任务5 热电偶传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（重庆大学版）

任务5 热电偶传感器 任务导航 在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。热电式传感器是一种将温度转换为电量变化的装置。其中，热电偶应用极为广泛，具有结构简单，制造方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。其中将温度转换为热电势变化的称为热电偶传感器。。 学习目标 1.知识目标 （1）掌握热电偶的工作原理及特点； （2）掌握热电偶的测温电路； （3）了解热电偶传感器的分类及应用； （4）理解热电偶的材料、结构及种类。 2.能力目标 （1）会正确操作传感器与检测技术综合实验台； （2）会对实验数据进行分析； （3）按操作规程进行操作，具有安全操作意识； （4）会计算传感器的非线性误差及灵敏度； （5）能够正确按照电路要求对热电偶传感器模块等进行正确接线，并调试； （6）完成实验报告。 5.1 热电偶工作原理 5.1.1 热电偶工作原理 1．热电效应 将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，当闭合回路的两个接点分别置于不同温度场中时，回路中将产生一个电动势。这种现象被称为“热电效应”。两种导体组成的回路被称为“热电偶”，这两种导体被称为“热电极”，产生的电动势则被称为“热电动势”。热电偶的两个工作端分别被称为热端和冷端。 图5.1 热电偶回路 2．接触电动势 当A和B两种不同材料的导体接触时，在A与B两导体的接触处产生的电位差，称为接触电动势。 eAB(t) =UA(t)-UB(t) eAB(t0) =UA(t0)-UB(t0) 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。 3．温差电动势 ， 若将导体A或B的两端分别置于不同的温度场t、t0中（t > t0），在导体两端便产生了电位差，将该电位差称为温差电动势。 eA (t，t0) =UA(t)-UA(t0) eB(t，t0) =UB(t)-UB(t0) 温差电动势的大小与导体的电子密度及两端温度有关。 4．热电偶回路的总电势 热电偶回路的总电势为 EAB(t，t0)=eAB(t)–eAB(t0)–eA(t，t0)–eB(t，t0) 一般地，在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势，所以温差电动势可以忽略不计 EAB(t，t0)=eAB(t)-eAB(t0) 热电偶回路中热电势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度为t和t0时的函数差，即 EAB(t，t0)=f(t)-f(t0) 如果使冷端温度t0保持不变，则热电动势便成为热端温度t的单一函数，即 EAB(t，t0)=f(t)-C=φ(t) 用实验方法求取这个函数关系。通常令t0=0℃，然后在不同的温差（t - t0）情况下，精确地测定出回路总热电动势，并将所测得的结果列成表格（称为热电偶分度表），供使用时查阅。 5.1.2 热电偶的基本定律 1．均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电势均为零。 2．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。 3．标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。 4．中间温度定律 热电偶在两接点温度t、t0 时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。 EAB（t，t0）= EAB（t，tn）+ EAB（tn，t0） 5.2 热电偶的材料、结构及种类 5.2.1 热电