第3章 热电式传感器.pptxVIP

传感器技术与应用

2第3章热电式传感器3.1热电式传感器概述3.2热电偶3.3热电阻3.4集成温度传感器

第3章知识目标（1）掌握温度传感器的类型划分；（2）掌握热电偶的结构构成、类型划分、工作原理、分度表构成，及其冷端补偿问题；（3）掌握金属热电阻的材料属性、类型划分、工作原理和分度表构成，及其测量接线方式；（4）掌握热敏电阻的类型划分、基本特性，及其应用特点；（5）掌握典型集成温度传感器的工作原理及其基本应用特性。3

第3章能力目标（1）能够正确使用热电偶和金属热电阻的分度表，处理温度传感器测量数据；（2）能够根据实际工程测温需要，选择合适类型温度传感器，并且能够正确的掌握其电路应用特性。4

53.1热电式传感器概述基于热电效应实现温度测量基于热电阻效应实现温度测量利用半导体材料PN结的电流、电压特性与温度之间的关系实现温度测量。

63.2热电偶（2）测温范围广：-270℃~+l820℃。（3）热惯性小，输出信号便于远距离传输。（1）属于接触式有源传感器。热电偶主要特点：被广泛应用于家用电器、钢铁冶炼、火力发电、食品加工、卫星与航天器等领域。

73.2.1热电偶测温原理解析1.热电偶的基本构成2.热电偶的测温原理由两种不同的均质导体或半导体材料串接构成。热电效应当构成热电偶的两种不同的均质材料A和B（称为热电极）的两个接触端所处温度不同时，回路中将产生电动势，并形成电流，此种现象称为热电效应，或塞贝克效应。

83.热电偶基本概念注意：测量温度时，冷端需要置于恒定的温度场中。测量端（工作端、热端）参考端（参比端、补偿端、自由端、冷端）

94.热电偶的热电极分正极、负极国家标准《热电偶第1部分：分度表》（GB/T16839.1-2018）中明确了正极的定义：“当测量端的温度高于参比端时，相对于另一极具有正电势的热电极”。另一个热电极为负极。

105.热电偶热电动势分析热电动势=接触电动势+温差电动势接触电动势接触电动势温差电动势温差电动势

11（1）接触电动势形成原理解析当两种不同的导体、半导体材料接触时，在接触区域会发生多数载流子的扩散运动。对于金属导体，是自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散。接触电动势数值的大小取决于两种热电极材料的性质和接触点的温度。扩散运动最终达到动态平衡，在两种热电极材料的接触面的两侧会生成正、负电荷区，即为接触电动势。

12（2）温差电动势形成原理解析当同一导体或半导体材料的两端温度不同时，高温端的载流子能量要比低温端的载流子能量大，因此从高温端移动到低温端的载流子数量会比从低温端移动到高温端的多，从而会在导体或半导体材料两端形成电动势,称为温差电动势。

13（3）热电偶热电动势公式推导接触电动势?温差电动势接触电动势接触电动势温差电动势温差电动势总热电动势接触电动势接触电动势温差电动势温差电动势eAB(T，T0)=eAB(T)－eAB(T0)

14eAB(T，T0)=eAB(T)－eAB(T0) eAB（T，T0）=eAB（T）－C=f（T） 冷端需要置于恒定的温度场中

153.2.2热电偶基本定律热电偶对应四条基本定律，与热电偶的结构构成和热电极的材料特性密切相关。（1）均质导体定律如果组成热电偶的两个热电极是同一种均质材料，则热电偶回路中总热电动势都为零。与热电极的截面、长度，以及是否存在温差，温度如何分布，均不相关。应用案例：在实际的热电偶检定工作中，根据均质导体定律，采用改变热电偶插入检定炉深度的方法（提供温度梯度场），根据温度误差的大小来判断热电偶的热电极材料的不均匀性。

16（2）中间导体定律在热电偶的回路中接入第三种均质材料，只要此材料的两端温度相同，就对热电偶回路总热电动势不产生影响。

17依据中间导体定律，可以提高热电偶形态和测量方式的灵活性与便捷性：案例1：补偿导线法-延长热电极，令冷端远离测温现场，免受工作现场温度影响，进而影响温度测量数据的准确度。案例2：在测量液态金属或金属壁面温度时,可采用开路热电偶。热电偶热端呈开路状态，只需要确保两个热电极插入的位置温度相同即可。

18（3）中间温度定律表示热端温度表示冷端温度，表示中间温度应用：依据中间温度定律，可以对冷端温度不为0oC的热电动势进行数据修正，然后就可以使用冷端温度规定为0oC的热电偶分度表确认温度值。

19（4）参考电极定律（标准电极定律）如果一个热电偶A、B两种热电极分别与第3种热电极C组成两个热电偶，则由A、B组成的热电偶的热电动势等于A、C组成的热电偶的热电动势减去B、C组成的热电偶的热电动势。

20参考电极定律应用：可以在较大