热电偶基础知识介绍讲述资料复习过程.ppt

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1、热电偶基础知识介绍讲述资料2021/7/30第四章非电量的电测技术2从实验到理论：热电效应1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。2021/7/30第四章非电量的电测技术3通过以上演示得出结论——有关热电偶热电势的讨论将两种不同

2、的导体（或半导体）A、B组合成闭合回路。若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动，即回路中有热电动势存在。此电动势的大小除了与材料本身的性质有关以外,还决定于结点处的温差，这种现象称为热电效应或塞贝克效应。热电偶就是根据此原理设计制作的将温差转换为电势量的热电式传感器。热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成的。2021/7/30第四章非电量的电测技术4（一）接触电势产生原因：两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自

3、由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生接触电势：自由电子＋ABeAB(T)Tk：波尔兹曼常数；e：单位电荷电量；NAT、NBT：温度为T时,导体A、B的自由电子密度。2021/7/30第四章非电量的电测技术5（二）温差电动势温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！温度的影响2021/7/30第四章非电量的电测技术6定义：同一导体的两

4、端因其温度不同而产生的一种热电势——温差电动势同一导体的两端温度不同时,高温端的电子能量要比低温端的电子能量大,因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多,结果高温端因失去电子而带正电,低温端因获得多余的电子而带负电,形成一个静电场，该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。因此，在导体两端便形成温差电势，公式：EA（t，t0）=UAt-UAt0考虑：如果同一导体各点温度相同，即t＝t0，则回路总电动势必为零？2021/7/30第四章非电量的电测技术7（三）热电偶回路的热电

5、势热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和。EAB（t，t0）=EAB（t）+EB（t，t0）-EAB（t0）-EA（t，t0）经实践证明，在热电偶中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分。可以忽略不计：EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）2021/7/30第四章非电量的电测技术8综上所述，如下结论：热电偶回路中热电动势的大小，与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度为t和t0时的函数差：对于已

6、选定的热电偶,当参考端温度t0恒定时,EAB(t0)为常数,则总的热电动势就只与温度t成单值函数关系,即ＥAB(t,t0)=EAB(t)-C=φ(t)EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）2021/7/30第四章非电量的电测技术9（四）实际应用我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。目前热电偶统一规定在T0=0℃的条件下，给出测量端温度与热电势的数值对照表，即分度表自由

7、端（约束条件：冷端温度必须为0℃）。实际测温时，根据测出的热电势可通过查对应的分度表，查得所测的温度值。本教材p366的附录列出了工业中常用的分度表2021/7/30第四章非电量的电测技术10二、有关热电偶的几点结论规定：ＥAB(t,t0)的含义，按位置顺序A表示热电偶正极；B表示负极t表示测量端温度；t0表示冷端温度；符号变化，位置规定的含义不变。ＥAB(t,t0)=-EBA(t,t0)=-EAB(t0,t)解释：当NA>NB,A为正极，B为负极。脚注AB的顺序表示电动势的方向。当脚注顺序改变时，

8、电动势前面的符号（＋、－）随之改变。利用热电偶作为传感器来检测温度时，必须在热电偶回路中引入显示或记录仪表，并用连接导线将它们连接起来，因此必须掌握下面的基本定律，以保证能够正确的选择和使用热电偶。2021/7/30第四章非电量的电测技术111）热电势的大小仅与材料的性质及其两端点的温度有关，而与热电偶的形状、大小无关。烧断的热电偶可重新焊接，用于测温。2）如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零——均质导体定律