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热电偶传感器演示文稿 当前第1页\共有28页\编于星期一\7点 （优选）热电偶传感器 当前第2页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 接触电动势 当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。如图所示。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。在温度为T时，两接点的接触电动势 可表示为： 4.1.1 热电势 图4-2 当前第3页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 2. 温差电动势 对于单金属，如两端的温度不同，同一导体的两端会产生一种电动势称为温差电势。原理是高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。其大小与金属材料的性质和两端的温差有关，温差电势可表示为： 4.1.1 热电势 由A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为： 图4-3 当前第4页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 3. 总电势 热电偶回路中产生的总热电势是由接触电势和温差电势组成，有： 4.1.1 热电势 当前第5页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 3. 总电势 由接触电势和温差电势的公式，可以得出如下结论： (1) 如果热电偶两电极的材料相同，即 ， ，虽然两端温度不同，但闭合回路的总热电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料做电极； (2) 如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即 ，闭合回路中也不产生热电势。 对于已选定的热电偶，当参考端温度To 恒定时， 为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即： 4.1.1 热电势 ， 由此可见：只要测出 的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理 当前第6页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 4.热电偶的分度表 目前用于不同用途的热电偶材料已经有很多种，但其中应用广泛的不过几种类型。它们已经形成了标准化热电偶。 标准化热电偶按IEC国际标准生产。热电偶的分度号主要有S、R、B、N、K、E、J、T八种，其中S、R、B是由铂和铂铑合金制成，属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T是由镍、铬、硅等金属的合金制成，属于廉金属热电偶。 4.1.1 热电势 ， 当前第7页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 5.热电偶的特点 （1）温度测量范围宽 常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-270℃(如金铁镍铬)，最高可达2800℃(如钨-铼)。 （2）精度高、性能稳定 因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。所以热电偶可以实现较高精度的温度测量。 （3）构造简单，使用方便 热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受金属丝尺寸的限制，外有保护套管，用起来非常方便。测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。 （4）可以远程测量 热电偶是将温度信号转换为电压信号，所以可以实现信号的远距离传输，可以对信号放大和转换，这在实际应用中是很重要的。 4.1.1 热电势 ， 当前第8页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 原理性的热电偶是由两种材料组成的闭合回路，但在实际应用中，需要引入测量电动势的仪表，并将仪表引到较远的位置，这就需要通过以下几个定律实现实际的应用。又由于测量的温度值是测量端和自由端的温度差，在计算测量端温度时，需要考虑自由端相应的热电势值。 4.1.2 热电偶基本定律 ， 当前第9页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 1. 中间导体定律 设在热电偶测温回路内，在图4-1的 To处断开，接入第三种导体C，接入第三种导体，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响，如图4-4所示。 4.1.2 热电偶基本定律 ， 图4-4 当前第10页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 2. 中间温度定律 4.1.2 热电偶基本定律 ， 当前第11页\共有28页\编于星期一\7点 4.1 基本原理 3. 标准电极定律 4.1.2 热电偶基本定律 ， 标准导体定律的意义在于：通常选用高纯铂丝作标准电极，只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来 当前第1