传感器与自动检测技术教学课件 作者 张青春 纪剑祥 电子课件 第3章 温度传感器.pptx

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1、第3章　温度传感器传感器与自动检测技术本章概述1.温度传感器：将温度（热量）变化转换为电学量变化的装置。2.温度检测的重要性温度是人体最敏感的物理量之一，光、声强度增大10％对人的感觉影响不大，但温度却有较大影响；温度与人们生活密切相关，空调、冰箱、热水器、微波炉、电磁炉等家用电器都与温度有关；其它传感器测试环境与温度密切相关，温度是影响量，其变化将会产生系统误差（附加误差）；在工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等领域，都涉及温度检测与控制；工业自动化生产流程中，温度测量点占50%以上。3.主要内容：本章主要介绍热电偶、热电阻、热敏电阻、辐射式温度传感器、集成温度传感器的工作

2、原理、特性及其应用。3.1热电偶3.1.1热电偶传感器测温原理1.热电偶的特点（1）结构简单；（2）具有较高的准确度；（3）测量范围宽，通常-50℃~1600℃，配用特殊材料的热电极-180℃~2800℃；（4）具有良好的敏感度；（5）信号可以远传和记录。2.热电效应两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路，当两接点温度不等时（），回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点的温度有关的电动势，从而形成电流，这种现象称为热电效应。该电动势称为热电动势；把这两种不同导体的组合称为热电偶，称A、B两导体为热电极。热电偶的两个接点中，置于温度t为的被测对象中的接点称为测量端

3、（工作端或热端）；而温度t0为的另一接点称为参考端（自由端或冷端），一般要求它恒定在某一温度。热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电动势构成，另一部分是单一导体的温差电动势。3.两种导体的接触电动势两种不同的导体的电子密度不同，当A、B连接在一起，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同，A、B的接触处就会发生电子的扩散，且电子在两个方向上扩散的速率不相同。这种由于两种导体自由电子密度不同，而在其接触处形成的电动势称为接触电动势。接触电动势的大小与导体的材料、接点的温度有关，而与导体的直径、长度、几何形状等无关。两接点的接触电动势用符号表示为—A、B两种材料在温度时的接触电

4、动势；k－波尔兹曼常数（k＝1.38×10-23J/K）；－材料A、B分别在温度下的自由电子密度；e—单位电荷，e＝1.6×10-19C。4.单一导体的温差电动势对单一金属导体，如果将导体两端分别置于不同的温度场t，t0中（t>t0），在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，将更多地向冷端移动，导致热端失去电子带正电，冷端得到电子带负电，这样，导体两端将产生一个热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续向冷端转移，并使电子反方向移动，最终将达到动态平衡状态。这样，在导体两端产生电位差，称为温差电动势。温差电动势的大小取决于导体材料和两端的温度，可表示为5.热电偶回路的总电动

5、势实践证明，热电偶回路中所产生的热电动势主要是由接触电动势引起的，温差电动势所占比例极小，可以忽略不计。因为和的极性相反，假设导体A的电子密度大于导体B的电子密度，且A为正极、B为负极，因此回路的总电动势为：结论：（1）如果热电偶两电极相同，即nA(t)=nB(t)、nA(t0)=nB(t0)，则无论两接点温度如何，总热电动势始终为0。（2）如果热电偶两接点温度相同，尽管A、B材料不同，回路中总电动势为0。（3）热电偶产生的热电动势大小与材料（nA，nB）和接点温度（t，t0）有关，与其尺寸、形状等无关。（4）热电偶在接点温度为t1,t3时的热电动势，等于此热电偶在接点温度为t1,

6、t2与t2,t3两个不同状态下的热电动势之和，即（5）当热电极A、B选定后，热电动势EAB(t,t0)就是两接点温度t和t0的函数差，即如果自由端的温度保持不变，即（常数），此时，就成为的单一函数，即当保持热电偶自由端温度不变时，只要用仪表测出总电动势，就可以求得工作端温度。对于不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，生产厂家提供分度表，供使用时查阅。表中温度按10℃分档，其中间值可按内插法计算，即tM、tH、tL－分别为被测的温度值、较高的温度值和较低的温度值；EM、EH、EL－分别为温度tM、tH、tL对应的热电动势。3.1.2热电偶的基本定律1.中间导体定律

7、如图3.3所示，在热电偶测温回路内接入第三种导体C，只要其两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。在实际热电偶测温应用中，测量仪表（如动圈式毫伏表、电子电位差计等）和连接导线可以作为第三种导体对待。图3.3中间导体定律结构图2.中间温度定律热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电动势等于它在接点温度t、tc和tc、t0时的热电动势和的代数和，即中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。如果热电偶的两个电极通过连接两根导体的方式来延长，只要接入的两根导体的热电特性与被