《温度测量系统》PPT课件

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1、制作者：潘敏利、黄庄泉、朱光刚、程杰、曹文静第8章温度测量系统本章要点第1节热电偶测温系统第2节热电阻测温系统第3节其他接触式测温系统第4节非接触式测温系统第5节半导体PN结测温系统8.1热电偶测温系统热电势定义:在两个不同成分的导体（或半导体）A和B组成的闭合回路中，如果它们的两个接点温度不同，则回路中会产生一个电动势。热电势的大小：和两端的温度差有关。热电偶定义：A、B焊接成对后称之为热电偶。特点：结构简单、热容量小、材料的互换性好、滞后效应小、信号能远距离传送、多点测量、便于检测和控制。应用：作为感温元件在工业生产和科学研究中广泛应用。测温原理热电阻闭合回路中产生热电动势

2、的现象被认为是导体的接触电动势和温差电动势的综合结果。接触电动势的大小与温度高低及导体中的自由电子密度有关。温度接触电动势；导体自由电子密度比接触电动势温差电动势是由于热电极两端的温度不同，存在着温度梯度而产生的电势。温差电动势的大小取决于热电极两端的温差和热电极的自由电子密度。温差温差电动势两端问相同温差为零，温差电动势为零电子密度和热电极材料成分有关。.接触电势高EAB（T）低e—单位电荷；K—玻耳兹曼常数NA（T),NB（T）—A、B电子密度（温度T）电势方向：低→高由电子密度加大（相对扩散前）→电子密度减小.②温差电势T0EA(T,T0)→T低EA（T，T0）高电势方向

3、：由电子密度大→电子密度小回路总电势接触电势和温差电势综合成总热电势BAEAB(T0)TT0EAB（T）EA(T,T0)EB（T,T0）.NA(t),NB(t)只是温度的函数三点结论1)热电势大小，只与材料性质和两接点温度有关。2)不同性质材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路热电势为零。3)热电极材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端温度有关。一端温度恒定，热电势只是另一端温度的单值函数。（方便使用）几个术语热端与冷端(或测量端与参比端)分度表（E~t表）分度号问题热电偶（热电势）能否测量？接入第三种材料热接点能否焊接？（第三种材料）热、冷端间的温度梯度是否影响测量结果？

4、（相同温差，热电偶长短是否有影响？）热电偶回路性质1.均质材料定律表述：均质材料组成的回路，不论回路有无温度梯度，回路中均不产生热电势（无电流）。应用：要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则引入误差。（温度梯度无影响）2.中间导体定律表述：热偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要插入材料两连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。应用：回路中可接入测量热电势的仪表；接点可以焊接证明？系统结构系统主要元件：热电偶感温元件、冷端补偿器、补偿导线、普通导线和温度显示装置·····热电偶感温元件是热电偶测温系统的核心部件。1.热电偶；2.补偿导线；3.普通

5、导线；4.显示装置5.补偿器热电偶温度系统测量回路冷端补偿器法（与补偿导线联用、适用于工业生产）原理：将补偿器串接于热电偶回路中，自动补偿由于冷端温度变化而对回路热点势的影响。平衡点温度点（0℃或20℃）与计算温度点（40℃）。热电特性的非线性，只能在平衡点温度点与计算温度点上而不可能在全程范围内，完全补偿。使用：补偿器与热偶相匹配；仪表的机械零点调至平衡温度点。。测温系统的正确使用热电偶温度测试系统的测试信号来源于热电偶感温元件的热电极。保护管选择是否合适，将直接影响热电偶的使用寿命和测量的可靠性。对测量结果的影响因素：1.高温影响2.外部压力的影响3.强磁场的影响8.2.1

6、测温原理(1)导体电阻率(8-4)E——电场强度J——电流密度在E的作用下，J的数值与自由电子数n、电荷e和电子定向运动速度平均值u成正比，可通过自由电子运动时的平均自由程及质量m得出电阻率与温度之间的关系，即(8-5)8.2热电阻测量系统式中，k为玻尔兹曼常量;T为温度。导体的电阻率还与其晶格点阵和缺陷有关(8-6)式中，A为金属的特性常数；M为金属原子质量；为金属的德拜温度。当T>0.5时,式(8-6(8-7)这就是公认的金属在高温下,电阻率与温度的正比关系.而在低温下,即T<0.5时，式(8-6)的积分上限可认为，求解式（8-6）中的函数的结果是124.4.此时金属电阻率

7、为（8-8）对金属而言，在一定的温度下，物质的电阻率和电阻有确定的函数关系(8-9)R——导体电阻l——导体长度s——导体截面积（2）半导体电阻率受到掺杂程度和制造工艺的影响，很难给出统一形式的方程来描述鍺半导体电阻——温度特性。典型的经验公式是(8-10)式中B取决于掺杂的种类和浓度，并随温度而变；E与禁宽度有关；k为玻尔兹曼常量。由式（8-9）或（8-10）知：温度的变化引起了电阻的变化。感温元件的电阻与温度的关系特性在实际应用中可以用以下方式表示：列表法、内插法和作图法。1）列表法：2