热电阻传感器范文（精选10篇）

热电阻传感器 第1篇

1 热电阻的工作原理

1.1 工作原理

在中低温区中热电阻是最为常用的温度检测器, 它的测量精度相对其他检测器要高许多, 性能也更加稳定。热电阻的种类有很多, 其中铂热电阻的测量精确度是最高的, 并且应用范围也很广, 除了在工业测温中被使用, 也常被制成标准的基准仪。

热电阻与热电偶的测温原理不同, 热电阻的热效应是热电阻测量温度的主要原因, 这里的热效应指的是电阻阻值与温度有很大关系, 随温度的变化而变化。因此在测量温度时只要测量出温热电阻的阻值变化就可以直接测出温度。当前采用的主要热电阻包括金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

1.2 表示方法

一般的, 热电阻都是通过二次方程表示, 即:Rt=βt2+αt+R0 (tminttmax) , 其中式Rt和R0的单位都是欧姆Ω。α, β是热电阻的温度系数, 单位分别是Ω/℃和Ω/℃2, 这两个值的具体数值都可以通过热电阻的温度分度表和边界条件确定。如果t=tmax, Rt=Rtmax, 那么上面的式子就可以变为Rtmax=βtmax 2+αtmax+R 0。如果t=tmin Rt=Rtmin, 不包括tmin=0℃, 如果tmin=0℃时, 就需要选择一些靠近tmin=0的温度tx。这时上面的式子又变成了Rtmin=βtmin 2+αtmin+R0。这里需要强调的是不同的热电阻给定温度边界条件不同, 相同型号的热电阻温度边界条件也不同, 但是这些条件都会预先给定, 相应也会有抛物线与之对应。无论tmin、tmax与相应的Rtmin、Rtmax是什么值, α都是正直, β都是负值, 由此我们可以发现, 在热电阻相应的Rt和给定型号的热电阻温度分度表相符合的前提下, 如果其他部分远离tmin和tmax, 那么与温度分度表的误差也会相应的增大。

2 热电阻温度误差的来源

2.1 热电阻的非线性

如果测量的温度处在0~850℃的范围内, 那么铂电阻的电阻值Rt与被测温度t之间就会存在Rt=βt2+αt+R0的关系, 其中R0为被测温度为0℃时热电阻的阻值。由于关系式中存在二次项, 就会存在随温度升高, 铂电阻的非线性更加严重, 影响精确度。

2.2 引线电阻的影响

很多的热电阻的阻值都是在几十至几百欧范围内, 这样的话, 热电阻的引线就常会处于被测温度环境, 温度的稳定性就会受到影响, 波动较大, 特别是随温度变化, 阻值的误差就会很难修正, 因此需要对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿, 从而消除引线电阻的影响, 一般的, 我们通常采用三线制对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿, 但是在补偿后仍会存在一定的导线影响。由于引线电阻还会随现场施工条件变化而变化, 因此在对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿时还需要严格控制施工条件。

3 弥补控温仪表温度传感元件热电阻温度的方法

3.1 测量桥路的调整

在利用热电阻测量温度时通常采用的是精密色环金属电阻, 有些电阻甚至还需要将多个电阻串联才可以满足计算的阻值的要求, 但是这样得到的电阻仍不是很准确。此外由于在计算供给测量桥路的直流稳压电源是在5~6V的电压条件下, 但是在调整后是5V的直流电压, 而实际桥路需要的电压并不一定是5V, 这样在实际测量过程中如果想补偿控温仪表温度传感元件热电阻温度, 就需要对测量桥路进行调整, 保证仪表测量桥路中的铂电阻Rt与放大器的输出毫伏电压在-10~100℃范围内都能够符合Pt100铂电阻的温度分度表, 减小误差。

3.2 改进型实用有源电桥

在利用热电阻作为温度传感器进行实际测量的过程中, 我们通常会利用三线制接法的桥式测量电路, 这样热电阻的非线性和引线电阻都会对测量结果造成一定的误差, 为了弥补控温仪表温度传感元件热电阻温度, 我们可以使用改进型实用有源电桥, 这样就可以有效减少上述因素对测量结果的影响, 从而提高系统的精确度, 减小测量误差。

4 弥补仪表温度传感元件热电阻温度的趋向

控温仪表测量桥路中的温度中采用的传感元件热电阻是非线性的, 这样就会对仪表温度的测量精度造成一定程度的影响。就现阶段的研究情况来看, 有很多方法可以解决这类问题, 比如可以绘制热电阻温度采样的区间的割线近似代替热电阻Rt~t曲线, 这种方法控温区间相对较小, 测量精度也不高, 因此这种方法并不常用。除了绘制曲线这种方法也可以在桥路中对热电阻进行非线性补偿。这样测得的精度虽然很高, 但是测量的桥路相对比较复杂, 在实际操作中相对比较困难。

对控温仪表配热电阻进行线性化处理是目前最为实用的测量温度方法, 这种方法的测量桥路电路比较简单, 在实际操作时调整起来也比较容易, 并且精度也比较高。但是这种方法需要三个基础部分作为辅助, 分别为激励器、试验平台和控制系统, 因为在测量过程中使用了多台振动器, CPU的计算负担也相对的减轻许多, 可以达到较为满意的相位控制, 但是在控制振幅、频率和相位时还需要做到更加的精确。

5 结语

热电阻的温度测量过程中难免会存在因为不平衡电桥与热电阻的非线性对测量结果造成误差的问题出现, 因此我们需要对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行适当的补偿。通过对热电阻测量的方法的盖面可以有效提高测量系统的精确度, 从而弥补误差, 满足工程应用的需要。

参考文献

[1]王妍萍, 曲冬辉, 高勇.纺丝机高频加热器温度控制系统的设计与开发[J].北京服装学院学报 (自然科学版) , 2009 (03) .

[2]李江全, 支民, 丛锦玲, 吴大勇.铂热电阻测温中的线性化处理[J].石河子大学学报 (自然科学版) , 2000 (02) .

《热电偶传感器》教学反思 第2篇

教学是一个双向互动的过程，缺少了任何一方都不可能成功，因此我在《热电偶传感器》的一节教学过程中通过演示实验和学生小组讨论积极调动学生的学习积极性。

学生之前并没有接触热电偶传感器，所以兴趣很大。这节课的内容与实际生活联系紧密，要多注意培养学生分析问题的能力。本节课主要特点是：

1、努力创设情景，充分让学生成为学习的`主人，研究温度与电能的之间的关系，激发学生兴趣，让学生仔细观察实验，用数据说明问题，让学生自己发现、探索、总结，培养学生的推理能力。

2、在学法上突出学生自主发现问题，开展合作探究，进行实验探究，引导分析总结等，以学生为主体的特点。尤其关注课堂教学过程中学生个体差异产生新的教学资源并较好地进行利用，运用评价手段不断引导学生学习，较好地将新课程理念结合于教学实际中。

3、结合生活实例，创设物理情景，启发引导学生，帮助学生建立形象直观的认识，提高课堂教学和学习的效率。

热电阻传感器 第3篇

关键词：控温仪表；温度传感元件；热电阻；温度补偿；环境温度 文献标识码：A

中图分类号：TP216 文章编号：1009-2374（2015）18-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.044

控温仪表是一种控制温度的智能温度控制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、实时数据查询等功能。控温仪表主要是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、及时监控，当环境温度比控制设定值高时就会控制电路启动。

1 控温仪的简介

1.1 控温仪表的组成与工作原理

控温仪表对于许多工程都有着极大的作用，而下面将简单介绍控温仪表的组成。该系统主要是由恒温箱系统以及压力测量系统两大部分组成的，而恒温箱也包括许多部分。恒温系统包括电热系统、制冷系统、恒温工作区域、温度精密控制系统、冷热量混合交换机循环系统、保温系统、观察窗系统等，其中主要的就是制冷系统。它主要的作用就是降温，采用的是制冷量两档可调的复叠式机械制冷系统，还有主要的就是温度控制系统。温度系统包括电热温度控制部分和制冷温度控制部分。而对于压力测量系统来说，既然是压力测量，就必须有压力测量标准系统和被测压力仪表系统。除此之外，还有精密压力源、压力管路以及相关的压力阀门等。整个控温仪表的工作原理相对复杂些，其主要是根据热电阻的热效应，它是电阻测量温度的主要原因，会随着温度的变化而变化，因此只要测量出电阻就可以直接看出温度的变化。

1.2 控温仪表发生故障的原因

控溫仪表有的时候会出现故障，而导致其出现故障的原因有很多。有时候仪表各个系统的错误就会导致整个控温仪表的错误，有的时候利用曲线分析温控仪表会出现问题从而导致整个数据错误。记录曲线就是在控温仪表的工作过程中会记录温度变化的曲线。但是有的时候记录曲线出现问题，从而导致曲线变为直线变化甚至没有任何的变化，还有就是仪表所显示的温度不合理。一般来说，测温仪的上区升温要比其下区升温慢得多，但是由于一系列故障会导致结果恰恰相反。还有许多的突发情况导致控温仪表发生故障。比如控温仪的指针突然不动了，就会使测出的温度不准确，出现误差。有的控温仪表是有一定温度限制的，如果所测量的事物的温度高出或者低于控温仪表的范围的话，控温仪的指针就不能达到其真实的温度，甚至会烧坏热电阻丝。热电阻温度也会产生误差。一般热电阻是线性的，这样测量的温度更加准确，但是如果测量的温度值不在规定范围内就会出现非线性的问题，这样测量得就不够精确。在控温仪的工作工程中，热电阻的引线一直会处于被测温度的环境之中，从而导致其受到的波动较大，最终精确度出现问题，严重影响了控温仪表的工作与精确度。

1.3 热电阻的主要种类

控温仪表的主要部分就是热电阻。热电阻的质量决定了控温仪表的精密度。热电阻分为很多类：普通型热电阻，即通过热电阻组织的变化来直接测量温度的变化；铠装热电阻，它主要就是由感温元件、引线、不锈钢套管等组合而成的坚实体，体积更小，性能更好；断面热电阻，主要是由特殊处理的电阻丝缠绕制成，然后贴在温度计的端面，能够快速地测量出被测事物端面的实际真实温度；隔爆型热电阻，它的接线盒非常特殊，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。

2 对控温仪表的温度补偿

2.1 如何防治控温仪表的故障

对于控温仪表的故障一定要及时修护，以保证其正常运行。最主要的就是加强控温仪表的修护。对于控温仪表，要对其进行定期修护。对于记录曲线的故障，要检查其参数是否有误差，如果没有的话，再继续检查控温仪表的系统，直到找到出现问题的原因。对于仪表显示温度的异常问题，工作人员首先要检查上区控温仪，检测是否是由于上区仪表故障导致升温变快；如果上区一切正常，那么一定是由于下区控温仪升温太慢造成的，需要对测量下区温度的热电偶进行检查，可能是由于热电偶在使用时未加保护套管，直接使用其热电偶芯子以致使热电偶在接近根部处与电阻炉电源接线柱保护罩相碰，造成短路。除此之外，在购买控温仪表的方面要做好监督与质量的检测。要杜绝企业为了追求利益而向机器厂购买质量不好的控温仪表，这样既浪费了资源，还可能在工作过程中出现危险。

2.2 弥补仪表的温度趋向

如果控温仪表的温度传感热电阻是非线性的话，就会对控温仪表的精确度产生非常严重的影响，因此，相关工作人员要尽量弥补控温仪表的温度趋向。如果热电阻是非线性的，绘制的图样就是曲线，但是可以通过制热电阻温度采样的区间的割线来近似代替电阻与温度的曲线，如果要追求更高的精确度的话可以采用以下办法：可以在桥路中对非线性的热电阻进行非线性补偿。计算供给测量桥路的直流稳压电源大多是在5～6V的电压条件下工作，但是实际上的工作电压由于一系列原因不一定是5V的，这样的话就需要在实际的测量过程中尽量弥补控温仪表温度传感元件的热电阻温度，对于桥路进行调整以保证仪表在测量过程中的电阻与放大器输出的电压在规定的范围内，从而减小误差，弥补控温仪表的温度趋向。这种方法虽然比较复杂，但是改正后大大地提高了控温仪表的精确度。除此之外，还可以使用改进型使用有源电桥，这样的话也可以弥补控温仪表传感元件热电阻温度，减少测量误差。

2.3 加强专业工作人员的素质

由于技术人员的专业水平有所差异，因此，控温仪表在操作时会出现许多突发问题。因此，相关部门要多引进一些专业素质强的工作人员，相关企业应该注重人才的培养和引进。还有就是现在的控温仪表也会涉及到计算机技术和一些网络技术等高级的技术，使它更向信息化发展，相关企业还应该培养一些专门型人才，使人才利用率更高，建立高素质、高专业的人才团队来减少控温仪表在使用过程中所产生的问题。

3 结语

现在发现的控温仪表的传感元件的温度补偿方面的问题就有许多原因，但是在相关人员的研究下也都有了解决办法，相信在以后人们会对控温仪表的传感元件的温度补偿方面有更好的方法进行完善。

参考文献

[1] 王妍萍，曲冬辉，高勇.纺丝机高频加热器温度控制系统的设计与开发[J].北京服装学院学报（自然科学版），2013，（3）.

[2] 刘朝华，戴怡，石秀敏，杨雪翠.西门子840D数控系统温度误差补偿的研究与应用[J].机床与液压，2014，（9）.

[3] 许斌.控温仪表温度传感元件热电阻温度的补偿[J].数字技术与应用，2014，（4）.

作者简介：范玲（1973-），女，黑龙江依安人，东北轻合金有限责任公司工程师，研究方向：仪表。

电阻应变片传感器实验的改革 第4篇

1 电阻应变片传感器的原理

电阻应变片传感器的透视图如图1所示, 它是由悬臂梁、粘在悬臂梁上的4个电阻应变片以及引线、支架、砝码等附属构件组成。其中, R1、R2、R3和R4分别为电阻应变片的电阻值, L是悬臂梁的长, h是厚度, b是悬臂梁固定端的宽度。4个电阻应变片连接成如图2所示的电路, U为BD两端的电压, E为电源电压。

当悬臂梁的自由端P点受到竖直向下的力时, 导致整个悬臂梁向下弯曲变形, 使得粘在悬臂梁上的4个电阻应变片也随之发生变形, 4个电阻应变片的电阻值发生变化。若4个电阻应变片初始电阻值相同, 则图2电路中BD两端的电压U与悬臂梁应变ε之间存在线性关系:Kε=U/E, K为与电阻应变片电桥的灵敏度。因此, 当K和E已知时, 只要测得BD两端的电压U, 就可以知道悬臂梁产生的应变ε。

2 实验内容的改革

传统的实验为测量电阻应变片传感器的电桥灵敏度, 属于验证性、原理型的实验内容。改革后的实验内容为:在测得的电阻应变片传感器的电桥灵敏度K值之后, 当悬臂梁产生变形时, 测出BD两端电压U, 根据公式Kε=U/E就可计算出悬臂梁产生的应变ε, 再根据公式σ=εY计算出悬臂梁所受的应力, 这里电源电压E和杨氏模量Y的值试验中均给出。在工程技术中, 工程人员需要得到的测量量往往是应变、应力。因此这种改革方式, 即吸收了传统的实验内容, 又将实验本身与工程技术结合起来, 既能使学生掌握电阻应变片传感器的原理, 又能为学生将来的工程实践打好基础。同时, 我们也为学有余力学生的进一步学习准备了实验内容, 比如, 对电阻应变片进行线性分析, 探究不同种类的电阻应变片的适用范围等, 使对学生对电阻应变片传感器有一个更深刻的理解。

3 实验仪器的改革

图3所示为现今高校常用的传感器实验台, 它将包括电阻应变片传感器在内的多个器件集成在一个密闭的盒子里, 没有展现出悬臂梁的外形、电阻应变片的粘贴位置、连接方式以及如何将BD两端的U电压放大等内容, 不利于学生对实验原理的理解。图4所示为改革后的电阻应变片传感器实验平台。悬臂梁为等强度悬臂梁, 在垂直于梁长度方向的平面上, 各点所受应变大小是相同的, 等强度悬臂梁一端固定在支架上, 另一端是自由的, 自由端挂有砝码盘, 用于放置砝码。电阻应变片粘贴在悬臂梁上, 其粘贴方式如图1所示, 每枚电阻应变片都引出两根导线。将电阻应变片、电源、开关按照图2所示的电路连接, 在BD端连接差动放大器, 再将差动放大器和电压表连接。实验方法是:调节电压表的调零旋钮, 消去砝码盘质量带来的误差, 然后在砝码盘上放置一定质量的砝码, 梁的自由端由于受到重力而产生变形, 电压表的示数开始变化, 读取电压表的示数。整个仪器是一个开放式的实验平台, 仪器的构造、原理一目了然, 便于学生对实验原理的掌握和对实验现象的直接观察。图4所示为每个学生实验操作时必须使用的仪器。同时, 我们也准备了一台如图3所示的集成化的实验仪器, 供学有余力的学生进一步学习使用。这样, 学生不仅开阔眼界, 对电阻应变片传感器的认识也更加深刻。

4 结论

目前高校的电阻应变片传感器实验多为原理型、验证型实验, 不适用于以工程实践为主的高校。笔者在实验内容以及实验仪器两个方面对本实验进行了改革。实验内容方面与工程实践相结合, 将测量电阻应变片的电桥灵敏度改为测量悬臂梁所受的应变、应力, 同时还为学有余力的学生进一步提供实验内容。实验仪器方面将集成化的仪器变为开放式的实验平台, 便于对实验原理的掌握和对实验现象的直接观察。集成化的仪器也保留一台, 供学生进一步学习使用。

摘要：针对目前多数高校使用的电阻应变片传感器实验, 从实验内容和实验仪器两方面进行改革。实验内容方面与工程实践相结合, 将测量电阻应变片的电桥灵敏度改为测量悬臂梁所受的应变、应力, 同时还为学有余力的学生进一步提供实验内容。实验仪器方面将集成化的仪器变为开放式的实验平台, 便于学生对实验原理的掌握和对实验现象的直接观察。从而适应了以工程实践为主的高校实验教学的要求。

关键词：电阻应变片,实验内容,实验仪器,教学改革

参考文献

[1]闫好奎, 任建国.电阻应变片的工作原理[J].计量与测试技术, 2013, 40 (12) :12.

[2]刘鹏, 周勤奋, 陶梦江.电阻应变式传感器在检测中的应用[J].科技向导, 2011 (21) :37.

热电阻传感器 第5篇

液体火箭发动机试验热电偶传感器测量工艺

热电偶传感器具有性能稳定、结构简单、使用安全、价格低廉、测温范围广等特点,在液体火箭发动机地面试验中得到了广泛应用.由于输出信号小,在发动机试验的恶劣环境中若使用不当,则容易造成测量不准或测不到数据.针对目前测量中存在的问题,提出了热电偶传感器使用中应注意的`一些关键技术和使用工艺要求.工程实践表明,按此工艺操作,热电偶的测量可靠性和测量精度明显提高.

作 者：肖培斌 Xiao Peibin 作者单位：西安航天动力试验技术研究所,陕西,西安,710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：35(3)分类号：V434关键词：热电偶传感器 液体火箭发动机试验 温度测量

一种基于铂电阻的风速传感器 第6篇

在环保气象、家用电器、工业设备、卫生保健等诸多领域,空气流速都是一项重要的检测参数,特别是在当今社会,各种风扇、空调等家用电器大量进入家庭、办公室和公共场所。基于以上原因,本文设计了一种测量风速的风速测量电路,它具有成本低、使用方便、测量精度较高等特点,并且能够与单片机等其他集成芯片配合使用而成为其他系统的应用电路。

1 数学模型的建立

1.1 Pt100的温度特性

铂热电阻是国际公认的成熟产品,它因性能稳定、抗震性好、精度高而被广泛使用。下面是Pt100电阻随温度变化的关系:

当温度在-200℃

当温度在0℃t650℃时:

式中Rt为温度在t℃时铂热电阻的电阻值;R0为0℃时铂热电阻的电阻值;A=3.96810-3;B=-5.84710-7;C=-4.2210-12。在0~100℃范围内,B值作用不明显,Rt与R0近似成线性关系,即Rt=R0(1+At)。

1.2 Pt100的热平衡方程

当一个被加热的物体置于流体中,该物体的热量损失主要是热辐射和热对流。在温度较低,辐射散热可以忽略不计的情况下,物体的热量传递主要是热对流。当流体的速度增加时,物体的热量损失亦增加。如果以电的方式给铂热电阻加热,那么铂热电阻将达到一个由流体流速所确定的平衡温度。

我们采用铂热电阻作为加热对象。由于温度的变化引起铂热电阻本身阻值的变化,从而可以通过桥式电路建立流体速度和桥式电路输出电压的数学模型。利用此原理来进行风速的测量。

对流换热是指流动的流体流过静止的固体界面时,由于两者的温差而发生的热传递过程。当空气流过铂热电阻时,其单位时间内传热量为:

其中h为对流换热系数;A为对流面积;Δt为流体和界面温度差。

根据传热学有努塞尔特征数和流体沿界面流动全部为层流的公式可知:

其中uf为流体的速度;L为界面长度;vm为平均运动黏度;P rm对于空气约等于0.710,λm为平均导热系数。令。则

电流给热阻加热时,其功率为IH2RH。当热阻单位时间内产热W和相等时,即热阻达到热平衡状态。

由上述得出下面结论:当热阻温度和环境温度一定时,电流和风速的1/4次方成正比。

2 电路工作原理

如图所示电路,两条支路a和b两端电压相等,根据热功率公式可知,其产热效率约为支路a的1/10。因此,在考虑由于热功时可以忽略电流对b支路的影响。风速为0m/s时,设计R2和Pt1000阻值之比小于R1和(Pt100+R3)之比,放大器输出低电平,晶体管基极电位降低,晶体管Q1集电极电流增大,由于两个半桥的分流比约为10:1,由并联电路分流原理知Pt100电流增大,使得铂热电阻阻值增加,c点电压降低,最终反馈电路调解使c点电位和d点接近,达到平衡状态,并以c点电压作为表征风速的输出值。当风速增大时,对流散热增加,Pt100温度降低,其阻值减小,使得c点电压高于d点电压,放大器输出电压降低,导致晶体管Q1基极电流增加,集电极电流升高使得Pt100阻值增加,最终达到一新的稳定平衡点。由上述分析可知,风速增大,受控电流增大,端子c输出电压增大。由于采用了差动式测量,且两个测量半桥配置的传感元件同为铂电阻,气体温度对电路测量值的影响可以忽略不计,在不附加其他温度补偿电路的情况下,可以在较宽的温度范围下使用,适合于大多数现场测量环境。

3 实验结果及误差分析

为了验证所设计的风速测量传感器,搭建了简易的实验验证平台。实验验证平台由EE66-VB5风速计作为标准风速计量单元,对所设计的传感器和测量电路获得的测量数据进行对比。风速计EE66-VB5是一种高精度的风速测量传感器,测量范围:0~2m/s,输出电压:0~10V,风速精度:±(0.1m/s+3%测量值),响应时间:0.2秒,工作温度:-10~+50℃。由于其很高的精度及灵敏度,因此该实验把其测量的值作为真实值,将该风速计和待测量传感器置于相同的环境,在相同的风速下,其测量值和铂热电阻组成的风速传感器测量值做比较。从而分析铂热电阻组成的风速传感器的性能。下面是分别在不同风速下的输出电压,所测部分结果如表1所示。

图2中,由于放大器饱和电压的影响,当输入电压为0V时,其输出电压约为0.25V。经计算,本实验所设计的风速传感器的标准误差为0.085,其偏差主要是因为EE66-VB5探头和铂热电阻采样点的偏差,以及小风扇风速不稳定性等因素造成的。

4 结论

综上所述,本文阐述了铂热风速传感器的数学模型、电路原理。并且通过对实验数据的具体测量、分析、计算得出本实验风速传感器误差。本实验设计的风速传感器由于具有电路简单,成本低廉,功耗小,较高的精度等特点而具有很强的实用性。可对家用设备如空调、风扇等的风速进行测量,同时还可用在汽车工业等其他行业上用于检测单位时间内的空气流量。

摘要：本文介绍了铂热电阻差动式风速测量基本原理,并基于热工学推导了铂热电阻风速测量的数学模型。设计了桥式风速传感电路,阐述了电路的工作原理。建立了风速测量传感器的实验验证平台,对所测量的试验数据加以处理,并分析了误差产生的原因。

关键词：风速传感器,铂热电阻,热平衡,电桥

参考文献

[1]侯小刚,赵孝保,丁轲轲,等.工程热力学[M].南京:东南大学出版社,2004.4.

[2]汪建军.用非平衡电桥设计组装铂电阻数字温度计[J].浙江万里学院学报,2005,18(2):118-120.

[3]易先军,文小玲,刘翠梅.基于铂电阻的温度高精度测量研究[J].传感器与微系统,2009.28(1):56-58.

[4]王延年.基于单片机的铂电阻高精度温度测控系统[J].电子测量技术,2006,26(4):57-60.

[5]朱育红.工业铂电阻精确测温的方法[J].中国测试技术,2007,33(4):56-58.

[6]龚瑞昆,张静源,张冰.高精度铂电阻测温系统的实现[J].仪表技术,2008(7):13-14.

[7]张萍.工业铂电阻智能检定系统的开发和应用[J].中国测量技术,2008,34(4):39-41.

[8]李书泽,张武高,张荣荣,等.高精度铂电阻测温电路优化设计[J].工业仪表与自动化装置2005(1):27-28,26.

[9]郑学文,陈武框,吕玉嫦.风速传感器自动化检定系统中自动控制的实现[J].气象科技,2009,37(2):127-130.

[10]田丰,柴艳莉,李威.热电偶式风速传感器的非线性动态调校[J].传感器技术,2005,24(5):67-18,72.

热电阻传感器 第7篇

一、气敏电阻传感器

特点解读:是一种半导体敏感器件, 它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。主要品种有:金属氧化物气敏电阻, 复合氧化物气敏电阻, 陶瓷气敏电阻等。一般可以用于化工生产中气体成分的检测与控制;煤矿瓦斯浓度的检测与报警;环境污染情况的监测;煤气泄漏:火灾报警;燃烧情况的检测与控制, 等等。

例1: (2010年浙江省衢州市) 在治理酒后驾车中, 酒精检测仪发挥了重要作用。如图1甲是酒精检测仪, 图1乙是检测仪的简化电路图, R0为定值电阻, R为气敏电阻, 该电阻阻值与酒精气体含量的关系如图1丙, 如果图1乙中电流表示数越大, 说明司机吹出的气体中酒精含量就____。

【解析】此类试题是以科技发明为情景进行命题, 是对酒精检测仪原理的考查, R为气敏电阻, 根据图像可知, 气敏电阻的特点是随着酒精含量的增多, 电阻在减小。由图可知, 气敏传感器R与定值电阻R0串联, 根据欧姆定律可知, 当电路中电流表示数越大, 说明气敏电阻的阻值越小, 则酒精气体的含量越高。

【答案】越高。

【点评】此题属于电路和气敏电阻的实际应用, 重点了解此类电阻的特点, 属于小知识、大作用的一类, 应多重视。

【练习】 (2010年福建省厦门市) 酒精测试仪可检测驾驶员是否酒后驾车, 如图是它的原理图。图2中酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比, 如果测试到的酒精气体浓度越大, 那么 () 。

二、热敏电阻传感器

特点解读:热敏电阻传感器是利用一些材料的温度变化而引起的内部电阻的变化而制成的传感器, 通过它可以测量或控制温度等。一般生活、生产中的应用有:温度传感器、防爆传感器、温度报警器、热熔胶枪PTC元件、电饭锅、电冰箱等。

例2: (2010年广州市花都区) 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间, 其电阻受温度影响较大。如图3甲是某种半导体材料的电阻随温度变化的关系图像。根据这种半导体材料电阻的特性, 小明和他的同学设计了一个电路 (如图3乙) , 可以测定某一空间的温度, 使用的器材如下:半导体电阻、电源、电流表 (0～0.6A) 、开关、定值电阻R0 (10Ω) 、导线若干。

(1) 当环境温度为20℃时, 电流表的读数为0.2A, 求电源的电压。

(2) 电流表的读数为0.4A时, 求当时环境温度和半导体电阻的电功率分别是多少。

【解析】此类传感器属于热敏电阻传感器, 通过图像可知, 此种半导体材料的电阻随温度的升高而减小, 这是解题的切入点。根据图像可知, 当环境温度为20℃时, 半导体的电阻为50Ω, 然后根据串联的总电压等于各部分电路两端电压之和进行求解电源电压。反之, 当给定电路中电流时, 可以根据欧姆定律求出此时半导体的电阻, 然后根据图像查得对应的温度。

【答案】 (1) 由电路图R和R0串联, 当t=20℃时, 半导体电阻R=50Ω电源的电压U=IR+IR0=0.2A×50Ω+0.2A×10Ω=12V。

(2) R0两端的电压U0=IR0=0.4×10=4V;半导体电阻两端的电压UR=U-U0=12V-4V=8V, 由欧姆定律得半导体电阻的阻值是, 从图像知环境温度是40℃半导体电阻的电功率P=URR=8V×0.4A=3.2W。

【点评】热敏电阻主要受环境温度的影响, 通过外界环境温度的改变, 从而改变电阻来改变电路中电流, 以达到实际应用的效果, 这种电阻可以应用于温度报警器等。

中考回顾:历届中考考查此类知识的有:2010年浙江省绍兴市, 2009年湖北省黄冈市, 江苏省南通市、宿迁市、连云港市、苏州市等。

【练习】 (2010年四川省泸州市) 如图4甲所示的电路中, R是一个定值电阻, Rt是一个半导体材料制成的热敏电阻, 其阻值随温度变化的曲线如图4乙所示, 当开关闭合且电阻Rt所处的环境温度升高时, 电流表示数______, 电压表示数______。 (以上两空选填“增大”、“减小”或“不变”。)

答案:增大;减小

三、压敏电阻传感器

特点解读:这类传感器一般属于半导体压敏传感器, 体积小、灵敏度高、更具有实用价值, 一般适用于机械制造和电器等方面。它是利用半导体的某一方向受到压力时, 其电阻率会发生变化而制成, 往往随着压力的增大, 其电阻变小, 而因此电路中电流的变化。在生活、生产中一般用于拉力、体重等力的测量。

例3: (2010年安徽省蚌埠市) 有一种测量人体重的电子秤, 其原理图如图5中的虚线所示, 它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R (一个阻值可随压力大小而变化的电阻器) , 显示体重的仪表G (其实质是电流表) , 其中AO∶BO=5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示:

设踏板的杠杆组件的质量不计, 接通电源后, 压力传感器两端的电压恒为4.68V。

则: (1) 利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿;

(2) 该秤零刻度线 (即踏板空载时的刻度线) 应标在电流表刻度盘＿＿＿＿＿＿＿＿m A处;

(3) 如果某人站在踏板上, 电流表刻度盘示数为20mA, 这个人的体重是＿＿＿＿＿＿＿＿。

【解析】此题中是压力传感器的应用, 压敏电阻传感器的特点是电阻随着所受压力的增大而减小, (1) 问中是对数据的处理与归纳, 通过函数描点法或通过待定系数法等进行求解函数关系式。 (2) 当该秤零刻度线时, 压力F=0N, 此时压力传感器电阻R=300Ω, 根据欧姆定律可知, 电路中电流I=U/R=4.68V/300Ω=0.0156A=15.6mA。 (3) 当电流表刻度盘示数为20mA时, 根据欧姆定律可知, 电路中电阻R=U/I=4.68V/0.02A=234Ω, 然后根据 (1) 问的解析式R=300-0.6F, 可求得压力传感器所受的压力F= (300-234) /0.6=110N, 然后根据杠杆平衡条件和AO∶BO=5∶1可知, 踏板上的压力为传感器上压力的5倍即550N。

中考回顾:历届中考考查此类内容的试题省份:2010云南楚雄、2009年湖州、2009年福建、2008年福建厦门、绍兴、云南、滨州、湖北仙桃等。

【练习】 (2010年江苏省宿迁市) 小明去超市, 走到电梯前发现电梯运动较慢, 当他站在电梯上时又快了起来。小明根据所学的知识, 画出如图6所示的电路 (R是一个压敏电阻) 。小明分析:当人站在电梯上, 压敏电阻的阻值减小, 则电磁铁的磁性变______, 衔铁与触点 (填“1”或“2”) 接触, 电动机的转速变______。

答案:强, 2, 快。

四、光敏电阻传感器

特点解读:此类电阻传感器的原理是把光信号转换成电信号, 当光照强度改变时, 其阻值也发生变化, 一般是光敏电阻随光强的增大而减小。主要用于光纤传感器、光电眼等, 有时也和声敏电阻传感器一起用于声光控电灯的开关。

例4: (2010年浙江省绍兴市) 小王利用光敏电阻受到光照时电阻变小的特性, 设计了一个如图6所示的自动控制电路, 要求光暗时灯亮, 光亮时灯灭。在实际调试时, 发现灯始终亮着, 而光敏电阻和其他电路元件都正常。下列调节能使控制电路达到要求的是 () 。

【解析】此题属于光敏电阻实际应用的考查, 首先要认识光敏电阻与光照强度的关系, 当光亮时, 光敏电阻变小, 电流增大, 电磁铁的磁性增强, 吸引衔铁, 使工作电路断开, 因此灯不亮。而此题的问题是发现灯始终亮着, 而光敏电阻和其他电路元件都正常, 这说明电磁铁的磁性较弱, 影响电磁铁的磁性强弱的因素有:电流大小、线圈的匝数和螺线管是否有铁芯等, 要增大磁性, 应该减小电路中电阻或增加线圈匝数、增大电源电压。

【答案】C。

中考回顾:历届中考考查此类内容的省份:2009年四川省南充市、2008年湖南省株洲市、2008年江苏省镇江市, 2008年成都市等。

【练习】1. (2010年江苏省镇江市) 将光敏电阻R、定值电阻R0、电流表、电压表、开关和电源连接成如图8所示电路。光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。闭合开关, 逐渐增大光敏电阻的光照强度, 观察电表示数的变化情况应该是 () 。

2. (2010年江苏省扬州市) 阅读短文, 回答问题。

夜幕下, 扬州“第一大道”文昌路边LED灯将道路照得犹如白昼, 这种LED灯是通过光电转换来供电的。下页图8是扬州某小区利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意图。其中, R是光敏电阻, 此光敏电阻的阻值R、流过线圈电流I与光照度E (单位勒克斯, 符号lx) 之间的几次实验数据如下表所示

当线圈A中的电流I≥30.0mA时, 动触点D与静触点G、H接触。

(1) 由表格中数据可知, 光敏电阻的阻值R随光照度E的增强而＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿;

(2) 白天, 太阳能电池板将＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿能转化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿能, 这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内。傍晚, 当光照度小于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿lx (勒克斯) 时, 路灯开始工作;

(3) 请用铅笔画线将电路原理图连接完整, 使工作电路能正常工作 (与触点的接线只能接在静触点上, 图中已给出静触点E、F、G、H的4根引线;连线不能交叉) ;

(4) 一只功率为6W的LED灯, 通电后其发光亮度相当于30W的日光灯。某间教室有24盏30W的日光灯, 每天平均使用2h, 如果能用6W的LED灯进行照明, 则一个月 (按30天计算) 可节约电能＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿kw·h;

(5) 据有关部门发布消息, 5年内全市小区将全面覆盖LED路灯。但目前有部分市民反映LED路灯亮度不够, 请你提出一条能提高亮度的合理化的建议:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

参考答案:1.D;2. (1) 减小, (2) 光 (太阳) 电, 15; (3) 如图10; (4) 34.56; (5) 多布一些路灯、使用功率更大的LED灯、在LED灯下方加装凸透镜等。

五、磁敏电阻传感器

特点解读:磁敏传感器是将有关的物理量通过磁性转换成电信号, 即通过磁性的强弱变化引起工作电路中电流的变化, 从而来用电设备进行特定工作。一般可以用做:磁性开关、油水界面传感器等。在日常生活、生产中涉及此类传感器的有:高考使用金属探测器、刷卡机等。

例5: (2010年江苏省淮安市) 如图10所示, 是演示巨磁电阻 (GMR) 特性的原理示意图。开关S1、S2闭合时, 向左稍微移动滑动变阻器的滑片P, 指示灯的亮度明显变亮。

(1) 滑动变阻器的滑片向左移动, 流过电磁铁线圈的电流＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ (选填“增大”或“减小”) , 电磁铁周围的磁场 (选填“增强”、“减弱”或“不变”) ;

(2) 指示灯的亮度明显变亮, 表明电路中GMR的阻值显著＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ (选填“增大”或“减小”) , 引起GMR阻值变化的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

【解析】此试题的特点是结合生产、生活实际或具有时代性的高科技知识, 创设问题情景, 引起学生的注意, 并且能够用小知识来解决大问题, 注重了知识的运用。 (1) 当闭合S1、S2后使滑片P向左滑动过程中, 电路中电阻减小, 流过电磁铁线圈的电流增大, 因此电磁铁周围的磁场增强。 (2) 指示灯明显变亮, 说明电路中的电流过大, 因此可知巨磁电阻电阻变小。而滑片P向左滑动过程中, 滑动变阻器连入电路中电阻变小, 导致电磁铁的电流变大, 电磁铁的磁性增强, 可见巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小。

【答案】 (1) 增大, 增强; (2) 减小, 周围磁场强弱发生变化。

【点评】要学会联系电与磁的知识, 特别是磁场的强弱与电流大小的关系, 然后结合欧姆定律等电学知识进行分析。

中考回顾:历届考查有关磁敏传感器的试题:2008年江苏省连云港市、2009年浙江省宁波市等。

热电偶传感器的原理与发展应用 第8篇

1 热电偶传感器的测温原理及结构

1.1 热电偶传感器的测温原理

热电偶传感器的测温原理是基于热电效应的。如下图所示, 它将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路, 当两个接点T端 (测量端) 和T0 端 (冷端) 的温度不同时, 如果T>To在回路中就会产生热电动势, 并在回路中有一定大小的电流, 这种现象称为热电效应。分析表明, 热电效应产生的热电势有接触电势和温差电势两部分组成, 热电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。

热电偶回路中的温差电动势很小, 忽略之, 可得:

如果冷端温度t0 不变, 被测温度t可通过温差电动势获得。

1.2 热电偶传感器的结构

工业测温用的热电偶传感器, 其基本构造包括热电偶丝、绝缘管、保护管和接线盒等, 为了保证热电偶可靠、稳定地工作, 对它的结构要求如下:

(1) 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;

(2) 热电极之间需要用绝缘管保护, 以防短路;

(3) 保护管的作用在于使用热电偶电极不直接与被测介质接触, 它不仅可延长热电偶的寿命, 还可起到支撑和固定热电极及增加其强度的作用, 保护管的材料主要分金属和非金属两大类;

(4) 热电偶丝引出线接头与接线盒内的接线柱接触良好且牢固无松动。

2 热电偶传感器的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指按照国家标准, 确定了其热电势与温度的关系, 有统一标准的分度表。而非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶, 一般也没有统一的分度表, 主要用于某些特殊场合的测量。通常所说的热电偶指的是标准热电偶, 而在工业测量中使用得最多的标准热电偶主要有E ( 镍铬铜镍) 、K ( 镍铬.镍硅) 、J ( 铁一铜镍) 、T ( 铜一铜镍) 四种类型。每种热电偶材料都有常用的测温范围, 如最常用的K型热电偶, 其覆盖测量温区为;270 ~ 1370℃, 常使用的温度范围为0~600。

3 热电偶传感器的应用

(1) 钢铁工业:用于连续测量钢水的温度

(2) 化工行业 (热电偶自动检定系统)

(3) 用于反应堆测温

(4) 在天然气净化厂中的应用

(5) 用于电厂温度的快速测量,

(6) 在建筑节能检测中的应用

4 热电偶传感器的发展趋势

太阳能发电是太阳能利用的一个重要方面, 目前人们在太阳能发电方面已经作为大量研究, 提出了各种不同的太阳能发电方法, 现在应用较多的是太阳能光伏电池发电。这里主要研究的是利用热电偶的热电效应, 将热电偶串并联形成发电组件, 将其热端采用聚光集热的方法用太阳能集中加热, 冷端由空气自然冷却, 由此形成一种新型的太阳能发电方式。

随着现代化仪表的不断推陈出新和更新换代, 使仪表的自动控制能力方面大大加强。同时计算机技术的发展和应用更加广泛, 使自动化仪表与计算机相连并自动良好运行也成为可能, 热电偶自动检定系统是基于现代化仪表的自控和计算机应用来设计的, 比较适用于部分化工企业中, 该系统的核心部分由微机、数字多用表、低电势自动扫描开关、高精度温控器、热电偶检定炉等组成。

近年来, 国家对节能减排工作非常重视, 建筑节能工作也日趋完善, 从2001 年以来建设部相继颁布了多个节能标准, 如:JG儿34-2001 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准;GB50189-2005 公共建筑节能设计标准;JG儿32-200 1 采暖居住建筑节能检验标准;JG 149-2003 膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统;JG儿44-20049[- 墙外保温工程技术规程及GB5041 1-2007 建筑节能工程施工验收规范等。但据统计, 全国节能建筑的质量及管理水平仍然参差不齐, 建筑用能浪费还相当严重, 节能潜力尚未充分发挥。因此, 节能工作任重道远。要达到建筑物的节能要求, 自然离不开优质的建保温材料及其构件。为了确保建筑节能制品保温性能的可靠性, 为设计工作者提供确切可靠的建筑材料热物理性能数据, 就必须对建筑材料及其制品进行检测。检测方法多样, 其检测设备也不尽相同, 尤其是当热流计反复使用久了会变型或翘曲, 热流系数会改变, 对测量结果影响非常之大。在测量温度时, 采用热电偶传感器性能稳定, 测温准确。

参考文献

[1]刘传玺, 冯文旭.自动检测技术[M].北京:中国矿业大学出版社, 2001.

[2]徐科军.传感器与检测技术[M].北京:电子工业出版社, 2004.

浅谈热电偶传感器的选用方法 第9篇

一、热电偶的分类

(一) 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶, 它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶, 一般也没有统一的分度表, 主要用于某些特殊场合的测量。

(二) 按热电偶材料分类。

有廉金属、难熔金属、贵金属、非金属。廉金属主要有铁康铜、铜康铜、镍铬康铜、镍铬考铜、镍铬考铜、镍铬镍硅等。难熔金属主要有钨铼系、钨钼系、铌钛系和铱钨系等。贵金属主要有铂铑30-铂铑6、铂铑10-铂铑、铂铑系、铱铑系、铱钉系、铂铱系等。非金属主要有二碳化钨二碳化钼、石墨碳化物等。

(三) 按热电偶的结构形式分类。

由于使用要求不同, 热电偶的结构形式又分为普通型、铠装型、表面型和快速型四种。与普通热电偶相比, 铠装热电偶具有体积小, 响应快, 精度高, 强度好, 可挠性好, 抗振性好等优点。表面热电偶又称薄膜热电偶, 专门用于测量物件的表面温度, 使用时用胶水贴附于被测物表面, 它的热惯性极小, 响应极快。快速热电偶主要用于测量高温熔融物质的温度, 通常是一次性使用, 所以又称为消耗式热电偶。

(四) 按分度号和测温范围分类。

根据分度号和测温范围不同, 热电偶可以分为K、E、T、J、B、R、S、N型几类。

(五) 按使用环境分类。

按使用环境可以分为耐高温热电偶、耐磨热电偶、耐高压热电偶、耐腐热电偶, 隔爆热电偶等。

那么, 如何选择一种合适的热电偶就是很重要的事, 当然也有许多问题需要考虑。

二、热电偶选用总的原则

一是根据测温范围和测温精度要求, 选择不同分度号的、适合精度等级要求的热电偶;二是根据使用环境条件, 选择不同封装结构和形式的热电偶;三是根据热电偶的尺寸、安装固定方式, 选择符合要求的热电偶;四是根据耐久性及热响应性选择;线径大的热电偶耐久性好, 但响应较慢一些, 对于热容量大的热电偶, 响应就慢, 测量梯度大的温度时, 在温度控制的情况下, 控温就差。要求响应时间快又要求有一定的耐久性, 选择铠装热电偶比较合适;五是测量对象的性质和状态对热电偶的选择, 运动物体、振动物体、高压容器的测温要求机械强度高, 有化学污染的气氛要求有保护管, 有电气干扰的情况下要求绝缘比较高。

选择热电偶除了我们上面提到的几个方面还要结合测定对象的响应时间和经济效益等综合考虑。下面说明不同分度号的热电偶的特点, 以供选择热电偶时做为参考。

(一) 铂铑10铂热电偶。

分度号为S, 属于贵重金属热电偶, 正极为含铑10%的铂铑合金, 负极为铂。优点为物理、化学稳定性好, 耐热性、耐氧化、耐腐浊性良好;短期工作温度为1, 600℃, 长期工作温度为1, 300℃, 如果工作温度超过短期工作温度, 也就是它的温度上限时, 纯铂丝即使在空气中也有可能出现再结晶的现象;具有较优越的精确度, 由于精度等级高, 一般用于准确度要求较高的高温测量。可以做为标准使用。另外再现性良好, 它的缺点为热电动势值小, 从而使灵敏度较低;在还元性气体 (特别是氢、金属蒸气) 环境较脆弱;补偿导线误差大;价格比较高昂, 经济成本较高。

(二) 铂铑13铂热电偶。

分度号为R, 正极为含铑13%的铂铑合金。温度范围 0～1600℃。R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右, 其它性能二者几乎完全相同。

(三) 铂铑30铂铑6热电。

偶分度号为B , 测量温度范围 600～1800℃, 自由端在0～50℃内可以不用补偿导线;优点:可以测量且适用测量1, 000℃以上至1, 800℃;在常温下热电动势非常小不需补偿导线;具有良好的耐氧化、耐腐浊性;耐热性与机械强度较R型优良。它的主要缺点在中低温环境中, 热电动势极小, 600℃以下测定温度非常不准确; 热电动势的直线性不好;属于贵金属, 价格高昂。

(四) 镍铬镍硅热电偶。

镍铬一镍硅热电偶的分度号为K, 正极为镍铬。短期工作温度为 1, 200℃, 长期工作温度为900℃。优点:此种热电偶的热热电动势的线性度好, 误差一般在 (6~8) ℃;900℃以下耐氧化性良好;在金属热电偶中, 它是非贵重金属中性能最稳定的一种, 价格便宜, 应用很广。缺点:不适用于还原性气体环境, 特别是一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体, 在这种情况下, 只能测量500℃以下温度;低温环境下, 非线性误差较大。

(五) 镍铬康铜热电偶。

分度号为E, 正极是镍铬, 测温范围-270~1, 000℃, 短期工作温度为800℃, 长期工作温度为60℃。它是热电势最大的一种热电偶, 测量准确度较高, 现有热电偶中感度最佳的, 价格低廉, 但极易氧化, 不适用于还元性气体环境。

(六) 铜康铜热电偶。

分度号为T, 低温下特性良好, 灵敏度高, 是在低温下应用得很普遍的热电偶, 测量温度范围 (-200~+200) ℃;稳定性好, 再现性良好, 高精度;并且价格低廉;可使用于还元性气体环境。其缺点为使用温度限度低; (+) 脚之铜易氧化;热传导误差大。

(七) 铁康铜热电偶。

分度号为J, 温度范围-210~1200℃。可以在还元性气体环境中使用;热电动势较K热电偶的热电动势大20%;价格比较便宜, 适用于中温区域。它的主要缺点是 (+) 脚易生锈, 而且再现性不佳

(八) 镍铬硅镍硅热电偶。

分度号为N, 温度范围-270~1300℃主要优点热电动势的线性良好;1, 200℃以下耐氧化性良好;耐热温度较K型高。主要缺点不适用于还元性气体环境;热电动势与贵金属热电偶相比较经时变化较大。

需要指出的是, 由于S型、K型、B型热电偶适合于在强的氧化性和弱的还原性气氛中使用, 而J型和T型热电偶则适合于弱氧化性和还原性气氛, 若使用气密性比较好的保护管, 对气氛的要求就不太严格。

在实际选择时, 如果使用温度在1, 300℃~1, 800℃, 精度等级要求比较高时, 一般选用B型热电偶;精度等级要求不高, 气氛又允许可用钨铼热电偶, 高于1, 800℃一般选用钨铼热电偶;使用温度在1, 000℃~1, 300℃精度等级要求比较高可以选择用S型热电偶和N型热电偶;温度在1, 000℃以下一般可以用K型热电偶和N型热电偶, 温度低于400℃一般用E型热电偶;温度在250℃下以及负温度测量一般用T型电偶, 因为在低温时T型热电偶稳定而且精度高。

三、结语

热电偶的选择对于实际应用中温度测量的精确度的高低起到至关重要的作用, 综合考虑各种热电偶的特点及热电偶的选择原则, 选择适当的正确型号的热电偶, 为测量打下良好的基础。

参考文献

[1].宋文绪, 杨帆.自动检测技术[M].北京:高等教育出版社, 2010, 第3版

[2].卿太全, 郭明琼.最新传感器选用手册[M].北京:中国电力出版社, 2009

热电偶传感器的冷端温度补偿研究 第10篇

热电偶是一种重要的传感器, 常用于高温环境的温度测量;通过热电偶测量温度的原理我们可以知道, 当热电偶冷端温度没有变化的时候, 热电势被测的温度才是单值函数;在实践中, 热电偶冷端与热端往往相距很近, 冷端又暴露在空气中, 容易受到环境温度及设备或管道中介温度的影响, 故冷端温度难以保持恒定, 为此必须进行补偿。

2 热电偶传感器

2.1 什么是热电偶传感器

热电偶是温度测量仪表中常用原件, 它能直接测量温度, 并能把热电势大小的热电势传感器用温度来转换;自从发现热电效之后, 100-1300摄氏度的温度就被人们广泛的用热电偶来测量, 在实际中还可以根据需要来测量更高或者更低的温度;它的特点是精度高、使用方便、结构简单、热惯性小、便于携带和远距离携带等优点。

2.2 工作原理

1982年科学家塞贝克发现, 用不同成分组成的热电偶丝形成两端回路, 且两端的两个结合点温度不一样的时候, 在形成的回路中就会出现电动势能, 我们就把电动势回炉现象称之为热电效应。我们所了解的热电偶就是利用这样的原理进行温度测量, 直接测量温度的一端称为我们称为工作端或测量端, 另外的一端称之为冷端或补偿端;显示仪器和冷端是相连接的, 热电偶产生的热电势是在显示仪表上指出的。

在热电偶的热电势方面应注意以下几个方面;首先, 热电势的测量结果是热电偶两端温度的差值;其次, 当所用的热电偶材料是均匀分布的时候, 热电偶的直径和长度是没有关系的;最后, 热电偶实际上是一种转换器, 它能将热的能量转化为电的能量, 从而用热电势测量温度。

3 热电偶的结构和类别

热电丝是热电偶的主要元件, 作为测温元件的热电偶, 热电极材料要热性稳定, 不易氧化、变形和腐蚀, 热电势要足够大, 线性好, 以及测温范围要大。根据不同的热电极材料, 厂商可以制成不同的适用不同温度范围、不同测量精度的热电偶。

3.1 热电偶的分类及选择

热电偶可以分为两类, 一种是标准准的, 一种是非标准的。所谓标准的是指我国明文规定的温度与热电势之间的关系和误差间的大小, 而且还有配套的显示仪器可以用。而非标准的是指在使用、适用范围都没有标准化, 也没有专用的分度表, 用在特殊地方。

标准化的热电偶有铂铑-铂、镍铬—镍硅、铜镍—铜镍等。常见的非标准化热电偶有:铁-康铜热电偶、钨铼系热电偶 (高温) 和铜—铜锡热电偶 (低温) 。

3.2 热电偶的结构

将两热电极的端点紧密地焊接在一起组成接点就构成了一个热电偶。对于不同种类热电结构的介绍, 如下:

3.2.1 普通型热电偶

普通型热电偶是应用最多的, 主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同, 所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同, 但因使用条件基本类似, 所以这类热电偶已标准化、系列化。

3.2.2 铠装热电偶

铠装热电偶又称缆式热电偶, 是由热电极 (多数采用的是铂丝, 也有用镍丝的) 、绝缘材料 (通常为氧化镁粉末) 和金属保护管三者结合, 经拉制而成一个坚实的整体。

铠装热电偶有单支 (双芯) 和双支 (四芯) 之分, 其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。

铠装热电偶的参比端 (接线盒) 形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。铠装热电偶具有体积小、精度高、反应迅速、耐震动、耐冲击、机械强度高、可绕性好、寿命长、便于安装等优点。

3.2.3 薄膜热电偶

用真空镀膜的方法, 将热电极材料沉积在绝缘基板上而制成的热电偶称为薄膜热电偶。由于热电极是一层金属薄膜, 起厚度约为0.01-0.1微米, 所以测量端的热惯性小, 反映快, 可以用来测量顺变的表面温度和微小面积上的温度。

4 热电偶的冷端处理及补偿

在引言里已经说明了, 由于冷端热量会散失, 只有当热电偶冷端温度保持不变时, 热电势才是被测温度的单值函数, 在工业测温中, 冷端温度常随着环境温度的变化而变化, 将引入测量误差, 所以必须对热电偶的冷端进行处理和补偿, 才能减小误差, 使结果更为精确。

4.1 热电势补正法

由中间温度定律得知, 参考端温度为tn时的热电势为EAB (t, tn) =EAB (t, t0) -EAB (tn, t0)

可见, 参考温度t0≠0℃且tn恒定不变时, EAB (tn, t0) 是一个常数, 因此, 只要将测得的热势EAB (t, tn) 加上EAB (tn, t0) 就可获得EAB (t, t0) 的电动势。

4.2 温度补正法

对于直读热电势的仪器用热电势补正法对参考端温度进行修正比较方便, 对于直读温度值得仪器表, 如果用热电势补正法则需多次查表计算, 在生产现场实际使用中很不方便, 因此可采用温度补正法。

4.3 冷锻恒温法

在实验室的实验中, 箱式炉系统的安装调试中, 尝试了冰浴法, 把热电偶的冷端浸泡在冰水混合物中, 让其保持在零摄氏度, 在试验中, 我们发现这种方法有一定的缺陷, 需要保持零摄氏度需要不断的调整水温, 防止其温度升高, 而且还要保证侵入水中部分的米密封性, 这点也是比较困难的, 所以, 这个方法不适用这个系统的实验。

4.4 补偿电桥法

补偿电桥法是指在回路的测量中, 在冷端串联的电桥串联的一个补偿, 被测介质在被热电偶测量时, 补偿电阻和冷端接通, 补偿电桥由稳压二极、电阻三个、热敏Rt、全整流电桥几个部分组成, 它的工作原理是将交流电变成脉冲电压, 工作的电压是交流电, 形成一个相对平稳的电压。

冷端的热电偶温度高于零摄氏度时, 热电势的变化会随着温度的变化升高而降低, 在这个时候, 电阻就会增加, 从而让电桥变得不在均衡, 在这个时候我们只要利用合理的Rt, 就能恰当的进行补偿。

补偿电桥法是热电偶测量系统串联中热电势不平衡引起的变化值。冷端引起的热电势数值变化可以用桥臂电阻的不平衡电压来补偿, 采用这样的方法, 好处在于成本低、方便实用。

摘要：基于温度传感器的材料一般都是用的贵重贵金属材料制造, 而且测量温度的点到仪表收集的距离相对较远, 为了热电偶材料的节省从而降低成本, 通常采用补偿的方式是把热电偶的冷端设在温度恒定的控制室内。基于热电偶的这些优点, 本文主要就热电偶传感器的冷端温度补偿的研究进行阐述。

关键词：传感器,温度补偿,热电偶

参考文献

[1]彭俊珍.热电偶传感器冷端温度补偿技术[J].科技信息, 2012 (18) .

[2]何道远.传感器与传感器技术[J].北京:科学出版社, 2012.