出原热电偶回路中的热电势。

gooxian-热电势效应原理图

   用热电偶测量温度十分简便,只要用电位差计等测出热电偶两端电动势,换算成温度即可,如图4.17所示。图中c为第三种金属等连接导线(如铜线)。根据中间金属定律,只要保持导线c与基准接点两处温度相等(同为T0),就不影响测量精度。

  

  gooxian-热电偶测量电路

   2.热电偶的选用

   热电偶主要是用来测量温度。热电偶的种类较多,主要应根据其工作温度选用。表4.2为常用热电偶的种类和适用范围,可供选用时参考。

gooxian-热电偶选用

gooxian-热电偶选用1

    3.使用时应注意的事项

   (1)特性分度表的使用。分度表是指编制出的针对各种热电偶的热电动势与温度的对照表,见附表 Ⅲ ~ 附表 Ⅵ。表中温度按10℃ 分挡,其中间值可按插值法计算。由式(4.23)知,热电势EAB (T1,T2)是2个接点的温度。将冷端温度T2 固定后,EAB(T1)就为热端T1 的单值函数。为了统一起见,一般手册上所提供的热电偶特性分度表是在保持热电偶冷端温度 T2 =0℃ 条件下给出的热电势与热端温度的数值对照表。

   因此实际测温时,冷端温度若为0℃,则只要正确地测量热电势,查分度表,即可得到所测温度。但是,如果此时冷端温度不为0℃,而为室温就不能直接利用特性分度表。这时应测量室温(设为T2℃),利用特性分度表反查出其热电势值E(T2,0),将该热电势值E(T2,0)与热电偶回路所测得的热电势E(T1,T2)相加,才是E(T1,0),即

E(T1,0)=E(T2,0)+E(T1,T2) (4.24)

  然后再由E(T1,0)之值查特性分度表,才能得到热电偶热点的实际温度T1。其关系如图4.18所示。

gooxian-热电偶的特性曲线

   二、半导体热敏电阻

   热敏电阻是将温度信号转变为电阻值变化的一种传感器。它也可归类为电阻式传感器。这种热敏元件可以是半导体,称为半导体热敏电阻;也可以是金属导体(如铂、铜等),称为热电阻。后者原理很简单,不多介绍,下面重点介绍前一类半导体热敏电阻。

  1.工作原理

  半导体热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种,它们的阻值特性分别为

gooxian_半导体热敏电阻

   它们的温度系数α可分别求出,即

 

gooxian-温度系数

   正温度系数热敏电阻的温度系数α为正,且为常数(指在工作范围内);负温度系数热敏电阻的温度系数α为负,且与电阻温度的平方成反比,α随温度降低而迅速增大,因而具有很高的灵敏度。所以,负温度系数热敏电阻的应用较广。

   2.热敏电阻的选用

   热敏电阻有如下明显的优点:

   (1)对温度变化的灵敏度高。因为热敏电阻的电阻温度系数(绝对值)比金属大10~100倍,所以,测温灵敏度和分辨率相当高。它能分辨0.02℃ 的温度变化。

   (2)阻值可在几欧至十几兆欧之间任意选择,可以适合不同电路要求。

   (3)体积小,重量轻,结构简单,结实。它非常适合于测量温差、温度场的分布以及微弱的温度变化。

   (4)热惯性小,能测量变化较快的温度。

   (5)能实现远距离传输,基本上不受测量导线电阻的影响。

   由于这些优点,热敏电阻在温度测量、温度控制,温度补偿、火灾报警、自动控制、过载保护、红外探测等许多领域中得到应用。

  三、使用时应注意的事项

  1.热敏电阻的线性化

  由式(4.29)和式(4.30)可知,不论是正温度系数热敏电阻还是负温度系数热敏电阻,其阻值随温度变化均呈指数关系,非线性严重。在精密测量和显示中,当需要进行线性转换时,线性化处理就显得很重要,常用的办法有以下两种:

  (1)线性化网络法。如图4.20所示。用包括热敏电阻的电阻网络来代替单个的热敏电阻。通过计算或调试的方法确定R1,R2,R3 使整个电阻网络在工作范围内呈线性,这是常用的办法。

   (2)用计算机修正。将修正表存于计算机内,计算机从热敏电阻获取非线性的信号后,查修正表,输出线性信号。

gooxian-热敏电阻线性化网络

   2.互换性较差

   同一型号、不同厂家,甚至同一型号、同一厂家的产品互换性都较差,近年来质量虽有改进,但仍是个问题,所以更换热敏电阻时要特别注意。

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

上一篇文章:微波传输线
下一篇文章:压电式传感器

文章评论

当前评论文章【热电式传感器】
昵称:
电子邮箱:
内容:
 
  • 验证码:

相关商品