热电偶传感器.ppt

第1页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理热电偶测温是基于热电效应原理，热电效应的基本原理是：两种不同材料的导体（或半导体）紧密结合，组成一个闭合回路，当两接点温度T和To不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。其电动势由接触电势（珀尔帖电势）和温差电势（汤姆逊电势）两部分组成。如图所示的回路中，导体A或B称为热电偶的热电极或热偶丝。热电偶有两个接点，置于温度T的接点称为热端（测量端或工作端），而温度为的另一接点称为冷端（参考端或自由端）。图4-1第2页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理接触电动势当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。如图所示。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。在温度为T时，两接点的接触电动势可表示为：4.1.1热电势图4-2第3页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理2.温差电动势对于单金属，如两端的温度不同，同一导体的两端会产生一种电动势称为温差电势。原理是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。其大小与金属材料的性质和两端的温差有关，温差电势可表示为：4.1.1热电势由A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为：图4-3第4页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理3.总电势热电偶回路中产生的总热电势是由接触电势和温差电势组成，有：4.1.1热电势第5页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理3.总电势由接触电势和温差电势的公式，可以得出如下结论：(1)如果热电偶两电极的材料相同，即，，虽然两端温度不同，但闭合回路的总热电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料做电极；(2)如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即，闭合回路中也不产生热电势。对于已选定的热电偶，当参考端温度To恒定时，为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即：4.1.1热电势，由此可见：只要测出的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理第6页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理4.热电偶的分度表目前用于不同用途的热电偶材料已经有很多种，但其中应用广泛的不过几种类型。它们已经形成了标准化热电偶。标准化热电偶按IEC国际标准生产。热电偶的分度号主要有S、R、B、N、K、E、J、T八种，其中S、R、B是由铂和铂铑合金制成，属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T是由镍、铬、硅等金属的合金制成，属于廉金属热电偶。4.1.1热电势，第7页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理5.热电偶的特点（1）温度测量范围宽常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-270℃(如金铁镍铬)，最高可达2800℃(如钨-铼)。（2）精度高、性能稳定因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。所以热电偶可以实现较高精度的温度测量。（3）构造简单，使用方便热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受金属丝尺寸的限制，外有保护套管，用起来非常方便。测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。（4）可以远程测量热电偶是将温度信号转换为电压信号，所以可以实现信号的远距离传输，可以对信号放大和转换，这在实际应用中是很重要的。4.1.1热电势，第8页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理原理性的热电偶是由两种材料组成的闭合回路，但在实际应用中，需要引入测量电动势的仪表，并将仪表引到较远的位置，这就需要通过以下几个定律实现实际的应用。又由于测量的温度值是测量端和自由端的温度差，在计算测量端温度时，需要考虑自由端相应的热电势值。4.1.2热电偶基本定律，第9页，共30页，星期日，2025年，2月5日4.1基本原理1.中间导体定律设在热电偶测温回路内，在图4-1的To处断开，接入第三种导体C，接入第三种导体，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，如图4-4所示。4.1.2