《传感器技术及应用》课件项目3.pptx

项目三温度传

感器

任务一项目学习引导

任务二温度报警器

任务三恒温控制器

任务一项目学习引导

内容一温度测量的概念

温度是表征物体冷热程度的物理量。在人类社会的生产、

科研和日常生活中，温度的测量占有重要地位。但是温度不

能直接测量，而是借助于某种物体的某种物理参数随温度冷

热不同而明显变化的特性进行间接测量的。

热力学温度是国际上公认的最基本温度。我国目前实行

的为国际摄氏温度(符号为t)。两种温标的换算公式为

t(℃)=T(K)—273.15K(3-1)

进行间接温度测量使用的温度传感器，通常是由感温元

件部分和温度显示部分组成的，如图3-1所示。

t感温元件温度显示

图3-1温度传感器组成框图

内容二热电偶传感器

一、热电偶测温原理

1.热点效应

如图3-2所示，两种不同材料的导体A和B组成一个闭合

回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势

(电势)。这种现象称为热电效应，该电势称为热电势。热电

势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的。

图中两个接点，一个称为测量端或热端，另一个称为参考端

或冷端。热电偶就是利用上述热点效应来测量温度的。

图3-2热电效应图

2.两种导体的接触电势

假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和np,且

nAnp。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。

在同一瞬间，由A扩散到B中的电子比由B扩散到A中的多，

从而使金属A因失去电子带正电，金属B因得到电子带负电，

在接触面形成电场。此电场阻止电子进一步扩散，达到动态

平衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势eAp,

AB

如图3-3所示。

图3-3两种导体的接触电势

3.绝对测量与相对误差

对于单一导体，如果两端温度分别为T、To,且TTo,

导体中的自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端

扩散；高温端因失去了自由电子带正电，低温端获得了自由

电子带负电，即在导体两端产生了电势，这个电势称为单一

导体的温差电势，如图3-4所示。

图3-4单一导体温差电势

由图3-5可知，势电偶回路中产生的总热电势为

EAB(T,T₀)=eAB(T)+ep(T,T₀)-eAB(T₀)-eA(T,T₀)

或用摄氏温度表示为

EAB(t,to)=eAB(t)+ep(t,to)-eAB(to)-eA(t,to)

式中：EAB(T,T₀)为热电偶回路中的总电势；eAB(T)为热

端接触电势；ep(T,T₀)为B导体温差电势；eAB(T₀)为冷

端接触电势；eA(T,To)为A导体温差电势。

eAB(T)

T

上上

⊥

AB⊥

eA(T,To)eB(T,To)

T₀

eAB(To)

图3-5接触电势示意图

在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，

则热电偶的热电势可表示为

EAB(T,T₀)=eAB(T)-eAB(T₀)

对于已选定的热电偶，当参考端温度T₀恒定时，EAB(T₀)=c

为常数，则总的热电势就只与温度T成单值函数关系，即

EAB(T,T₀)=eAB(T)-C=f(T)

4.热电偶的基本定律

1)中间导体定律

在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度

相等，则热电偶产生的