光电检测技术常用器件及应用.ppt

热电偶热电偶的结构和工作原理热电效应：将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度(T,T0)不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克(Seebeck)效应。第31页，课件共74页，创作于2023年2月热电势由两部分组成两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个称为参考端（自由端或冷端）。一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的温差电势。第32页，课件共74页，创作于2023年2月当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷。于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。接触电势第33页，课件共74页，创作于2023年2月温差电动势将某一导体两端分别置于不同的温度场T、T0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场，该静电场阻止电子从热端向冷端移动，最后达到动态平衡。这样，导体两端便产生了电势，我们称为温差电动势。AeA(T,To)ToT温差电势原理图第34页，课件共74页，创作于2023年2月热电效应包括塞贝克(Seebeck)效应帕尔帖(Peltire)效应汤姆逊(Thomson)效应。第35页，课件共74页，创作于2023年2月背景资料塞贝克（Seebeck,ThomasJohann）俄国-德国科学家。1770年4月9日生于爱沙尼亚（俄国）的雷维尔；1831年12月10日卒于德国柏林。在1821年首先观察到，如果两种不同的金属在两处相接，并且两个结点保持不同的温度，就会有电流连续不断地流过电路。塞贝克本人对这种从热到电的转化（温差电）没有给予正确的解释，因而也就没有作深入的研究。所以”塞贝克效应”长达一个多世纪无人过问。第36页，课件共74页，创作于2023年2月有两种不同导体组成的回路中，如果导体的两个结点存在温度差，两个节点间将产生电动势E。这就是塞贝克效应或温差电效应。由于塞贝克效应而产生的电动势称作温差电动势。材料的塞贝克效应的大小，用温差电动势率表示。材料相对于某参考材料的温差电动势率为1.塞贝克(seebeck)效应温差电偶多个温差电偶串联会构成温差电堆第37页，课件共74页，创作于2023年2月2.帕尔帖(peltire)效应电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号表示。对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数表示帕尔贴效应与塞贝克效应都是温差电效应，二者有密切联系。事实上，它们互为反效应第38页，课件共74页，创作于2023年2月3.汤姆逊效应电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。这就是汤姆逊效应。由汤姆逊效应产生的热流量，称汤姆逊热，用符号表示(7)式中-----汤姆逊系数，；

-----温度差，K；

I-----电流，A。第39页，课件共74页，创作于2023年2月热电偶热电势的几点结论(a)热电偶所产生的热电势的大小与热电极的长度和直径无关，只与热电极材料的成分和两端的温度有关。第40页，课件共74页，创作于2023年2月(b)两个相同成分材料的热电极，不能构成热电偶。因为材料成分相同，则总电势也为零。第41页，课件共74页，创作于2023年2月(c)热电偶两端(结点)的温度相同时，总的热电势也为零。(d)热电偶的两个电极的材料确定以后，热电偶的热电势与热电偶两端的温度有关。第42页，课件共74页，创作于2023年2月结论