热电式传感器（讲）课件.ppt

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1、第三章热电式传感器本章学习内容：1、热电偶传感器2、热电阻传感器3、PN结型测温传感器4、集成电路测温传感器安徽工程大学（1）热电效应3.1热电偶1.热电偶的工作原理BAT0TBAT0T热电势EAB(T,T0)热电偶热电极热端（工作端）冷端（自由端）（1）接触电动势接触电势温差电势若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多，因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一定的接触电动势。热电势EAB(T,T0)接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度

2、有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。对于温度为T的接点，有下列接触电动势公式：上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体中的电子密度有关。对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。（2）温差电动势温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。导体A两端的温差电动势可用下式表示：eA（T，T0）——导体A两端温度分别为T、T0时形成的

3、温差电动势；T、T0——高、低温端的绝对温度；σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势。同样导体B两端的温差电动势如下式所示：图6-4闭合回路总的热电势ABTT0-eA(T,T0)eB(T,T0)eAB(T)eAB(T0)(3)回路总电动势由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。NAT和NAT0可记做NA，NBT和NBT0可记做NB，则有在标定热电偶时，一般使T0为常数，则①热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有

4、关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。2.热电偶基本性质②只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln（NA/NB）=0，所以EAB（T，T0）=0。③只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T，T0）=0。④导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势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基本原

5、理。⑤对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各接点温度分别为T1、T2……TN，闭合回路总的热电动势为：3.热电偶基本定律(1)均质导体定律如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零；反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。应用：根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。(2)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。右图回路中的总电动势为：T0T0BTAC如果回路中三个接点

6、的温度都相同，即T＝T0，则回路总电动势必为零，即：即则如果按右图接入第三种导体C，则回路中的总电动势为：T1CT0T1TBA而所以2.常用热电偶的结构（1）普通工业用装配式热电偶图6-9工业用装配式热电偶结构示意图接线盒保险套管绝缘套管热电偶丝132（2）铠装（或套管式）热电偶的结构由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为两种形式如图。图６-1０铠装热电偶断面结构示意图1—金属套管;2—绝缘材料;3—热电极(a)接壳式(b)绝缘式图6-11接壳式与绝缘式热电偶断面结构示意图（3）快速反应薄膜热电偶用真

7、空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。其热接点极薄(0.01～0.lμm)。4123快速反应薄膜热电偶1—热电极;2—热接点;3—绝缘基板;4—引出线特别适用于对壁面温度的快速测量。反应时间仅为几ms。（4）快速消耗微型热电偶可测钢水的温度。用直径为Φ0.05～0.lmm的铂铑10一铂铑30热电偶装在U型石英管中，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。14235678911101—钢帽；2—石英；3—纸环；4—绝热泥；5—冷端；6—棉花；7—绝缘纸管；8—补偿导线；9—套管；10—塑料插座；11—簧片与引出线3.热

8、电偶材料用作热电极的材料应具备下面的条件：①温度测量范围广。要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值