检测与转换技术 教学课件 ppt 作者 郑骊 主编 霍平 主审第3章 热电偶型传感器.ppt

3.1温度 3.1.1温度的概念 温度是反映物体分子热运动的一个物理参数，是表示物体冷热程度的物理量 3.2热电偶 在两种不同的导体或半导体所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就会产生热电势（也称塞贝克电势）。这种现象称为热电效应。 3.2.2热电偶的工作原理 图3-3（a）、（b）为热电偶的原理结构与热电势示意图，A，B两种不同导体材料两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。这样就构成了一个热电偶。当两结点温度不等（TT0）时，回路中就会产生热电势，从而形成电流，这就是热电偶的工作原理。 通常T0端又称为参考端或冷端；T端又称为测量端或热端。 * Date: * Page: * 第3章 热电偶型传感器 3.1温度 3.2热电偶 3.3热电偶的测量线路与温度补偿 3.4热电偶型传感器的常用型号 3.5热电偶型传感器的应用 3.1.2温标 温标是温度的数值表示，为度量物体温度高低而规定的标尺。 常用的有：热力学温标（开氏温标）、摄氏温标和华氏温标。 1．热力学温标（开氏温标） 它是一种与物体任何物理性质无关的温标，是最科学、最客观的温标。为此，国际权度大会规定，热力学温标为国际统一的基本温标。目前，国内外所用的摄氏、华氏等温标，实际上只是延用了过去的名称，而在内容上都已根据热力学温标给予了新的内容和概念。热力学温标规定分子运动停止（即没有热存在）时的温度为绝对零度（或称最低理论温度），用标准大气压时纯水的三相点为定义固定点，并定义其温度为273.16 K的一种理想温度。 2．国际实用温标 目前，世界各国采用的均为“1968年国际实用温标”（IPTS—68）。它规定以热力学温度为基本温度，符号为T，其单位是K（开尔文）。定义1 K等于水的三相点热力学温度的l／273.16。也可用摄氏温度表示，符号为t，单位为℃。t与T的关系为 t＝T - 273.16 （3-1） 工程上近似取 t＝T - 273 （3-2） 3．摄氏温标 规定在标准大气压下，水的冰点为0℃，沸点为100℃，中间分为100等份，每等份代表1℃。 4．华氏温标 标准仪器是水银温度计。水银体积膨胀被分为100份，对应每份的温度为1华氏度，单位为“oF”。按照华氏温标，水的冰点为32 oF，沸点为212 oF。摄氏温度和华氏温度的关系为 3.2.1热电效应 热电效应是由珀尔帖效应和汤姆逊效应引起的，则热电势EAB（T,T0）由接触电势（珀尔帖电势）和温差电势（汤姆逊电势）组成。 式中， K—玻耳兹曼常数，K＝1.381×10-23J/K； e—电子电荷量，e=1.602×10-19C； T—结点处的绝对温度（K）； nA（T），nB（T）—材料A，B在温度T时的自由电子浓度 1．珀尔帖效应 当A、B两种不同材料的导体相互紧密地连接在一起时，如图3-1所示，由于导体中都有大量自由电子，而且不同导体材料的自由电子的浓度不同（假设导体A的自由电子浓度大于导体B的自由电子浓度），那么在单位时间内，由导体A扩散到导体B的电子数要比由导体B扩散到导体A的电子数多。这时导体A因失去电子而带正电，导体B得到电子而带负电，于是在接触处便形成了电位差。该电位差称为接触电势（即珀尔帖电势）。这个电势将阻碍电子进一步扩散；当电子扩散能力与电场的阻力平衡时，接触处的电子扩散就达到了动平衡，接触电势则达到一个稳态值。接触电势的大小与两导体材料的性质和接触点的温度有关，其数量级约为0.001～0.01 V。由物理学可知，两导体两端接触电势为 2．汤姆逊效应 如图3-2所示，对于唯一均质导体A，当其两端的温度不同时（假设一端的温度为T，另一端的温度为T0，而且T T0），由于温度较高的一端（T端）的电子能量高于温度较低的一端（T0端）的电子能量，因此产生了电子扩散，形成了温差电势，称作单一导体的温差电势（即汤姆逊电势）。该电势形成新的不平衡电场将阻碍电子进一步扩散；当电子扩散能力与电场的阻