传感器47章热电式传感器

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1、传感器技术及应用机械092011～2012第二学期2012年3月7.2热电偶传感器热电阻与热电偶的区别第一，信号的性质不同，温度的变化，使热电阻产生电阻值变化；使热电偶产生感应电压的变化。第二，检测的温度范围不一样，热电阻是低温检测（0-150度），热电偶是高温检测（0-1000度）。第三，从材料上分，热电阻是一种金属材料，热电偶是双金属材料。7.2热电偶传感器一、工作原理——热电效应两种不同材料A、B组成闭合回路，两节点AB1，AB2处于不同温度T和T0，回路中形成一热电势和相应的热电流i，该

2、现象称为热电效应7.2.1热电偶工作原理及其工作定律热电势由两部分组成：温差电势和接触电势。1.接触电势EAB(T)——A、B两种金属在温度T时的接触电势；接触电势的大小与温度T高低及两种导体中的电子密度NA、NB间差异有关。TEAB(T)+－BANANB1、接触电势——两种材料之间2.温差电势——同一材料两端EA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0——高低端的绝对温度；AEA(T,To)TT03.回路总电势EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)＋EA(

3、T,T0)－EB(T,T0)考虑温差电势较接触电势可忽略不计,有：EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)二、热电耦工作定律（一）均质导体定律——构成热电偶的基本定律（二）中间导体定律——热电偶测量的基本定律（三）连接导体定律——电路中应用补偿导线节约贵金属（四）中间温度定律——计算修正的依据（五）参考电极定律——热电偶选配依据(一)均质导体定律（1）由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；TT0AA热端冷端TT0AB热端冷端反之，如果

4、有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。（2）当材料（A，B）一定时，热电势仅与热电偶两端点温度有关：EAB(T，T0)=EAB(T)－EAB(T0)若使EAB(T0)=C时，则：EAB(T，T0)=EAB(T)－C＝f(T)即热电势为热端温度T的单值函数，这就是热电偶测温原理TT0AB热端冷端（二）中间导体定律1）一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。＝0E总＝EAB(T)＋EBC(T)

5、＋ECA(T)三个接触点温度相同2）将A、B构成的热电偶的T0端断开，接入第三种导体C，只要保持第三导体两端温度相同，接入导体C后对回路总电动势无影响。EABC(T，T0)＝EAB(T)＋EBC(T0)＋ECA(T0)＝EAB(T)－EAB(T0)EABC(T，T0)＝EAB(T，T0)等温区接入导体不影响总电动势图示：第三种材料接入热电偶回路的两种情况图b，在材料A中加入第三导体C，使C两端点温度相同为T2，不影响原回路总电势。EAB(T1,T0)=EAB(T1)-EAB（T0）T0T123A

6、BEABT2CT0(c)图c，在AB右节点加入第三导体C，不影响原回路总电势。EAB（T1,T0）=EAB（T1）-EAB（T0）(b)T0T1ABCEABAT2T2(a)T0T1BAEAB意义：可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等。(三）连接导体定律EABB’A’（T，Tn，T0）＝EAB（T）＋EBB’（Tn）＋EB’A’（T0）＋EA’A（Tn）＝EAB（T）＋EB’A’（T0）＋EBB’（Tn）－EAA’（Tn）在热电偶回路中，接入连接导线A’、B’

7、，各接点温度为：TTnT0则回路总电势为EBA（T0）00是运用补偿导线进行测温的理论基础应用：补偿导线原理引入与A、B同样热电特性的材料(即补偿导线)A′、B′则回路总电动势不变，仍为EABB’A’（T1，Tn，T0）≈EAB(T1)–EAB(T0)=EAB(T1，T0)即：接入AˊBˊ后不管接点温度Tn如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。B’’ABT1TnTnA’ET0例热电偶补偿导线知识由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，

8、为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。补偿导线类型1延长型补偿导线又称延长型导线，其合金丝的名义化学成分及热电动势标称值与配用的热电偶相同。2.补偿型补偿导线又称补偿型导线，其合金丝的名义化学成分与配用的热电偶不同，但其热电动势值在0～100℃或0～200℃时与配用热电偶的热电动势标称值相同。（四）中间温度定律对于材料A、B，若已知热电势EAB(T1,T0)、EAB(T0,T2)BT0T1AABBAT2则：EAB（T