熱電式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)
工業(yè)用熱電偶必須長期工作在惡劣環(huán)境下，應(yīng)特別注意被測介質(zhì)對熱電偶材質(zhì)的損害。常用的廉價金屬熱電偶不可用在氧化件或腐蝕性環(huán)境中，貴金屬熱電偶不宜用在還原性氣氛中。因此，都必須有不銹鋼保護(hù)套管，管內(nèi)有陶瓷絕緣管使焊點(diǎn)以外的導(dǎo)體部分互相絕緣，保護(hù)套管一端封閉，另一端有接線端子以便與導(dǎo)線或延長線連接。見圖2.3.5(d) 所示。另有一種制造方法是將熱電偶的兩種材質(zhì)外包圍陶瓷粉末之后，穿在不銹鋼管中，一起拉成復(fù)合線材。使用時取適當(dāng)長度將熱電偶焊接起來，并封閉外層不銹鋼套。這叫做 “鎧裝熱電偶”，可參看圖2.3.5之(b)。
盡管陶瓷是較好的絕緣材料.但在高溫下仍不免有漏電現(xiàn)象。因此，測帶毛物的溫度或電加熱設(shè)備的溫度時，熱電偶的信號線上可能有共模干擾電壓，這對于某些儀表或計(jì)算機(jī)的工作十分有害，應(yīng)給予充分注意。
保護(hù)套管及瓷管的熱容量肯定會增大熱慣性，使熱電偶的時間常數(shù)加大，對反映動態(tài)溫度變化石利。所以科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的測溫，如果可以不考慮防護(hù)的話，寧愿用棵露的熱電偶直接與被測介質(zhì)接觸，特別是直徑小的熱偶絲反應(yīng)更為快速。
熱電式溫度傳感器的工作原理
熱電偶所提供的信號為“熱電動勢”，它是至多不過幾十毫伏的微小直流電動勢.出兩種物理效應(yīng)所形成：
(1)接觸電動勢
兩種不同導(dǎo)體A和B，其自由電子密度不等，在焊點(diǎn)處有電子擴(kuò)散現(xiàn)象，因而產(chǎn)生接觸電動勢。此電動勢不僅與材質(zhì)有關(guān)，且與溫度有關(guān)。可表示為eAB(t)。
(2)溫差電動勢
同一材質(zhì)的導(dǎo)體A、當(dāng)兩端存在溫反差時，自由電子的分布不均勻，會出現(xiàn)溫差電動勢。此電動勢勺材質(zhì)有關(guān)，且與溫度t和t0有關(guān)，表示為eA(t,t0)。此處，t和t0代表導(dǎo)體A 兩端的溫度。
將導(dǎo)體A和B焊接破閉環(huán)，一個焊點(diǎn)在溫度t之下，另一焊點(diǎn)在溫度t0之下.就會在環(huán)形電路今出現(xiàn)四個電動勢.如圖2.3.l之(a)。這四個屯動勢分別為eAB(t)，eAB(t0). eA(t,t0).eB(t,t0)。它們的代數(shù)和不等于零，記為EAN(t,t0)。
必須汀意的是.以上各電動勢從其代數(shù)和都印導(dǎo)體的粗細(xì)及長短無關(guān)。只要知道導(dǎo)體A和B的性質(zhì)及溫度t0的數(shù)值。就能根據(jù)EAB(t,t0)判斷被測溫度t。
通常用熱電偶測高溫，所以—般t>t0.因此.把f處的焊點(diǎn)稱為“熱端”，也叫“工作端”;把t0處的焊點(diǎn)稱為“冷端”，也叫“參考端”。
問題在干圖2.3.1(d)的閉合回路個的總電動勢EAB(t,t0)究竟有多大無法知道，必須把它斷開.接入儀表才能測出總電動勢值。所接入的儀表是另外一種材質(zhì)c所構(gòu)成的導(dǎo)體。于是.電路成為圖2.3.1之(b)。
閉合回路中出現(xiàn)了除A，B以外的第三種字體C之后，總電動勢會有什么變化呢?根據(jù)熱電偶的第三導(dǎo)體定則可知，只要這第三導(dǎo)體C的兩端溫度相等，就對EAB(t,t0)的大小毫無影響。既然如此，把冷端焊點(diǎn)打開，接入儀表，并保持其兩端都在冷端溫度t0之下，如圖2.31之(c)，就能測出總電動勢。
關(guān)鍵是導(dǎo)體A和B的材質(zhì)選定之后，還必須保證to已知，并且穩(wěn)定不變，才能根據(jù)回路的總電動勢判斷溫度to為此，首光應(yīng)使冷端遠(yuǎn)離熱端，以免受高溫影響而5r起to波動。然后用適當(dāng)人法把fi測出。如果導(dǎo)體八和出是廉價材質(zhì)，可用與A,B量同樣材質(zhì)但包有絕緣層的導(dǎo)線，把冷端引到遠(yuǎn)處。這種導(dǎo)線叫做“延伸導(dǎo)線”。如果A和B是貴重金屬，就必須用價格便宜的專用導(dǎo)線A'和B'接在A和B.把冷端從溫度不穩(wěn)定的t'o處移到溫度穩(wěn)定的to處，如圖2.3.1之(d)所示。這種專用導(dǎo)線A'和B'叫做“補(bǔ)償導(dǎo)線”，它必須與熱電偶的材質(zhì)A和B有相同的熱電性質(zhì).但因工作在非高溫區(qū)、不必考慮其耐熱性。補(bǔ)償導(dǎo)線和延伸導(dǎo)線部是用規(guī)定的臺金制成的，為了便于敷設(shè)，用柔軟的多股芯線外包絕緣層的形式。
延伸導(dǎo)線和所接的熱電偶材質(zhì)相同，其效果等于把熱電偶接長，冷端當(dāng)然被移遠(yuǎn)。補(bǔ)償導(dǎo)線雖然棚所接熱電偶材質(zhì)不同，但因在非高溫區(qū)具有同樣的熱電性質(zhì)，兩者連接之后等于在熱電動勢EAN(t,t'o)懊的基礎(chǔ)亡又增加門十償電動勢EAB(t'0,to)。而A，B扣A'，B'的性質(zhì)相同，所以.總電動勢是EAB(t,to)，和整支長熱電偶效果—樣，因此有補(bǔ)償導(dǎo)線這個稱呼。
如果被測溫度很高，例如1000℃以上，冷端溫度在室溫范圍，則to的波動引起的相對誤差不十分嚴(yán)重。反之，被測溫度接近室溫時，to的影響決不能忽視。
延伸導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線的極性—定要與熱電偶的極性正確連接，不然，非但起不了應(yīng)有的作用，反而會使誤差增大，這一點(diǎn)要待別注意。
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