2.1热电偶传感器测量温度（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

学 习 目 标 技能目标 能熟练使用热电偶传感器进行温度测量 能熟练使用热电阻传感器进行温度测量 知识目标 掌握热电偶的工作原理、常用的两个基本定律 熟悉工业热电偶的种类和几种常用热电偶的特性 掌握热电偶温度补偿原理及常用补偿方法 掌握常用铂、铜热电阻的特性和热电阻传感器的三线制接法 熟悉半导体热敏电阻的特性及典型应用 了解红外传感器测温知识 项目2 温度测量 热电偶传感器 任务1 热电偶传感器测量温度 热电偶温度传感器将被测温度转化为mV级热电动势信号输出，属于自发电型传感器，测温范围为270～1 800℃。测温时需将热电偶通过连接导线与显示仪表相连接组成测温系统，实现远距离温度自动测量、显示、记录、报警和控制等，图2.1所示的温度检测系统应用非常广泛。 2.1.1 热电偶工作原理 知识链接 图2.1 热电偶测温系统示意图 1．热电效应 将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，如图2.2所示，当两个接点分别置于不同温度t、t0（t > t0）中时，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。两种导体称为热电极，所组成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端和冷端。 热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。 （1）接触电动势 当A、B两种不同导体接触时，由于两者电子密度不同（设NA>NB），从A扩散到B的电子数要比从B扩散到A的电子数多，于是在A、B接触面上形成了一个由A到B的静电场。该静电场的作用一方面阻碍了A导体电子的扩散运动，同时对B导体电子的扩散运动起促进作用，最后达到动态平衡状态。这时A、B接触面所形成的电位差称为接触电动势，其大小分别用eAB(t)、eAB(t0)表示。 接触电动势的大小与接点处温度高低和导体的电子密度有关。温度越高，接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。 （2）温差电动势 将一根导体的两端分别置于不同的温度t、t0（t > t0）中时，由于导体热端的自由电子具有较大的动能，使得从热端扩散到冷端的电子数比从冷端扩散到热端的多，于是在导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。与接触电势形成原理相同，在导体两端产生了温差电动势，分别用eA(t，t0)、eB(t，t0)表示。 t t0 _ + + + + + + + - - - - - - - eA(t，t0) t＞t0 温差电动势的大小与导体的电子密度及两端温度有关。 2．热电偶回路总热电动势 热电偶回路的总热电动势包括两个接触电动势和两个温差电动势。 EAB(t，t0)=eAB(t)–eAB(t0)–eA(t，t0)+eB(t，t0) EAB(t, t0) 由于热电偶的接触电动势远远大于温差电动势，且t > t0，所以总热电动势的方向取决于eAB(t)，故式（2.1）可以写为 EAB(t，t0)=eAB(t)  eAB(t0) （2.2） 热电动势的大小与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关。热电偶回路中导体电子密度大的称为正极，所以A为正极，B为负极。 当热电偶两电极材料确定后，热电动势便是两接点温度t和t0的函数差，即 EAB(t, t0) = f(t)  f(t0) （2.3） 如果使冷端温度t0保持不变，热电动势就成为热端温度t的单一函数，即 EAB(t, t0) = f(t)  C = (t) （2.4） 当冷端温度t0恒定时，热电偶产生的热电动势只与热端的温度有关。 热电偶的几个结论： ① 热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。 ② 若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。 ③ 热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关。 1．中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体和原导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 2.1.2 热电偶的基本定律 2．中间温度定律