第8章 热电式传感器（课件）- 《传感器检测技术》同步教学（机工版）

传感器与检测技术 第五章　 热电式传感器 8.1 热电偶传感器 认识热电偶 普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒 引出线套管 固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端） 不锈钢保护管 8.1 热电偶传感器 8.1 热电偶传感器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8.1 热电偶传感器 8.1.1 热电偶的工作原理 两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即接触电势和温差电势。 热端（测量端或工作端） 冷端（参考端或自由端） 8.1 热电偶传感器 1、接触电势 接触电势原理图 + A B T eAB(T) - 接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。 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。 e：单位电荷；k：波尔兹曼常数； 8.1 热电偶传感器 2、温差电势 同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。 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。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8.1 热电偶传感器 3、回路总电势 eAB(T, T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0) 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8.1 热电偶传感器 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：   8.1 热电偶传感器 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。 8.1 热电偶传感器 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。 热电偶分度表 tM—— 被测温度值 tH —— 较高的温度值 tL—— 较低的温度值 EM、EH、EL—— 分别为温度tM 、tH 、tL对应的热电势 S型(铂铑10-铂)热电偶分度表 8.1 热电偶传感器 4、热电偶基本定律 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 应用：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。 8.1 热电偶传感器 测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路 8.1 热电偶传感器 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 8.1 热电偶传感器 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。在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。 8.1 热电偶传感器 标准导体（电极）定律 标准导体 8.1 热电偶传感器 通常选用高纯铂丝作标准电极 只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来 例子： 热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为－4.0mV，则镍铬和考