传感器6 热电式.ppt

热电式传感器;实验----热电偶工作原理演示 ;;从实验到理论：热电效应 ;通过以上演示得出结论——有关热电偶热电势的讨论; 温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。; 两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。;1. 接触电势;A ; 由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：;根据电磁场理论得;4.导体材料确定后，热电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原理。; 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度分别为T1、T2 、 …、Tn ，冷端温度为零度的热电势。其热电势为 E= EAB（T1）+ EBC（T2）+…+ENA（Tn） ;6.1.2 热电偶基本定理; E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0; 两点结论： l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变，即 同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：;E; EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）;3. 中间温度定律 ;EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） ;例题：;;方法 冰点槽法 计算修正法 补正系数法 零点迁移法 冷端补偿器法 软件处理法;1. 冰点槽法 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。; 2. 计算修正法 用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算 例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21℃,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得 EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.999+0.832 =2.831(mV) 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。; 3. 补正系数法 把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即 式中：T——为未知的被测温度； T′——为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度； TH——室温； k——为补正系数，其它参数见下表。 例 用铂铑10－铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35℃，这时热电动势为11.348mV．查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T′=1150℃。再从下表中查出，对应于1150℃的补正系数k=0.53。于是，被测温度 T=1150+0.53×35=1168.3（℃） 用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于0.14％。 ;温度T′/℃ ; 4. 冷??补偿器法 利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。 设计时，在0℃下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0 ，电桥对仪表读数无影响。 ;5、 补偿导线法：为使冷端远离热源，可用相同分度值的补偿导线延长热电偶，从而获得一个相对稳定的冷端温度。然后用中间温度