传感器原理ppt电子课件教案第12章热电式传感器传感器

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1、第十二章热电式传感器12.1概述12.2热电偶测温传感器12.3热电阻式传感器12.4半导体P-N结测温传感器12.5集成温度传感器12.6非接触式温度测量系统下一页返回1.热电效应12.2热电偶测温传感器12.2.1热电偶的工作原理先看一个实验——热电偶工作原理演示结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。由两种不同材料的导体A和B组成闭合回路。当两个结点温度不同时，回路中将产生电动势。如果将回路中接入一个

2、毫安表，则毫安表的指针将发生偏转。这种现象即称为热电效应或塞贝克效应。两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端，而置于参考温度为T0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。（1）接触电动势接触电势温差电势若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多，因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一定的

3、接触电动势。热电势EAB(T,T0)接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。对于温度为T的结点，有下列接触电动势公式：上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体中的电子密度有关。回路的总接触电动势为：上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩

4、散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。（2）温差电动势温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。导体A两端的温差电动势可用下式表示：eA（T，T0）——导体A两端温度分别为T、T0时形成的温差电动势；T、T0——高、低温端的绝对温度；σA——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。同样导体B两端的温差电动势如下式所示：回路的总的温差电势为：上式说明温差电动势的大小与接点温度的高低及导体的性质有关。如果两接触点的材料相同，尽管两个导体都存在温差电势，但回路中总温差电势等

5、于零。图12-4闭合回路总的热电势ABTT0-eA(T,T0)eB(T,T0)eAB(T)eAB(T0)(3)回路总电动势由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，则有在标定热电偶时，一般使T0为常数，则①热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。2.热电偶基本性质②只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0

6、）=0。③只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T，T0）=0。④导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势EAB（T，T0）就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的基本原理。⑤对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各接点温度分别为T1、T2……TN，闭合回路总的热电动势为：3.热电偶基本定律(1)均质导体定律如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如

7、何，热电动势均为零；反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。(2)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。右图回路中的总电动势为：T0T0BTAC如果回路中三个接点的温度都相同，即T＝T0，则回路总电动势必为零，即：即则如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：T1CT0T1TBA而所以(3)标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电

8、动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC两式相减得：若一个