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自动检测与转换技术 第九章 热电偶传感器 1、了解温度测量的基本概念和方法；2、了解热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点；3、会运用热电偶中间导体定律进行测量；4、会运用热电偶的冷端延长和冷端温度补偿法进行测量；5、热电偶在工程中应用。 9.1. 温度测量的基本概念 一、温度测量的基本概念 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。 二、温标 1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 几种温标的对比 热力学温标（K） 热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K） 。 1990国际温标(ITS-90) 从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01?C）等。 三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。 介绍几种温度测量方法 变色涂料在电脑内部温度中的示温作用 体积热膨胀式 不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。 红外温度计 热电偶测温的主要优点 1、它属于自发电型传感器：测量时可以 不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达-270?C ，上限可达1800?C以上； 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。 一、热电效应 热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路，当两个接触端温度T﹥ T0时，回路中会产生热电势。 先看一个实验——热电偶工作原理演示 通过以上演示得出结论 ——有关热电偶热电势的讨论 热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数fAB，即 EAB（T，T0）=fAB(t,t0)=fABΔt 结点产生热电势的微观解释及图形符号 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，从而产生热电势。 二. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。 作业p150：习题1 * 9.4.热电偶冷端的延长 9.2.热电偶的工作原理 9.1.温度测量的基本概念 9.3.热电偶的种类及结构 9.5.热电偶的冷端温度补偿 9.6.热电偶的应用及配套仪表 本章学习的主要内容有: 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！ 正常体温为37 ?C ，相当于华氏温度多少度？ 威廉·汤姆逊·开尔文勋爵像 示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案变得清晰可辨 CPU散热风扇 低温时显示蓝色 温度升高后变为红色 气体的体积与热力学温度成正比 热电势主要由两种材料的接触电动势决定 9.2. 热电偶的工作原理 热电势 热电极 A 左端称为：测量端（工作端、热端） 热电极B 右端称为：自由端（参考端、冷端） 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 A B 热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比 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。 从实验到理论：热电效应 A eAB（ T ） 自由 电子 ＋ B T 热电偶电动势EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0) *