热电偶式传感器论文

热电偶式传感器论文（推荐6篇）

热电偶式传感器论文 篇1

09电信一班

***1

韩莹

摘要：热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用，并且有与其相配套的显示仪表与记录仪表。

关键字：热电式、热电偶、工作原理、应用

热电式传感器定义

热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。

工作原理

热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。由热点效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。其产生的机理为：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻广泛用来测量－200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。

热电传感器的应用

1.无触点恒温控制器：无触点自动温控电路如图5-28所示。其控温范围从室温到150℃，精度为±0.1℃。测温用的热敏电阻RT作为偏置电阻接在T1、T2组成的差分放大器电路内，当温度变化时，热敏电阻阻值变化，引起T1集电极电流变化，影响二极管D支路电流，从而使电容C充电电流发生变化，则电容电压达到单结晶体管BT峰点电压的时刻发生变化，即单结晶体管的输出脉冲产生相移，改变了可控硅SCR的导通角，改变了加热丝的电源电压，从而达到自动控温的目的。图中电位器Rp用以调节不同的设定温度。

Rp 220V

RT

T1

T2

D C

加热丝

BT

220v~ SCR 图 5-28 无触点恒温控制器电路图

2.室内空气加热器

PTC热敏元件由于具有升温快、能自控、安全节能、组成电路简单等特点，因而在各种取暖器上得到了广泛的应用。图5-29是空气加热器的电路结构示意图，其中PTC元件上有许多小孔，后面装有散热用的鼓风机。当接通电源后，PTC元件由于阻值小会有大电流通过而开始加热，鼓风机同时工作，它吹出的空气把PTC元件产

生的热量带向室内空间。由于空气流速和PTC热量的自动平衡，出风口的温度达50～60℃。当鼓风机由于故障原因停止转动时，PTC元件的阻值会急剧增大，从而限制了电流的通过，温度便下降到很低，可以避免意外事故的发生。

外壳

入气口

～220V

θ

PTC 鼓风机

PTC元件

PTC元件的形状常用的有方形板状和圆盘状两种。方形板状的尺寸为70mm×70mm×10mm，在厚度方向上约1800个小孔。圆盘状的尺寸为￠50×(3.5～7.0)mm。PTC元件的功率为300～1000W。 3.自动门控制电路

图5-30是自动门控制电路原理图。人体移动探测采用新型热释电红外线探测模块HN911。场效应管T1用作延时控制，通过调节电位器RP1便可改变延时控制的时间。光耦合器件MOC3020起交直隔离作用。当无人通过自动门时，HN911输出端为低电平，T1无控制信号输出，双向晶闸管T2关闭，负载电机不工作，门处于关闭状态。当有人行走接近自动门时，HN911模块检知到人体红外能量，输出端1为高电平输出，双向晶闸管导通，负 图5-29 室内空气加热器电路及结构示意图

载电机工作，打开自动门。当自动门运行到位时，由限位开关S切断电源。由于HN911模块的输出端2输出的电平正和1端输出的电平相反，故可用2端的输出信号控制自动门关闭。

+5V RP1 增 益 调 4 3 5

R1

MOC3020 R2

负载 T2

S

～220V HN911 2 6

R2

＋ T1 C1

关门控 制电路

图5-30 自动门控制电路原理图

4.客房火灾报警器

图5-31是客房火灾报警器原理电路图。在每个客房中安装有由TT201温控晶闸管组成的火灾传感器，在每一路中又都串有发光二极管LED，其总线串接报警电路再与电源相连。为及时了解灾情，发光二极管及报警电路均设置在总监控台。若某一房间发生火灾时，房内的环境温度升高，当环境温度升高到温控晶闸管的开启电压温度时，该路的温控晶闸管导通，相应发光二极管发光显示，同时，由于温控晶闸管导通会使总线电流增大，产生报警信号，再经报警电路检测处理后，立即发出火灾警笛声响。

报警电路

LED TT201 房间1 房间2 房间3 房间4 图5-31 客房火灾报警器电路图

5.液位报警器

图5-32是采用集成温度传感器的液位报警器的原理电路。它由两个AD590集成温度传感器、运算放大器及报警电路等组成，其中传感器B2设

置在警式液面的位置，传感器B1设置在外部。正常情况下，两个传感器在相同的温度条件下，调节电位器RP1，使运算放大器输出为零。当液面升高时，传感器B2将会被液体淹没，由于液体温度与环境温度的差别，使运算放大器工作输出不为零的控制信号，驱动报警电路报警。

＋U

B1 B2 液面 AD

RP1

R1 50M AD590

R2

－ IC

＋ 741 R3

报警

图 5-32 液位报警器原理图

小结：

热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势值和电阻值的方法最为普遍。如：热电偶就是将温度转换为电势值的传感器；金属热电阻和半导体热敏电阻将温度转换为电阻值。它们在工业生产中都得到了广泛的应用。利用半导体PN结的伏安特性与温度之间的关系，可以制成温敏二极管、温敏三极管、温敏晶闸管以及集成温度传感器，它们在窄温场中也得到了十分广泛的应用。除此之外，本章还讨论了热释电红外传感器及其应用。学完本章之后，初步掌握热电偶、金属热电阻、半导体热敏电阻、集成温度传感器，热释电红外传感器的工作原理及应用。 参考文献：

[1] 《传感器原理设计与应用》 国防科技大学出版社 刘迎春、叶湘滨编著

热电偶式传感器论文 篇2

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

机动车“热电式发电”系统 篇3

本人利用“塞贝克热电效应”，设计发明了机动车“热电式发电”系统，不仅节能，还提高了机动车的燃料利用率。

一、结构组成

1.排气管

本装置由内壁（吸热薄金属片）、吸热绝缘层（A、B）、P、N型半导体、外壳、金属导电材料构成。多个P、N型半导体的一端由金属导电材料交替连接，与吸热绝缘层（A、B）连接，而吸热绝缘层（A、B）又分别与内壁和外壳连接，构成热电式发电机的热、冷端（如图一）。

2.水箱

本装置由吸热绝缘层（A、B）、P、N型半导体、金属导电材料、隔热材料组成。多个P、N型半导体的一端由金属导电材料交替连接，与吸热绝缘层（A、B）连接，分别构成热电式发电机的热端和冷端。

其热端和水箱的一侧（不带散热扇）紧密相连，隔热材料套在外部，防止发动机等工作时释放的热量造成冷端温度过高，降低发电效率（如图二）。

二、工作原理

1.汽车工作时，携带大量热量的尾气经过排气管，吸热绝缘层吸收这些热量，内壁成为热电式发电机的热端。

热电偶式传感器论文 篇4

烟考„2008‟5号

关于2008年市直机关事业单位和 中央省属驻烟单位考核工作的通知

市直各部门、直属事业单位，中央、省属驻烟单位：

为做好市直机关、事业单位工作人员考核和中央、省属驻烟单位考评工作，根据《公务员考核规定（试行）》、《事业单位工作人员考核暂行规定》、《山东省公务员考核实施办法（试行）》和市委、市政府《2008年目标管理考核意见》的规定，现将有关问题通知如下：

一、市直部门的考核

考核对象为年初确定的80个部门和单位，考核内容包括业务工作目标、公共责任目标、社会评价情况、创新创优目标和八项重要工作完成情况。

业务工作目标（110分），包括日常工作（100分）、重要工作事项（5分）和争取政策资金情况（5分）。其中，日常工作由各考核组依据部门《目标管理责任书》完成情况，征求分管市领导意见后，考核计分；重要工作事项由市委办、市府办按分工考核计分，完成的每项加0.5分，未完成的每项扣0.5分，加分不超过5分，凡重复的项目，按最高分加分或扣分，不重复计分；争取政策资金情况由市考核办、发改委、财政局等部门评估认定，按好、较好、一般三个层次，分别加5分、3分、1分。

公共责任目标（100分），由市纪委等部门按照《关于印发市直机关公共责任目标考核内容和评分标准的通知》（烟考„2008‟1号）负责考核并计分。具体分工是：市委组织部、市直机关工委负责考核党的建设目标，由市委组织部提供分数；市委宣传部、市直机关工委负责考核精神文明建设目标，由市委宣传部提供分数；市纪委、监察局负责考核廉政建设目标并提供分数；市纪委、监察局、机关建设办公室、行政行为投诉中心、行政审批中心负责考核机关效能建设目标，由市纪委提供分数；市委政法委、信访局负责考核稳定工作目标，分别提供分数；市法制办负责考核依法行政目标并提供分数。各部门要根据考核规定和日常掌握的情况，实事求是地计分，确定为满分的部门数不得超过考核部门总数的30%。对减分的事项，要附书面说明。

社会评价情况（100分），由机关建设办公室依据万人评机关评议结果，同时参考面对面、广播热线、互联网三条渠道听取— 2 —

市民意见等方面情况予以计分。

工作创新创优目标（5分），内获省部级以上综合性表彰的加2分；机关工作创新前20名的项目，根据情况分别按3分、2分、1分计入部门考核总分。

八项重要工作，由市考核办和各牵头部门按分工考核计分。年内被通报批评的，每通报批评一次在考核总分中扣2分。今年对市直部门的考核，增加领导评议内容，由市级领导、法检两长、县市区党政主要领导，对列入考核范围的80个市直部门工作情况进行评议，并按照分类和限额推荐先进集体，评议结果加权处理后，按权重（满分为5分）计入部门考核得分。

按照考核分类，业务工作目标、公共责任目标、社会评价情况三项考核，分别赋予不同的权重。经济管理部门、政法部门、城建部门，三项考核的权重分别为70%、20%、10%；党群人大政协部门、政务综合社会发展部门，三项考核的权重分别为65%、20%、15%。赋予权重后的三项考核得分与领导评议得分、工作创新创优目标得分、八项重要工作考核得分、其它加减分之和，为部门综合得分。

二、市直机关工作人员的考核

考核内容包括德、能、勤、绩、廉五个方面，重点考核工作实绩。考核方法和程序，按《山东省公务员考核实施办法（试行）》等有关规定进行。部门领导班子成员由考核组考核，其他人员由部门考核，领导班子成员要写出述职报告，工作人员要进行个人

总结，并在规定范围内述职和民主评议。

部门领导班子成员的考核等次，由考核组根据民主评议等情况，按下达的优秀限额，征求分管市领导意见，提出初步意见，按管理权限审定。其他人员，由部门按下达的优秀限额确定等次，报市考核办审核。工作人员考核结果与部门考核结果对应确定，评为先进集体的部门，领导班子成员和其他人员的优秀比例分别为30%、20%；不是先进集体的，优秀比例为15%，领导班子成员一般不予奖励表彰；每一类排位后10%的，优秀比例不超过10%，其主要负责人不能确定为优秀等次。凡被通报批评的部门，其主要负责人、分管领导和直接责任人不能确定为优秀等次。

非领导成员公务员的考核奖励，按中组部、人事部《公务员考核规定（试行）》和《公务员奖励规定（试行）》进行，被确定为优秀等次的，当年给予嘉奖；连续三年被确定为优秀等次的，记三等功。部门领导成员的奖励，由市考核领导小组提出初步意见，提交市委常委会研究确定。

批准参照公务员法管理单位中，除工勤人员以外工作人员的考核，按照机关工作人员考核的办法进行。

三、事业单位工作人员的考核

事业单位工作人员的考核工作，按烟人„1996‟147号、烟人„2001‟132号文件进行。其中，县级领导干部由主管部门组织进行民主评议（改任非领导职务的可不参加评议），并提出考核等次初步意见（优秀比例不超过县级干部总数的15%），报— 4 —

市考核办，按管理权限审定。其他人员考核等次由主管部门审定，其中优秀等次人员，按工作人员总数的15%左右确定，并注意掌握好各职务层次、职称层次中不同人员所占的比例。

对考核优秀且成绩突出的工作人员，可视情奖励，种类为嘉奖和记三等功，数量不超过参加考核人数的15%，其中记三等功的不超过3%。主管部门要报送《事业单位奖励计划审批表》，经市考核办核准后，由主管部门表彰。对确定为不合格和实行告诫的人员，要按有关规定进行惩戒。

四、中央、省属驻烟单位和银行机构的考评

对中央、省属驻烟单位，主要考评相关单位对全市经济和社会发展的贡献和服务质量，具体包括工作业绩、工作流程、办事效率和服务满意度等方面情况。各单位填写《中央、省属驻烟单位工作完成情况报告表》，由市级领导、县市区、市直相关部门和部分企事业单位主要领导进行评议，按加权法计算评议对象的综合得分。

对银行机构的考评，由市考核办、金融办根据市委、市政府《关于加快金融业发展的意见》和《烟台市银行经营和管理机构支持地方经济社会发展考核奖励办法》组织考评。五、八项重要工作的考核

城市经济等八项重要工作，由市考核办和各牵头部门按《烟台市2008八项重要工作考核办法》的规定，分级负责、分层考核。各牵头部门由市考核办负责考核，各县市区由市考核办

会同牵头部门负责考核，各责任单位由牵头部门负责考核，按考核结果推荐先进集体和先进个人。完成任务成绩突出的牵头部门和综合得分前5名的县市区获综合奖，每项工作得分前3名的县市区和前10%的责任单位（重点项目含承担任务的法人单位）获单项奖。表彰“八项重要工作先进个人”80名，每项重要工作各10名。

六、“一票否决”事项的考核

市计生委、综治办、环保局、安监局、农业局、经贸委等部门，要分别做好计划生育、社会治安综合治理、环境保护、安全生产、减轻农民负担、节能减排等“一票否决”事项的考核，六部门要提交书面考核报告，提供被否决单位名单及原因。

七、时间安排

市直机关、事业单位的考核和中央、省属驻烟单位的考评工作从12月10日开始，2009年1月20日前结束。

市直各部门要在12月20日前将部门总结（一式二份）、受省部级以上综合表彰情况、争取政策资金情况报市考核办。

中央、省属驻烟单位要在12月15日前将单位工作完成情况报告表（一式二份，同时报电子文档，电子邮箱：rsjkhb@163.com）报市考核办。

市委办、人大办、市府办、政协办、经贸委、国资委、民营经济局等部门，请于12月16日到市考核办领取评议票，并于12月23日前将评议票收齐后返给考核办。

公共责任目标、社会评价情况、重要工作事项、“一票否决”事项考核情况，请于12月30日前报市考核办。

银行机构考评结果、八项重要工作考核结果和各牵头部门的自评报告，请于2009年1月15日前报市考核办。

2009年2月上旬，各部门、各单位要将机关、事业单位工作人员考核、奖励汇总情况报市考核办。考核需要报送的相关表格和填表说明，从“烟台人事编制信息网”中“目标管理考核”栏目下载，所有上报材料一律书面打印并加盖单位公章。

二○○八年十二月九日

主题词：目标

考核

通知 烟台市目标管理考核领导小组办公室

热电偶式传感器论文 篇5

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 (tmin≤t≤tmax) , 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) .

热电偶式传感器论文 篇6

【摘 要】针对玉米颗粒粒径大，在测量时产生的缝隙大，不容易精确测量等问题，本文研究电容法测玉米水分，并设计了电容传感器及直流充放电检测电路，低漂移、测量精度高。从而提高了测量效率，降低损耗。

【关键词】电容式；水分传感器；测量电路

引言

玉米水分含量是影响玉米安全运输、储藏等的主要因素，也是用于饲料、食用及工业中必不可少的测量部分。国内外学者研究多种检测玉米水分的方法，包括电容法、干燥法、化学法、电测法、近红外线法、中子法、核磁共振法、声学法等[1-2]。在诸多玉米水分测量方法中，电容法以其结构简单、成本低、易于在线测量等优点成为水分检测的主要方法。

近年来许多国家的研究人员非常重视玉米水分测量技术的发展，随着玉米水分测量的方法不断产生，先进的水分测量方法和仪器正在被推广和使用。目前，国内对于测量水分的方法和测量系统处于刚开始的阶段，主要是从理论上对水分测量系统进行分析。近几年来，出现各种转换电路的谷物水分测量系统，由于采用的转换电路的不同，测量出来的水分也有区别。另外，国内专门对玉米水分检测的仪器几乎没有，而影响玉米水分的因素有种类、空隙、温度、转换电路的电压差、容积密度、环境的相对湿度[3]，还有操作人员的操作方法等，而目前的水分检测系统虽然能够检测玉米的水分，但是大部分都没有充分考虑这些因素，导致检测精度不是很理想、重复率不高。

1.电容式水分传感器

1.1圆柱形电容传感器

结构图如图1所示，由内外两个同轴电极组成。

2.直流充放电测量电路

电容式传感器把被测玉米水分的变化转换成电路参数电容的变化[6]，而电容值以及电容变化值都十分微小，为了使这一微小电容增量能被传输、放大、运算、处理、指示、记录和控制，得到所需的测量结果即玉米水分值，还需用测量电路将电路参数进一步转换成电压、电流、频率等参数。测量电路包括调制型电路和脉冲型电路。直流充放电检测电路具有低漂移，可自动检测，测量精度高，开关工作频率高，几乎不受被测电容的漏电阻的影响等优点。

如图2所示为原理，由一个周期为的对称方波时钟脉冲来决定两个CMOS开关和的接通和断开。

当对称方波时钟脉冲为高电平时通断，电源对传感器电容充电，充电时间为，当对称方波时钟脉冲为低电平时断通，传感器电容上的电荷释放，因为传感器电容一端接地，另一端接放大器的反相端，传感器电容上的电荷全部释放掉，在时钟脉冲的控制下，充放电过程也是以周期重复进行。因而平均电流为：

3.结语

根据电容法测量玉米水分的原理，设计圆柱形电容式水分传感器，对其结构进行优化设计，详细分析传感器电容值的计算方法以及电容值与玉米水分之间的关系，得出电容值的变化与水分的变化呈线性关系，设计的电容式传感器理论上可行，由于电容值和变化值很小，又详细分析直流充放电检测电路的工作原理、输出量与输入电容之间的关系具有低漂移、测量精度高等优点。

参考文献：

[1]Mahmoud Soltani.Use of dielectic properties in quality measurement of agricultural products[J].Nature and Science，2011，9（4），57-60.

[2]康忠伟.基于时域传输技术的谷物含水率测试技术研究[D].黑龙江八一农垦大学，2011：2，100-105.

[3]刘嫣红，毛志怀，杨柳.电容式谷物水分传感器测量的影响因素研究[J].中国科技论文在线，2008：1-7.

[4]杨荣辉.电容式粮食水分仪的研究[D].沈阳工业大学，2003：9-10.

[5]翟宝峰，白媛.电容式粮食水分检测仪的设计[J].辽宁工学院学报，2003，3（1）：34-35.

[6]付鹤翔.基于单片机的便携式粮食水分测定仪的研究[D].西北农林科技大学，2011：19-20.

基金项目：

山东协和学院科技计划项目（编号：XHXY201508）；山东省软科学研究计划项目（编号：2015RKB01370）。

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