热电偶动态响应特性分析

发布时间：2020-06-30 20:52

【摘要】：温度传感器具有性能稳定、体积小、测温范围广等优点,常用于测量工业领域中的温度。在温度传感器中,热电偶较为常见,使用范围较广,具有很大的研究价值,因此本文选用热电偶并对其动态响应特性进行分析。热电偶的动态响应特性代表热电偶跟踪温度变化的能力,分析热电偶的动态响应特性具有重要意义。热电偶的动态响应特性会受到很多因素的影响,很难仅仅用理论概述或实验测试准确分析热电偶的动态响应特性。因此,通过理论分析与实验分析相结合的方式分析热电偶的动态响应特性具有重要研究价值。本文设计了一种热电偶动态响应实验系统,包括热电偶、对射式光电传感器、加热装置(恒温槽,工业热风枪)、隔热板、数据采集卡、计算机,选用裸露式热电偶与铠装热电偶各一种,实验过程中,由数据采集卡采集两种热电偶的温度数据与对应时刻的数据,以及对射式光电传感器的电压数据与对应时刻的数据,通过温度实时跟踪程序记录下来,并得到了两种热电偶的时间常数。为了进一步地分析两种热电偶的动态响应特性,首先通过理论分析得到了两种热电偶传递函数的结构,之后对两种热电偶进行正负交替的阶跃温度激励,通过得到的实验数据与两种热电偶传递函数的结构对两种热电偶传递函数的参数进行了辨识。为了使模型接近真实,进行合理猜想,对两种热电偶传递函数的结构进行了改进,并重新对两种热电偶传递函数的参数进行了辨识。结果表明,通过带ARMA噪声干扰的一阶惯性延时系统模型结构得到的最终传递函数可以更加准确地描述该系统下两种热电偶的实测温度随时间的变化规律。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH811
【图文】：

原理图,热电偶测温,原理图,参比

不同的导体 A，B 连接形成闭合回路，当两接点的温度不同感应电动势[35]，这就是热电偶的测温原理。其中直接测量温，另外一端为参比端，若测量端温度为 T，参比端温度为 T0，产生电动式 EAB(T，T0)，这种现象称为热电效应，EAB(T，T0电势的大小与 T-T0有关，根据热电偶回路热电势的分布理论dtNNETTTT BAAB00lneK（，） )中，K 为玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/℃；e 为单位电荷；N A 的热电级与导体 B 的热电级在温度 T0到 T 时刻的电子密度Ｂ材料已知，则 NA/NB已知，式(2-1)经过积分运算得到如下（，）（）（）AB0ABAB0E TT ET-ET(2-2)，热电偶的热电势等于热电偶测量端温度 T 与参比端温差，热电偶测温原理如图 2.1。

示意图,热传导,单位,示意图

图 2.2 平面壁热传导示意图 Rtt/λAttttΦλA121212 / ttAΦq12 -4)中，Φ为热流量，单位 W；λ为材料的热导率，单位为 m2；δ为平面壁厚度，单位为 m；t1，t2，单位为℃；q 为热流密度，单位为 W/m2；R流换热，有牛顿冷却公式：hfffRtt/AhttΦAhtt 1( )()fq ht t-6)中，A 为接触面积，单位为 m2；h 为对流

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