热电式传感器(讲-简版)详解.ppt

热电偶 一、热电效应 温差电势 常用热电偶 热电阻 Resistance 一、常用热电阻 传感器的防爆 * 锑 ti 三价和五价类金属元素,通常是金属银白色结晶,脆且有点软 [antimony]――元素符号Sb 由锑衍生的一价离子SbH4+或基SbH4,已知仅以有机衍生物的形式存在 [stibonium] 应用于化工、电工和医药上，它的合金可制铅字、轴承等。 热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。 自19世纪发现热电效应以来, 热电偶被越来越广泛地用来（工业）测量100 ~ 1300℃范围内的温度，根据需要还可以用来测量更高或更低的温度。 具有的优点 结构简单 使用方便 精度高 热惯性小 可测局部温度 便于远距离传送与集中校测 自动记录等 热电偶的基本原理 两种不同类型金属（丝）的两端分别连接在一起，组成一闭合回路，当两种不同类型金属接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势， 此现象是1823年塞贝克（T.J.Seebeck）用铜和锑做实验时发现的，称为塞贝克电势。这个物理现象称为金属丝的热电效应。 热电效应原理图如下 把两种不同导体材料 A、B 连接成闭合回路，这种组合称为热电偶。 T T0 B A 热电效应原理图 工作端 热端 自由端 冷端 将两个接点置于温度为 T 和 T0（设TT0）， T 称为热端（工作端） T0 称为冷端（自由端） 在该回路会产生电动势（热电势）， 用 EAB(T,T0) 表示。 单一导体中，如果两端温度不同，在两端间会产生电势，即单一导体的温差电势。 这是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散（运动），结果高温端中的原子因失去电子而带正电荷，低温端中的原子因得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场； 这个电场阻碍了电子的继续扩散，当达到动态平衡时，在导体两端形成一个稳定的电位差， 即温差电势，其可表示为： 式中： eA(T，T0) 导体A两端温度为T、T0时的温差电势 σ 汤姆逊系数，表示单一导体两端温度差为 1℃时产生的温差电势，其值与材料性质和 两端温度有关 + + + - - - A eA（T,T0） 温差电势 T T0 — 在金属导体中自由电子数目很多，但温度不能显著地改变导体中自由电子的动能，所以，在同一种金属导体内，温差电势极小，可以忽略。 因此，在一个热电偶回路中起决定作用的是两个接点处材料的性质和该点所处温度有关的接触电势。故上式可以近似为： eAB(T) eAB(T0) T T0 热电偶回路接触电势 在工程中，常用上式表示热电偶回路的总热电势。 从上式可以看出，回路的总电势是随T和T0而变化的， 即总电势为T和T0的函数，这在实际使用中不方便。 为此，在使用和标定热电势时，使T0为常数，即: eAB(T0) = f(T0) = C(常数) 则上式可写成 EAB(T,T0) = eAB(T)-f(T0) = f(T)-C eAB(T) eAB(T0) T T0 热电偶回路接触电势 EAB(T,T0) =eAB(T)-f(T0) = f(T) -C 上式表明 ●当热电偶回路的一个端点（冷端）保持温度T0不变， 则热电势EAB（T,T0）只随另一个端点（热端）的温度T变化而变化，回路总电势是（热端）温度T的单值函数； ●两个端点温差（T-T0）越大，回路总电势EAB（T,T0）也越大； 这给工程使用带来方便。 eAB(T) eAB(T0) T T0 热电偶回路接触电势 目前，常用热电材料分贵金属和普通金属两大类 我国使用的热电偶有以下几种 铂铑-铂 热电偶 镍铬-镍硅 热电偶 分度号为 S 测温范围：0-1300℃ 分度号为 K 测温范围：0-1000℃ 镍铬-考铜 热电偶 分度号为 E 测温范围：0-600℃ 分度号为 B 测温范围：0-1800℃ 分度号为 T 测温范围：0-1000℃ 铂铑30-铂铑6 热电偶 铜-康铜 热电偶 热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性，对和温度有关的参数进行测量的元件。 绝大多数金属具有正的电阻温度系数，利用这一特性制成温度传感器，称为热电阻。 （1）铂电阻 铂电阻的温度特性 Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3) 式中： Rt 温度为t℃时铂电阻的电阻值（Ω） R0 温度为0℃时铂电阻的电阻值（Ω） A 常数，3.96847×10-3/℃ B 常数，-5.847×10-7/℃ C 常数，-4.22×10-12/℃ t 测量温度 铂电阻的