热电偶传感器 .ppt

*关于热电偶传感器第1页，共42页，星期日，2025年，2月5日实验----热电偶工作原理演示热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB第2页，共42页，星期日，2025年，2月5日1821年，德国物理学家西拜克（See－back）用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指针的偏转角反而减小（又说明什么？）。指针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。热电效应6.3热电偶传感器第3页，共42页，星期日，2025年，2月5日通过以上演示得出结论——有关热电偶热电势的讨论将两种不同的导体A、B组合成闭合回路。若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动，即回路中有热电动势存在。此电动势的大小除了与材料本身的性质有关以外，还决定于结点处的温差，这种现象称为热电效应。热电偶就是根据此原理设计制作的将温差转换为电势量的热电式传感器。6.3热电偶传感器第4页，共42页，星期日，2025年，2月5日温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。6.3热电偶传感器★热电偶测温原理★热电偶的基本定律★热电偶的冷端处理及补偿第5页，共42页，星期日，2025年，2月5日两种不同的导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，即回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。热电偶原理图TT0AB一、热电偶测温原理回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势组成。热端冷端第6页，共42页，星期日，2025年，2月5日1.接触电势由于不同的金属材料内部的自由电子密度不同，当两种金属材料A和B接触时，自由电子从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，产生自由电子的扩散现象。+ABeAB(T)-接触电势原理图eAB(T)——导体A、B结点在温度T时形成的接触电动势；e——单位电荷，e=1.6×10-19C；k——波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K；NA、NB——导体A、B在温度为T时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。一、热电偶测温原理第7页，共42页，星期日，2025年，2月5日2.温差电势AeA(T,To)ToT温差电势原理图在同一金属材料A中，当金属材料两端的温度不同时，两端电子能量不同，温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到平衡。eA(T，T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0——高低端的绝对温度；——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势。一、热电偶测温原理第8页，共42页，星期日，2025年，2月5日由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.热电偶回路的总电势NAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；σA、σB——导体A和B的汤姆逊系数。第9页，共42页，星期日，2025年，2月5日热电势存在必须具备两个条件：（1）两种不同的金属材料组成热电偶（2）其两端存在温差热电偶的热电势，等于两端温度分别为T和零度以及T0和零度的热电势之差。一、热电偶测温原理第10页，共42页，星期日，2025年，2月5日4.导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。3.只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。1.热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端