第9章热电式传感器

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1、主要内容：9.1热电偶9.2热敏电阻9.3集成温度传感器第9章热电式传感器第9章热电式传感器我国目前实行的是1990年国际温标(ITS—90）定义国际开尔文温度（T90）国际摄氏温度（t90）；T90：单位（K）开尔文t90：单位（C）摄氏两者关系为：t90/℃=T90/K–273.15或t/℃=T/K–273.15温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度第9章热电式传感器温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容，如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些家用电器

2、中都少不了热电式传感器。概述第9章热电式传感器热电式传感器是一种将温度变化转换为电量的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。概述第9章热电式传感器概述各种热电偶第9章热电式传感器概述各种热电阻第9章热电式传感器热电式传感器按工作原理主要有以下几类：热电偶，利用金属温差电动势，有耐高温、精度高的特点；热电阻，利用导体电阻随温度变化，测温不高；热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测温，体积小、

3、灵敏度高、稳定性差；集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价廉，测量150℃以下温度。概述第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0）有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。这种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应固定温度的接点称基准点（冷端）T0，恒定在某一标准温度；待测温度的接点称

4、测温点（热端）T，置于被测温度场中。这种将温度转换成热电动势的传感器称为热电偶，金属称热电极。第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应1、两种导体的接触电势（珀尔帖效应）不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一起时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度小的金属扩散。浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电势。第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应温度T时热端接触电势：冷端（T0）接触电势：式中：A、B代表不同材料；T，T0为两端温度；k＿

5、波尔兹曼常数；e＿电子电荷量；是A、B材料的电子浓度；第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应在闭合回路中，总的接触电势为：第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应2、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失去电子带正电，低温端得到电子带负电。＋－Ｔ＞Ｔ０第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应A、B两导体构成闭合回路总的温差电势为：单一导体的温差电势为：σ:汤姆逊系数

6、第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应根据两导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一导体温差电势（汤姆逊电势）。热电偶总的热电势为：第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.1热电效应结论：热电偶两电极材料相同，NA=NB时，无论两端点温度如何，总热电势为零；2.如果热电偶两接点温度相同，T=T0时，A、B材料不同，回路总电势为零；热电偶产生热电势的必要条件:热电偶必须用不同材料做电极；在T、T0两端必须有温差梯度.第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.2热电偶基本定律1、均质导体定律两种均质导体，其电势大小与

7、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。材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差。第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.2热电偶基本定律2、中间导体定律如果将热电偶T0端断开，接入第三导体C，回路中电势EAB（T，T0）应写为：ＡＢＣＴＴ０Ｔ０第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.2热电偶基本定律设时，将代入上式有：第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.2热电偶基本定律结论：当引入第三导体C时，只要C导体两端温度相同，回路总电势不变，

8、根据这一定律，将导体C作为测量仪器接入回路，就可以由总电势求出工作端温度，条件是：保证两端温度一致。第9章热电式传感器9.1热电偶9.1.2热电偶基本定律3、参考电极定律（中间温度定律）当结点温度为T、T0时的热电势EAB（T,T0）等于结点温度T、Tc和Tc、T0时，热电势与的代数和为：实际测量时，利用这一性质，对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。第9章热电式传感器9.1热电偶9