第5章 热电式传感器.pptVIP

2002/12总结 第5章 热电式传感器 第5章 热电式传感器 5.1热电阻 5.2热电偶 5.3热敏电阻 本章要点 5.1 热电阻 5.1.1 热电阻的材料及工作原理 铂电阻: 精度高，稳定性好，性能可靠。 铜电阻: 铂是贵金属，价格昂贵，因此在测温范围比较小(-50～+150℃)的情况下，可采用铜制成的测温电阻，称铜电阻。 铁电阻和镍电阻铁和镍: 这两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小，灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。 5.1.1 热电阻的材料及工作原理 工作原理: 利用金属导体和半导体的电阻率随温度变化。 其中，α为热电阻的电阻温度系数；Ri，R0分别为热电阻在tOC和0OC时的电阻值。一般有50或100欧姆。 电阻温度系数：一般是温度的函数，只有在一定的范围内是线性的——测量范围。a大(纯金属),热电阻的灵敏度高。 5.1.1 热电阻的材料及工作原理 举例： 铂：铂的物理、化学性能非常稳定，是最好材料。 铜：铜易于氧化，适于50℃——150℃范围内的没有水分及无侵蚀性介质中的温度测量多用于工业电阻温度计。 5.1.2 测量电路 热电阻温度计最常用的测量电路是电桥电路,分二线制，三线制和四线制。 一、二线制： 特点：引线电阻Rw产生误差。 5.1.2 测量电路 二、三线制： 特点：可以消除引线电阻Rw产生误差。 5.1.2 测量电路 三、四线制（形式1）： 特点：可以消除引线电阻Rw产生误差。 5.1.2 测量电路 三、四线制（形式2） ： 特点：可以消除引线电阻Rw产生误差。 5.2 热电偶 热电偶作为敏感元件优点为： ①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的； ②具有较高的准确度 ； ③测量范围宽，常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可以达到1600℃左右，配用特殊材料的热电极，最低可测到-180℃，最高可达到+2800℃的温度； ④具有良好的敏感度； ⑤使用方便等。 5.2 热电偶 热电偶的工作原理 热电偶基本规律 热电偶材料、常用热电偶的种类与结构 热电偶参考端温度 热电偶测温电路 5.2.1 热电偶的工作原理 热电效应或塞贝克效应 ： 相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。回路中产生的电流称为热电流，导体A、B称为热电极。测温时结点1置于被测的温度场中，称为测量端(工作端、热端)；结点2一般处在某一恒定温度，称为参考端(自由端、冷端)。由这两种导体的组合并将温度转换成热电势的传感器称为热电偶。 5.2.1 热电偶的工作原理 5.2.1 热电偶的工作原理 5.2.1 热电偶的工作原理 2、接触电势（Peltier——珀尔帖效应） 现象：不同种金属处于某种温度下，金属的接触点产生电势差。 原因：不同种金属内部电子浓度不同，引起电子扩散，漂移。 极性：密度大(+)，密度小(-)。 表示： 5.2.1 热电偶的工作原理 条件： 两种不同金属； 组成闭合回路； 两接触点处于不同的温度下(如果不满足?)。 计算（统计理论）： 5.2.1 热电偶的工作原理 注意事项： NA(t) 和 NB(t)不能准确得到，回路热电势EAB(T,T0)无法直接计算——实验的方法确定(查分度表)。 回路热电势EAB(T,T0)的极性，以高温端为正。 EAB(T,T0) ≈ EAB(T) - EAB(T0) 。(因为EAB(T) EA(T,T0),即接触电势温差电势)。 符号约定： NA(T) NB(T)，即 A为正，B为负。T为测量端，T0为参比端。且有 EAB(T,T0)=- EBA(T,T0) =- EAB(T0, T) 。 5.2.2 热电偶基本规律 均匀导体定律 中间温度定律 中间导体定律 参考电极定律 连接导体定律 5.2.2 热电偶基本规律 均匀导体定律 由同一导电物质(导体或半导体)组成的闭合回路，不论其长短、截面如何，各点的温度是否均匀，回路都不产生热电势。 5.2.2 热电偶基本规律 中间温度定律 定律：热电偶在接点温度为T, To时的