第6章 热电式传感器 《传感器技术知识与应用》课件.pptVIP

2018-5-25 1 第6章 热电式传感器 2018-5-25 2 引言 热电式传感器就是一种能将温度变化转换为电量变化的装置，它是利用敏感元件的电参数随温度变化的特性来达到测量的目的。本章主要介绍热电偶、热电阻和热敏电阻传感器的原理、测量电路及其应用。 2018-5-25 3 6.1.1 热电偶 1．热电效应 热电效应就是把两种不同的导体或半导体（A和B）串接成一个闭合回路，如果两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点之间便产生电动势，从而在回路中便形成了电流的现象。由此效应产生的电动势，通常称为热电动势。 1821年由Seeback发现的，故又称为赛贝克效应。 6.1 热电偶传感器 2018-5-25 4 6.1.1 热电偶 2018-5-25 5 热电势由两部分组成 两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个称为参考端（自由端或冷端）。 一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的温差电势。 2018-5-25 8 形成机理 该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。 2018-5-25 9 接触电势大小 2018-5-25 10 3．温差电动势 温差电动势是同一导体（热电极）的两端因其温度不同而产生的一种电动势。由于温度不同，低温端的电子数会比高温端的电子数多，结果高温端因少出电子而带正电， 低温端因多出电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。其大小可表示为 和 2018-5-25 11 4．热电偶的电势 设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，热电偶回路所产生的总电动势， 热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略 温差电动势，热电偶的热电势可表示为， 2018-5-25 12 结论 （1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总电势为0。 （2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为0。 （3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两结点电势差。 （4）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。 2018-5-25 13 6.1.2 热电偶结构及种类 1热电偶的基本结构形式 2热电偶材料 3常用热电偶 2018-5-25 14 1.热电偶的基本结构形式 热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。 热电偶的种类虽然很多，但通常由金属热电极、绝缘子、保护套管及接线装置等部分组成。 2018-5-25 15 普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。 普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。 普通型热电偶结构图 2018-5-25 16 普通装配型热电偶的外形 安装螺纹 安装法兰 2018-5-25 17 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 2018-5-25 18 铠装型热电偶 铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体 . 它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装型热电偶的主要优点是测温端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上，因此被广泛用在许多工业部门中。 2018-5-25 19 铠装型热电偶结构 1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极 2018-5-25 20 铠装型热电偶外形 法兰 薄壁金属 保护套管（铠体） 铠装型热电偶横截面 2018-5-25 21 薄膜热电偶 用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又薄（厚度可达0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快，可用于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。 其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀在被测表面上等3种。所用的电极