7.3 热电式传感器的应用
热电式传感器最直接的应用是测量温度。本节介绍其他几种典型应用。
7.3.1 测量管道流量
应用热敏电阻测量管道流量的工作原理如图7-17所示。Rt1和Rt2为热敏电阻，Rt1放入被测流量管道中；Rt2放入不受流体流速影响的容器内，R1和R2为一般电阻，四个电阻组成桥路。
当流体静止时，电桥处于平衡状态，电流计A上设有指示。当流体流动时，Rt1上的热量被带走。Rt1因温度变化引起阻值变化，电桥失去平衡，电流计出现示数，其值与流体流速v成正比。
图7-17 测量管道流量示意图
7.3.2 热电式继电器
图7-18是一种应用热敏电阻组成的电机过热保护线路。三只特性相同的负温度系数热敏电阻串联在一起，固定在电机三相绕组附近。
图7-18 热电式继电器
当电机正常运行时绕组温度较低，热敏电阻阻值较高，三极管不导通，继电器J不吸合。当电机过载或其中一相与地短路时，电机绕组温度剧增，热敏电阻阻值相应减小，三极管导通，继电器J吸合，电机电路被断开，起到过热保护作用。
图7-19 气体成分分析室结构
7.3.3 气体成分分析仪
气体成分分析室结构如图7-19所示。它是一个圆柱形装置，轴心上装有一根通有恒电流的电阻丝。在分析室的结构形式、几何尺寸、材料均一定的前提下，电阻丝最后达到的平衡温度取决于分析室内气体的导热系数。气体的导热系数与气体成分的浓度有关，对于相互不发生化学反应的混合气体，其导热系数为各气体导热系数的平均值，即
式中，λC——混合气体的导热系数；
λi、ni——第i种气体的导热系数与百分数含量。
设导热系数为λ1和λ2的两种气体混合，λ1气体的百分数含量为a，则由式（7-27）可得
λC＝λ1a＋λ2（1-a） （7-28）
由式（7-28）可知，若λ1、λ2已知，只要测出λC，就可获得两种气体的百分数含量。
大量实验和理论计算表明，电阻丝阻值与被分析气体含量之间，在一定范围内呈线性关系。通过测量电阻丝阻值，就可间接求取被分析气体的百分数含量。要实现这一点，应使其他形式的热耗散尽量减少或固定不变。
图7-20为气体成分分析仪示意图。它主要由四个外壳用相同材料制成的分析室组成。分析室RK1和RK2为参考室，室内充入洁净的空气，另外两个分析室内充入被分析的混合气体，四个分析室组成桥路。
工作时先将洁净空气通入分析室，使电桥达到平衡，而后使被测混合气体进入分析室，电桥失去平衡，其不平衡输出是混合气体成分的函数。
图7-20 气体成分分析仪
7.3.4 金属材质鉴别仪
热电式金属材质鉴别仪是一种利用热电效应设计的无损检测装置。
由式（7-9）可知，温差电势与导体材料和两端温度有关，因为该电势很小，可以认为温差系数仅与导体材料性质有关，因而式（7-9）可改写为
式（7-10）可简化为
图7-21 热电式金属材质鉴别仪
图7-21为热电式金属材质鉴别仪结构示意图。它的两个电极由相同材料制成，其中一个电极被均匀加热。当被测金属与两电极接触时形成两组热电回路:一组由被测金属与铜电极组成的热电回路；另一组由康铜与铜线组成的热电回路。由于电极均匀加热，绝缘物又具有良好的导热性，因而两组热电回路具有相同的接点温度（T，T0），其相应电势为
式中，σA′——铜的温差系数；
NA′——铜的自由电子密度；
σK、σX——康铜与被测金属的温差系数；
NK、NX——康铜与被测金属的自由电子密度。
设两组热电回路电势的比值为Y，则得
可见，Y值只随被测金属σX值和NX值变化，温度变化对Y值基本没有影响。
热电式金属材质鉴别仪的优点是结构简单，不受被测金属形状、大小的限制。不足之处为被测金属表面镀层会影响鉴别结果。
习题与思考题
7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？
7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？
7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？
7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？
7-7 用镍铬-镍硅热电偶测得介质温度为800℃，若参考端温度为25℃，问介质的实际温度为多少？
7-8 热电式传感器除了用来测量温度外，是否还能用来测量其他量？举例说明之。
7-9实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器，今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300～400℃，要求精度达±2℃，问应选用哪一种？为什么？
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
