第8章热电式传感器（课件）- 《传感器与检测技术（第4版）》同步教学（机工版）

第8章 热电式传感器 8.1 热电偶传感器 8.2 热电阻传感器 8.3 热敏电阻传感器 知识单元与知识点 热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端（热端）、自由端（冷端）、分度表等概念； 热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路； 热电阻（铂热电阻、铜热电阻）的温度特性、测量电路（两线制、三线制、四线制）； 热敏电阻的温度特性； 热电偶、热电阻和热敏电阻的应用。 能力点 深入理解热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端（热端）、自由端（冷端）、分度表等概念； 理解热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路； 理解热电阻（铂热电阻、铜热电阻）的温度特性、测量电路（两线制、三线制、四线制）； 会使用热电偶、热电阻的分度表； 理解热敏电阻的温度特性； 了解热电偶、热电阻和热敏电阻的应用。 重难点 重点：基本概念；热电偶的测温原理、基本定律、冷端温度补偿方法、实用测温电路；热电阻的温度特性、测量电路；热敏电阻的温度特性。 难点：热电偶的种类及冷端温度补偿方法。 学习要求 熟练掌握热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端（热端）、自由端（冷端）、分度表等概念； 掌握热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路； 掌握热电阻（铂热电阻、铜热电阻）的温度特性、测量电路（两线制、三线制、四线制）； 掌握热电偶、热电阻的度表的使用方法； 掌握热敏电阻的温度特性； 了解热电偶、热电阻和热敏电阻的应用。 8.1 热电偶传感器 1. 热电偶测温原理 热电效应：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。 热电势、热电偶、热电极 热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端） 热电偶回路： 接触电动势（两种导体） 接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。 两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为 含义：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。 含义：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。 大小表示： 温差电动势（单一导体） 机理：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。 热电偶回路中产生的总热电势 eAB(T, T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0) 忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：   影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关 两热电极相同时，总电动势为0 两接点温度相同时，总电动势为0 对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即 可见：只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。 讨论 交流与微思考：相比接触电动势而言，温差电动势很小，对测温有何好处？  热电偶的分度表 不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。 供查阅使用，每10℃分档 。中间值按内插法计算。 S型(铂铑10-铂)热电偶分度表 在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。 中间导体定律 如何证明？（三种方法） 2. 热电偶基本定律 例：测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路 利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。 中间导体定律的应用 中间温度定律 eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0) 在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势eAB(t, tc)和eAB(tc, t0)的代数和，即 中间温度定律的应用 根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据