传感器5章热电ppt课件.ppt

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1、通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、分类和发展趋势；理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿方法；掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合；掌握集成温度传感器特点、工作原理和使用方法；了解其他温度传感器工作原理。学习要点第5章热电式传感器在各种热电式传感器中，以把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中，将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶；将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫热电阻。目前这两种传感器在工业中被广泛使用。另外利用半导体PN结与温度的关系，可制成PN结型温度传感器（也称为半导体型温度传感器），还

2、有集成温度传感器在实际中也被广泛应用。5.1热电偶热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器，可测温度范围100～1300。根据需要还可测更高或更低的温度。热电偶具有结构简单、使用方便、精度高、热惯性小、可测局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记录等特点。第5章热电式传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度及与温度有关的参量进行检测的装置。具体说是一种将温度变化转化为电量变化并输出的装置。20145.1热电偶5.1.1热电效应在两种不同的导体或半导体所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就会产生热电势thermo-el

3、ectricforce（也称塞贝克电势）。这种现象称为热电效应。图5.1热电效应原理实验证明，热电偶回路总的热电势为：式中：为热电势率或塞贝克系数，其值的大小随着热电极材料和两接点温度的变化而定。第5章热电式传感器2014常见普通工业装配式热电偶的外形结构第5章热电式传感器5.1热电偶20141.帕尔帖效应也称为接触效应。将相同温度的两种不同的金属材料互相接触，因为自由电子密度不同，那么，在两金属的接触处会发生自由电子的扩散现象，扩散现象直到在接触面处建立了充分强的静电场，从而阻止电子扩散达到动态平衡，两种不同金属的接触处产生的电势叫接触电势（又称为帕尔帖电势

4、），用来表示。大小由两金属的特性和接点处的温度决定。即回路总的接触电势为：+ABTeAB(T)-接触电势5.1热电偶20142.汤母逊效应也称为温差效应。在一均质棒状导体的一端加热，则此棒状导体会形成温度差，如图所示，导体内的自由电子会从温度高端向温度低的一端扩散，并在低温端积累，致使棒内建立一静电场，当达到动态平衡时，电场对电子的作用力与扩散力相平衡，此时电场产生的电势叫汤母逊电势或温差电势。用来表示，即回路总的温差电势为：为汤母逊系数，表示温差为一度时所产生的电势值。大小与材料性质和导体两端的温度有关。规定：当电流方向与导体温度降低方向一致时，取正值，当电

5、流方向与导体温度升高方向一致时，则取负值。AeA(T,To)ToT温差电势5.1热电偶2014总上所述，热电偶回路，当接点温度>时，回路总的热电势为：得到下面结论：(1)若热电偶两电极材料相同，两接点处温度不同，则回路中不会产生热电势。(2)若热电偶两电极材料不同，两接点处温度相同，则回路中不会产生热电势。(3)若热电偶两电极材料不同，两接点处温度不同，则回路中就会产生热电势，大小为：(4)若热电偶一端的温度保持不变，即为常数，则热电偶产生的热电势为热端温度的函数，即：，工程上常采用这种方法进行测量。T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T

6、0)AB5.1热电偶20144.零电势定律由两种相同材料组成的热电偶和在两接点处温度相同的热电偶，其回路中总的热电势等于零或者说表现为热电偶不产生热电势。5.附加定律也称为标准电极定律。就是说如果导体组成的热电偶所产生的热电势已知为，导体组成的热电偶所产生的热电势已知为，则导体组成的热电偶产生的热电势为：5.1.2热电偶的基本定律1.均质导体定律只有两种均质的不同材料组成的热电偶且其两接点处的温度不同时，才会产生热电势。热电势的大小与材料的性质和接点处的温度有关。若材质不均匀时则会产生附加电势。2.中间导体定律在两种不同的材料组成的热电偶回路中接入第三种、第四

7、种等等导体，只要接入导体的两端温度相等且是均质的，则接入以后对热电偶总的热电势没有影响。3.中间温度定律也称为传递性定律，热电偶在接点温度为，时的热电势等于该热电偶在接点温度为，和，时相应热电势的代数和，即：5.1热电偶20145.1.3热电偶种类和结构(1)热电极电极材料做如下基本要求：1）在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；2）电阻温度系数小，导电率高，比热小；3）测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；4）材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。(2)绝缘套管绝缘

8、套管又叫绝缘子，用来防止热电偶两个电极