第 ５ 章 　温 度 传 感 器（课件）- 《传传感器与检测技术》同步教学（北京理工版）

第 ５ 章 　温 度 传 感 器 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 ５.２　热 电 阻 温 度 传 感 器 返回 1 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 ５.１.１　热 电 偶 的 工 作 原 理 两 种 不 同 性 质 的 金 属 导 体 Ａ 与 Ｂ 串 接 成 一 个 闭 合 回路 ， 如 图 ５ －１ 所 示 ， 如 果 两 个 结 合 点 存 在 温 差 （ ｔ ＞ ｔ ０ ） ，则 在 两 个 导 体 之 间 产 生 电 动 势 ， 并 且 在 回 路 中 有 一 定 大 小的 电 流 产 生 ， 这 种 现 象 称 为 热 电 效 应 。 回 路 中 的 电 动 势 称为 热 电 势 ， 该 电 势 由 两 种 导 体 的 接 触 电 势 和 单 一 导 体 的 温 差 电 势 组 成 。 两 个 端 点 中 一 个 称 为工 作 端 或 热 端 （ ｔ） ， 另 一 个 称 为 参 考 端 或 冷 端 （ ｔ ０ ） ， 这 种 由 两 个 导 体 组 成 并 将 温 度 信 号 转换 为 电 动 势 的 传 感 器 称 为 热 电 偶 温 度 传 感 器 。 下一页 返回 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 １.接 触 电 动 势 当 两 种 不 同 电 子 密 度 的 金 属 接 触 在 一 起 时 ， 在 两 金 属 接 触 处 会 产 生 自 由 电 子 的 扩 散 现象 。 如 图 ５ －２ 所 示 ， 电 子 将 从 密 度 大 的 Ａ 金 属 扩 散 到 密 度 小 的 Ｂ 金 属 ， 使 Ａ 金 属 失 去 电 子带 正 电 ， Ｂ 金 属 得 到 电 子 带 负 电 。 从 而 在 接 点 处 形 成 一 个 电 场 ， 此 电 场 又 阻 止 电 子 扩 散 ， 当电 场 作 用 和 扩 散 作 用 动 态 平 衡 时 ， 在 两 种 不 同 金 属 的 接 触 处 就 产 生 电 动 势 ， 该 电 动 势 称 为 接触 电 动 势 。 电 动 势 的 大 小 由 接 点 温 度 和 两 种 金 属 的 特 性 所 决 定 。 接 触 电 动 势 的 数 值 （ 不 同 温 度 值 ｔ 和 ｔ ０ 下 的 接 触 电 动 势 ） ： 上一页 下一页 返回 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 回 路 总 接 触 电 动 势 ： （ 两 个 接 触 电 动 势 的 差 值 ） ２.温 差 电 动 势 对 于 一 根 均 质 的 金 属 导 体 ， 如 果 两 端 温 度 不 同 ， 分 别 为 ｔ、 ｔ ０ （ ｔ ＞ ｔ ０ ） ， 则 在 金 属 导 体 两端 也 会 产 生 电 动 势 Ｅ Ａ （ ｔ， ｔ ０ ） ， 这 个 电 动 势 叫 作 单 一 导 体 的 温 差 电 动 势 ， 也 称 汤 姆 逊 电 动 势 ，温 差 电 动 势 如 图 ５ －３ 所 示 。 上一页 下一页 返回 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 ５.１.２　热 电 偶 的 基 本 定 律 １.均 质 导 体 定 律 两 种 均 质 金 属 组 成 的 热 电 偶 的 电 动 势 大 小 与 热 电 极 的 直 径 、 长 度 及 沿 热 电 极 长 度 方 向 上的 温 度 分 布 无 关 ， 只 与 热 电 极 材 料 和 温 度 有 关 。 而 由 同 一 种 均 质 材 料 （ 导 体 或 半 导 体 ） 两端 焊 接 组 成 的 闭 合 回 路 ， 无 论 导 体 截 面 如 何 以 及 温 度 分 布 如 何 ， 将 不 产 生 接 触 电 动 势 ， 而 温差 电 动 势 相 抵 消 ， 回 路 中 总 电 动 势 为 零 ， 这 个 定 律 称 为 均 质 导 体 定 律 。 如 果 材 质 不 均 匀 ， 则当 热 电 极 上 各 处 温 度 不 同 时 ， 由 于 温 度 梯 度 的 存 在 ， 将 产 生 附 加 热 电 动 势 ， 造 成 测 量 误 差 。热 电 偶 必 须 由 两 种 不 同 的 均 质 导 体 或 半 导 体 构 成 。 上一页 下一页 返回 ５.１　热 电 偶 温 度 传 感 器 ２.中 间 导 体 定 律 在 热 电 偶 回 路 中 插 入 第 三 种 （ 或 多 种 ） 均 质 材料 ， 只 要 所 插 入 的 材 料 两 端 接 点 温 度 相 同 ， 则 所 插 入的 第 三 种 材 料 不 影 响 原 回 路 中 的 总 热 电 动 势 ， 这 个 定律 称 为 中 间 导 体 定 律 ， 如 图 ５ － ４ 所 示 。 根 据 这 个 定律 ， 就 可 采 取 任 何 方 式 来 焊 接 导 线 ， 可 以 将