热电式传感器第一节热电偶传感器一、热电偶测温原理2、热电效应将两种不同性质得导体A、B串接成一个闭合回路,如果两接合点处得温度不同(T0≠T),则在回路中就会产生电势,这种现象称为热电效应。所产生得电势,称为热电势。(1)接触电势产生原因:由于两种不同导体得自由电子密度不同而在接触处形成得电动势。当两种导体接触时,自由电子由密度大得导体向密度小得导体扩散,假设NA>NB,则电子扩散由A到B,在接触处A失去电子带正电,B得到电子带负电,形成稳定得接触电势。式中:K——波尔兹曼常数,k=1、38*10-23J/K;e——单位电荷电量,e=1、6*10-19C;NAT、NBT与NAT0、NBT0——分别指在温度为T与T0时,导体A、B得自由电子密度。(2)温差电势产生原因:同一导体得两端因其温度不同而产生得一种热电势。同一导体得两端温度不同时,高温端得电子能量要比低温端得电子能量大,因而电子从高温端跑到低温端,结果高温端因失去电子而带正电,低温端因获得多余得电子而带负电,并且形成一个静电场,该静电场阻止电子继续向低温端迁移,最终达到动态平衡。因此,在同一导体两端便形成温差电势。温差电势得大小由下面得公式给出:ＥAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)+eB(T,T0)-eA(T,T0)在总得热电势中,温差电势比接触电势小很多,在精度要求不高得情况下,热电偶得热电势可近似表示为:根据ＥAB(T,T0)大家学习辛苦了，还是要坚持例如:镍铬——镍硅热电偶分度表(参考端温度为0℃)讨论热电偶回路得几点结论如果热电偶两结点温度相等(T=T0),则尽管导体A、B得材料不同,热电偶回路内得总电势亦为零。热电偶得热电势与A、B材料得中间温度无关,只与结点温度有关。3、热电偶得基本定律(1)中间导体定律提出问题:利用热电偶进行测温,测量热电势必须在回路中接入连接导线与仪表,接入导线与仪表后会不会影响回路中得总热电势大小呢？中间导体定律:在热电偶测温回路内,接入第三种导体,只要其两端温度相同,则对回路得总热电势没有影响。可以证明,接入第三导体回路中总得热电势为:(设NA>NB>NCT>T0)用热电偶测量金属壁面温度有两种方案,如下图所示,当热电偶具有相同得参考端温度t0时,问在壁温相等得两种情况下,仪表得示值就是否一样？为什么？(2)参考电极定律参考电极得实用价值在于:她可大大简化热电偶得选配工作。只要获得各个热电极与参考电极配对时得热电势值,那么任何两种热电极配对时得热电势均可按公式计算而无需再逐个去测定。(3)中间温度定律例如:用镍铬—镍硅热电偶测炉温时,其冷端温度t0＝30℃,在直流电位差计上测得得电动势EAB(t,30)=38、500mV,求炉温为多少?解:①查镍铬一镍硅热电偶分度表得:二、常用热电偶从理论上讲,任何两种不同材料得导体都可以组成热电偶,但为了准确可靠地测量温度,对组成热电偶得材料必须经过严格得选择。工程上用于热电偶得材料应满足以下条件:热电势变化尽量大,热电势与温度关系尽量接近线性关系,物理、化学性能稳定,易加工,复现性好,便于成批生产,有良好得互换性。实际上并非所有材料都能满足上述要求。目前在国际上被公认比较好得热电材料只有几种。国际电工委员会(IEC)向世界各国推荐7种标准化热电偶。我国从1988年开始采用IEC标准生产热电偶。目前工业上常用得有四种标准化热电偶1、铂铑10－铂热电偶2、镍铬－镍硅热电偶3、镍铬－考铜热电偶4、钨铼5－钨铼20热电偶三、热电偶得结构形式为了适应不同对象得测温要求与条件,热电偶得结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶与薄膜热电偶等。(1)普通型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多,她一般由热电极、绝缘套管、保护管与接线盒组成(2)铠装热电偶铠装热电偶又称套管热电偶。她就是由热电偶丝、绝缘材料与金属套管三者经拉伸加工而成得坚实组合体,她可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶得主要优点就是测温端热容量小,动态响应快,机械强度高,柔性好,可安装在结构复杂得装置上,因此被广泛用在许多工业部门中。(3)薄膜热电偶薄膜热电偶就是由两种薄膜热电极材料,用真空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成得一种特殊热电偶,薄膜热电偶得热接点可以做得很小(可薄到0、01~0、1μm)。具有热容量小,反应速度快等特点,热响应时间达到微秒级,适用于微小面积上得表面温度以及快速变化得动态温度测量。四、热电偶温度补偿补偿导线法在实际测温时,需要把热电偶输出得电压信号传输到远离现场数十米得控制室内得显示仪表或控制仪表。而热电偶一般做得比较短,故可用导线将热电偶得冷端延伸出来(这样