第8章 热电式传感器.ppt

第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。常用的有热电偶（?t??E）和热电阻（?t??R）。在工业生产中已得到广泛应用，并有与其相配套的显示仪表和记录仪表。第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日第一节热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。自19世纪发现热电效应以来，已广泛用于测量100~1300°C范围内的温度。根据需要还可以用来测量更高或更低的温度。它具有结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记录等优点。第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日一、工作原理

1.热电效应1823年塞贝克（Seebeck）发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为塞贝克电势。这种物理现象称为热电效应。在测量技术中，把由两种不同材料构成的热电转换元件称为热电偶，A、B导体为热电极，两接点一个为热端（T），又称工作端。另一个为冷端(T0)，又称自由端或参考端。实验证明：热电势为ABTT0热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日(1）接触电势：珀尔帖(Peltier)效应将同温度的两个不同金属互相接触，其接点处产生的电动势称珀尔帖电势，又称接触电势。根据电子理论有一一一eAB（T）AB+–u单点：回路：第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日（2）同一导体中的温差电势：汤姆逊效应（Thomson）假设在一匀质导体的一端加热。当这一电场对电子的作用力与扩散力相平衡时，扩散作用即停止。电场产生电势为汤姆逊电势，或称温差电势。一一一eA（T，T0）uTT0?称汤姆逊系数，回路：单点：温差电势的大小与导体的性质和两端的温差有关。第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日eAB(T)—热端分热电势，eAB(T0)—冷端分热电势。热电极的极性规定：EAB(T,T0)写在前面的A,T分别为正极和高温，后面的B,T0分别为负极和低温。+?+?+?+?总电势为：第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日(1)如果热电偶两个电极的材料相同，二个接点温度不同，不会产生电势。(2)如果二个电极的材料不同，但两接点温度相同，也不会产生电势。(3)当热电偶二个电极的材料不同，且A、B固定后，热电势EAB(T,T0)便为二接点温度T和T0的函数，即当T0保持不变，即e(T0)为常数时，则热电势EAB(T,T0)便为热电偶热端温度T的函数。第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.基本定律

(1)均质导体定律两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日(2)中间导体定律在热电偶回路中插入第三、四?种导体，只要插入导体的两端温度相等，且插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。T0T0TABCmV（可接入毫伏表而不影响输出）第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日(3)中间温度定律热电偶在接点温度为T，T0时的热电势等于该热电势在接点温度为T，Tn和Tn，T0时相应的热电势的代数和，即用于冷端温度补偿和贵金属的补偿。当T0=0时，第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日(4)参考电极定律当结点温度为T，T0时，用导体AB组成的热电偶的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和，即TT0ABCCEAB(T,T0)C为标准电极（一般为铂制成）。第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日镍铬—镍硅(镍铝)热电偶的分度表（部分）

(参考端温度为0°C)分度号K热电动势(mV)测量端温度°C0123456789-50-1.86-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16301.201.241.281.321.361.411.451.491.531.5793038.5