[信息与通信]检测_第七章热电偶传感器.ppt

* 第七章 热电偶传感器 第七章 热电偶传感器 第一节 热电偶工作原理 第二节 热电偶的材料、结构和种类 第三节 热电偶的冷端补偿 第四节 热电偶的测温电路 第一节 热电偶的工作原理 一、工作原理 1、热电效应 两种不同的导体（或半导体）A、B组成闭合回路，两个接触端处于不同的温度，则在回路中会产生热电动势，这种现象称为热电效应。 本章目录 A B t t0 热电偶： 热电极 热电极 工作端（热端/测量端） 自由端（冷端/参比端） 热电动势：两种导体的接触电动势； 单一导体的温差电动势。 A B t t0 2、热电势产生的原因（两方面） （1）不同导体的接触电势 原因： A、B材料不同，自由电子浓度不同，设NANB 在接触点位置要发生电子扩散，且在两个方向上扩散的速率不同。 总体是：A的浓度高，其扩散的速率大。 ∴A失去的电子比得到的多，故带“+”电荷 ∴B失去的电子比得到的少，故带“--”电荷 在A、B接触面上便形成一个从A指向B的静电场。 NA NB eAB（t） eAB（t0） 两种不同材料接触处会产生热电势 ， ： 接触电势的大小取决与两种不同的热电极材料的性质和接触点的温度，而与材料的几何形状和尺寸无关。 波尔兹曼常数 类似情况：电位器绕线与电刷若材料不同就会有接触电势——干扰信号。 （2）单一导体的温差电势 单一导体的两端存在温差时会产生热电势 eA（t，t0），eB（t，t0） 原因： 高温端：自由电子活动能力强 低温端：自由电子活动能力弱 ∴热端失去的电子比得到的多，故带“+”电荷 ∴冷端失去的电子比得到的少，故带“--”电荷 在材料内便形成一个从高温端指向低温端的静电场。 t t0 eA（t，t0） eB（t，t0） t t0 A A （3）回路总热电势 eAB（t，t0） t t0 A B eA（t，t0） eB（t，t0） eAB（t） eAB（t0） ∵ 温差电势接触电势 eAB（t，t0）与t，t0有关，若t0固定，则仅与t有关。 令t0=0℃，在不同的温度t的作用下，精确测量回路总电势eAB（t，t0），将测量的结果列成表格－－热电偶分度表（P86～91 表7－1）。 材料不同，温度与热电势之间的函数关系，一般采用实验的方法求取。 本节首页 二、有关热电偶的几个结论 1、均质导体定律 若组成热电偶回路的两种导体A，B材料相同，则无论冷热端温度如何，热电偶回路总电势为0。即： 若 A=B，则 eAB（t，t0）=0 ∴热电偶必须是两种不同导体（或半导体）组成。 解释： A=B，NA=NB 重点 2、中间温度定律 热电偶AB在结点温度为t，t0时的热电势等于热电偶在结点温度为（t，tn）和（tn，t0）时的热电势总和。 即： 各种热电偶的分度表均为在冷端温度t0=0℃时测得，而实际使用时一般t0≠0℃，利用这一公式可求出冷端为任意温度时的热电偶热电势。 3、中间导体定律 在热电偶的回路中（一般是将结点分开）接入第三种材料的导线（中间导体），只要第三种材料导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电势。 将AB热电偶的冷端分开，接入中间导体C，C的两端温度均为t0。 证明： 回路总电势：eABC（t，t0） 假设：NANCNB t t0 A B eAB（t） eAC（t0） t0 C eCB（t0） 情况1，若 t=t0： 情况2， 若 t≠t0，且tt0 由情况1: 得: 由此可见：总电势eABC（t，t0）中导体C的影响已完全消失。 中间导体的应用： mA T0 T0 T mA T T0 T0 mA T0 T0 T T 接入测量仪表 测量液体金属温度 测量金属表面温度 开路热电偶 4、标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。 即已知： 可得： 意义：如果没有AB材料热电偶的分度表，可以借助AC，BC材料热电偶的分度表来求得。 5、若热电偶两端温度相同t=t0，则尽管热电偶的两个材料不同，热电偶回路总电势为0。 6、热电偶AB的热电势与A，B材料的中间温度无关，而只与结点温度有关。 本节首页 第二节 热电偶的材料、结构、分类 一、热电偶材料 （1）温度测量范围广：较高的精确度，大的热电势，与温度单值，最好是线性的。 （2）性能稳定：热电性能稳定，均匀性和复现性好。 （3）物理化学性