传感器与检测技术教学课件作者董春利第七章节热电式传感器课件

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1、传感器与检测技术董春利主编潘洪坤执笔大连职业技术学院电气电子工程系2008年3月全国高等职业教育规划教材省级精品课程配套教材第七章热电式传感器7.1热电偶传感器7.2热释电传感器第一节热电偶传感器温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。一、热电效应与热电偶测温原理两种不同的导体或半导体闭合回路，若连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就

2、有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。1．热电效应（1）两种导体的接触热电势（2）温差电动势接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。即，取决于A、B的性质及接触点的温度，而与其形状尺寸无关。温差电动势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。高温侧电子受热能运动加剧，高温侧失去电子而带正电，低温侧得到电子带负电即形成一个静电场，使两端出现电位差，此电位差叫温差电动势。（3）回路总电势热电偶的热电势可表示为：热电势与温度之间的关系是通过热电偶分

3、度表来确定。（4）结论①热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的长度、粗细无关。②只有用不同性质的导体（或半导体）才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。③只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。④导体材料确定后，热电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原理。2．热电偶的基本定律（1）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。可以在热电偶

4、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，就不会影响回路中原来的热电势。（2）中间温度定律定律描述：该定律为使用热电偶如何分度表提供了依据。同时，可使用补偿导线使测量距离加长，也可用于消除热电偶自由端温度变化影响。（3）参考电极定律定律描述：当结点温度为T、T0时，用导体A、B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。此为参考电极定律，也称组成定律[例]当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）为+3.13mV，铝合金—铂热电偶E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金组成

5、热电偶的热电势E（100℃，0℃）。解：设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。即EAC（100℃，0℃）=+3.13mVEBC（100℃，0℃）=-1.02mV根据式（7-8），有EAB（100℃，0℃）=EAC（100℃，0℃）-EBC（100℃，0℃）=3.13mV-1.02mV=4.15mV（4）均质导体定律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）；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的。此为均质导体定律。①热电偶必须采用两种不同材料作为电极。②对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为

6、T1、T2、…、Tn，冷端温度为零度的热电势。其热电势为：二、热电偶及其分度表1．热电偶材料热电极材料所满足的要求：①热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势，热电势和温度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；材料的电阻温度系数要小，电阻率高，资源丰富，价格便宜。②能测量较高的温度，并在较宽的温度范国内应用；③物理性能稳定，导电性能好，热容量要小；④化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；⑤热电性能稳定，热电特性不随时间改变；⑥机械性能好，材质均匀；⑦复现性要好，便于大批生产和互换，便于制定统一的分度表2．热电偶的种类常用热电偶可分为标准

7、热电偶和非标准热电偶两大类。3．热电偶的分度表4．热电偶的结构形式（1）普通型热电偶为装配式结构，一般由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等部分组成。贵金属热电极的直径不大于0.5mm，廉价金属热电极直径一般为0.5～3.2mm；热电偶的长度为350～2000mm。由于热容量大，温度响应较慢。（2）铠装热电偶它是将热电偶丝、绝缘材料和保护套管三者组合装配后，经拉伸加工而成的一种坚实的组合体。其外径一般为0.5～8mm其长度最大可达100m。铠装热电偶温度响应快；挠性好，可弯曲适用复杂场合安装使用。应用比较广泛。三、热电偶传感器的应用1．热电偶冷端的温度补偿

8、（1）补偿导线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