第8章---热电式传感器.pptVIP

回路总电势为: Ec=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)=EAB(T,T0) 上式证明了回路中总电势等于EAB(T,T0)，相当于冷端直接延伸到了温度为T0处，但并不能消除冷端温度不为0℃时产生的影响，应用前面介绍的修正方法把冷端修正到0℃。 B′ A B T T0 TN TN A′ 8.2 热电偶 热电式传感器 2、热电偶的热电势 经研究发现，热电势实际上由接触电势和温差电势组成。 由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。 (1) 接触电动势 8.2 热电偶 热电式传感器 其大小可表示为： 式中：K—波尔兹曼常数，K＝1.38×10-23 e —电子电荷量 e = 1.6×10-19C NA(NB)为A(B)材料的自由电子密度。 A B T0 T 接触电势 8.2 热电偶 热电式传感器 同一导体中的，如果两端温度不同，在两端间会产生电动势，即产生单一导体的温差电动势，这是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小与导体的性质和两端的温差有关。 (2) 温差电势 8.2 热电偶 热电式传感器 σA— A材料的汤姆逊系数。 （表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势 ） A B T0 T 温差电势 T T0 8.2 热电偶 热电式传感器 (3) 回路总电势 由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势： T0 T eAB(T) eAB(T0) eA(T,T0) eB(T,T0) A B NAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度； σA 、 σB——导体A和B的汤姆逊系数。 8.2 热电偶 热电式传感器 两热电极相同时，总电动势为? 两接点温度相同时，总电动势为? 结论：热电偶必须采用两种不同材料作为热电极，热电偶的热端和冷端必须具有不同的温度。 均为0 T0 T eAB(T) eAB(T0) eA(T,T0) eB(T,T0) A B (3) 回路总电势 8.2 热电偶 热电式传感器 1、中间导体定律 二、热电偶的基本定律 将由A、B两种导体组成的热电偶的冷端（T0端）断开而接入的三种导体C后，只要冷、热端的T0 、T 保持不变，则回路的总热电势不变。 B T0 T A B T0 T T0 A C 8.2 热电偶 热电式传感器 T T0 A B T0 T T0 C a b 8.2 热电偶 热电式传感器 推导过程 此定律具有特别重要的实用意义，因为用热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料)，根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(T0 )仪表的入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法也可以是任意的。 8.2 热电偶 热电式传感器 2、参考电极定律（标准电极定律） B T0 T A C T0 T A B T0 T C 如果两种导体A、B分别与第三种导体C所组成的热电偶所产生的热电势是已知的，则这两种导体所组成的热电偶的热电势也是已知的，且 根据此定律，可以便于给出所有热电偶材料的有关参数，方便热电偶电极的选配。 热电式传感器 8.2 热电偶 证明： B T0 T A C T0 T A B T0 T C 8.2 热电偶 热电式传感器 3、中间温度定律 B T0 T A B T1 T A B T0 T1 A 这是中间温度定律，因为热电势与两个结的温度有关，要测得某一结所处的温度，则另一个结必须0℃，而实际上这样的条件是难办到的；但只要测得 （E表示热电势，A、B表示两种不同金属，T、T1表示两个结处在T、T1温度下），并且可测得T1，则 可以查表确定，用 与 的和，便可确定T处温度。 8.2 热电偶 热电式传感器 对电极材料的要求： 在同样的温差