第5章热电偶传感器及应用分析
传感器原理及应用温度传感器
传感器原理及应用温度传感器一、传感器原理传感器是将非电信号转化为电信号的装置，它通过测量其中一被测量物理量（如温度、压力、湿度等）的变化，并将其转换为可用的电信号输出。
温度传感器是一种用来测量温度的传感器，它通常由敏感元件和信号处理电路组成。
敏感元件接受来自被测对象的温度变化，并将其转化为电信号，信号处理电路进一步处理该电信号并输出。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体温度传感器等。
1.热电偶：热电偶是利用两种不同金属的热电极在温度差下产生热电势的原理进行温度测量的。
当两个不同金属的连接点分别处在不同温度下时，会在连接点间产生热电势，称为温差电动势，通过对热电势的测量，可以得到被测温度。
热电偶具有响应快、测量范围广、结构简单等优点，常用于高温环境下的温度测量。
2.热电阻：热电阻是利用材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
热电阻通常由金属或半导体材料制成，在不同温度下，其电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化，可以得到被测温度。
常见的热电阻有铂电阻，具有精度高、稳定性好等特点，广泛应用于精密温度测量领域。
3.半导体温度传感器：半导体温度传感器是利用半导体材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
半导体温度传感器通常由硅基芯片制成，其电阻值随温度变化呈现一定的规律。
通过测量电阻值，可以得到被测温度。
半导体温度传感器具有体积小、响应快、价格低等优点，广泛应用于家电、电子产品等领域。
二、温度传感器应用温度传感器在各个行业和领域有着广泛的应用。
1.工业领域：温度传感器在工业领域中被广泛应用于监测加热设备、冷却系统、炉温控制等。
它可以帮助实时监测设备的温度变化，避免因温度过高或过低导致设备故障或损坏。
2.电子产品：温度传感器在电子产品中应用广泛，如智能手机、电脑、平板电脑等。
它可以用于监测设备的温度，防止设备因温度过高而损坏。
3.汽车行业：温度传感器在汽车行业中被用于发动机温度的监测，以及空调系统、冷却系统等的温度控制。
热电偶传感器陶瓷
热电偶传感器陶瓷热电偶传感器陶瓷是一种用于测量温度的重要材料。
它由两种不同金属的导线组成，通常是铜和铜镍合金。
这两种导线通过焊接点连接在一起，形成一个闭合回路。
当金属导线的两端温度不一致时，就会产生热电势差。
这个热电势差可以通过测量仪器得到，并转换为温度值。
热电偶传感器陶瓷的关键部分是陶瓷保护管。
陶瓷保护管的作用是保护热电偶导线免受外界环境的影响，并使其能够准确测量温度。
陶瓷保护管具有优异的绝缘性能和高温耐受性，能够在极端的工作环境下正常工作。
热电偶传感器陶瓷的工作原理是基于热电效应。
热电效应是指在两种不同金属导线的焊接点处，当温度差异存在时，会产生电势差。
这是由于不同金属导线的电子迁移率不同，导致电子在温度梯度下的迁移。
热电偶传感器利用这种效应来测量温度。
热电偶传感器陶瓷具有很多优点。
首先，它们可以在广泛的温度范围内工作，从低至几十摄氏度到高至千摄氏度。
其次，热电偶传感器陶瓷的响应速度非常快，可以实时测量温度变化。
此外，它们还具有良好的抗腐蚀性能和耐久性，可以在恶劣的工作环境中长时间使用。
热电偶传感器陶瓷在许多领域都有广泛的应用。
例如，在工业生产中，它们用于监测和控制各种设备和过程的温度。
在能源领域，热电偶传感器陶瓷可以用于监测发电机、锅炉和燃气管道的温度。
在医疗领域，它们可以用于测量人体温度，如体温计。
此外，热电偶传感器陶瓷还被广泛应用于实验室研究、气象观测和环境监测等领域。
总的来说，热电偶传感器陶瓷是一种重要的测温材料，具有广泛的应用前景。
它们通过利用热电效应来测量温度，并具有高温耐受性、响应速度快和抗腐蚀性能好等优点。
随着科技的不断进步，热电偶传感器陶瓷将在更多领域发挥重要作用，为人们提供更准确、可靠的温度测量。
热电偶传感器及其应用
热端。
热电极A
热电极B
右端称为：
自由端、 参考端、 冷端。
两种不同材料的导体组成的回路称为“热电偶”， 组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶产生的 电势称为热电势。
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热电偶传感器及其应用
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• 理论分析表明： 热电偶产生的热电动势是由两种导体的接触 电动势和单一导体温差电动势两部分组成。
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
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热电偶传感器及其应用
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在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要第 三种导体两端的温度相等，则对热电偶回路总的 热电动势无影响。
利用热电偶进行测温, 必须在回路中引入连接
• 热电偶传感器是一种能将温度转换为电动势的 装置。
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热电偶传感器及其应用
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§5.1 热电偶的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示：
热电极A
热电势
A
热电极B
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
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热电偶传感器及其应用
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从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组 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？）。 显然，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。
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热电偶传感器及其应用
热电偶传感器工作原理
热电偶传感器工作原理
热电偶传感器是一种常用于测量温度的传感器，其工作原理基于热电效应。
热电偶传感器通常由两种不同材料的金属导线组成，一段称为测量端，另一段称为引线端。
当热电偶传感器的测量端与待测物体接触时，测量端的温度会发生变化。
根据热电效应的原理，当两种不同材料的导线连成闭合回路时，当两个连接点温度不相等时，会产生电动势。
具体来说，热电效应分为两种：西贝克效应和伏特效应。
西贝克效应是指当两种不同金属导线的连接点温度不相等时，会产生一个电动势，其大小与温度差成正比。
而伏特效应是指通过金属导线时，因温差产生的电压或电流。
在热电偶传感器中，两种不同材料的金属导线连接处即为热电偶的测量端。
当测量端与待测物体接触时，测量端的温度会受到待测物体温度的影响，导致测量端与引线端之间产生一个电动势。
通过测量端与引线端之间的电势差，可以间接获得待测物体的温度。
需要注意的是，热电偶传感器的测量精度会受到一些因素的影响，例如导线材料的选择、温度梯度、电阻等。
因此，在使用热电偶传感器进行温度测量时，需要根据具体情况进行校准和修正。
浅谈热电偶传感器的测温原理及应用
工作原理 选型 冷 端 补 偿
如下 ：
一 、
热电偶测温基本原理
将 两种 不 同材 料 的导体或 半 导体Ａ和Ｂ 接起 来 ，构成一 个 闭合 焊
１ 、组 成热 电偶 的两个 热电极 的焊接必须 牢 固； ２ 、热电极之 间需要用 绝缘管保 护 ，以防短路 ； ３ 、保护 管 的作用 在于使 用 热 电偶 电极 不直 接与 被测介 质接触 ，
ＩＣ）推荐 了８ 种类 型 的热 电偶作为标 准化热 电偶 ，即 工业测温 用的热 电偶 ，其基 本构造 包括热 电偶丝 、绝缘管 、保护 际电工委员 会 （Ｅ 型 型 型 型 型 型、Ｒ 型和ｓ 。由于铂属于贵 重金 型 管 和接线盒等 ，为了保证 热 电偶 可靠 、稳 定地 工作 ， 它 的结 构要求 为Ｔ 、Ｅ 、Ｊ 、砭 、Ｎ 、Ｂ 对 属 ，故Ｂ，Ｒ，ｓ 又被 称为贵金属热 电偶 。 下 表 所 列 的是 常用 热 电偶 的材 料规 格
２ 、热电偶 的选型 选 择 热 电偶 要根 据使 用 温度 范 围 、所
需 精度 、使 用环 境 、测 定对 象 的性 能 、响
３ ０ 铂铑
６
确度高 ，稳定性好 ， ｊ 温温 区宽， 使用寿命 长，测温 上限高等 优点，
Ｓ
１ Ｏ
纯铂
中Ｏ ５ ．
ｌ０ ３０
１０ ６０
在 与其 具有 一定温 差 的很 大物体时 ，热 电偶
将接 受辐射能 。
中２０
６０ ５
７０ ５
测量微 小的温度变 化
。
适用 于湿度 热 电势均匀性 较差 。
Ｅ Biblioteka 镍铬 铜 镍 中３ ２ ． ７０ ５ ８０ ５
第5章《传感器及其应用》参考答案
第5章《传感器及其应用》第1节 揭开传感器的“面纱”【学习目标】1．了解传感器在生产和生活中的应用。
2．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
3．知道传感器的最基本原理及其一般结构。
4．知道敏感元件的作用。
【要点透析】1. 什么是传感器？传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）按一定规律转换成便于处理和传输电学量（如电压、电流等）的一种元件。
传感器输入的是非电学物理量，输出的是电学量。
将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理。
各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域。
2．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。
如图5.1-1所示。
敏感元件（预变换器）：将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件。
敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的。
转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件，如压电晶体、热电偶等。
转换电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。
3．传感器的分类传感器的种类很多，目前尚没有统一的分类方法，一般常采用的分类方法有如下几种：（1）按工作原理分类物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等；化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等； 生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适图5.1-1 敏感元件当转换器件组合成的系统。
如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。
（2）按用途分类这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据需要测量的对象选择所需要的传感器。
热电偶温度传感器
3．电桥补偿法
电桥补偿法也称自由端补偿法，是利用不平衡电桥产生的 热电动势来补偿热电偶温度传感器因自由端温度变化而引起的 热电动势变化。
4．计算修正法
图4-19 电桥补偿法
求出当自由端为0℃时的热电动势，通过查表计算的方法，得 到被测实际温度。
1.4 分类
1．普通热电偶温度传感器
普通热电偶温度传感器主要由接线盒、热电极、绝缘套管、 保护套管及热端等部分组成。
T 工作端
A T0
B 自由端
图4-11 测温原理
1．接触电动势
导体 A、B 在接触点温度为 T 时形成的接触电动势 eAB (T ) 可表示为
eAB (T )
kT e
ln
NAT NBT
（4-3）
式中， k 1.381023 J/K，称为波尔茨曼常数；T 表示接触点的绝对温度，单位为 K（开尔
文）；e 1.6 1019 C，表示单位电荷；NAT 、 NBT 分别表示导体 A、B 温度为 T 时的自由电子密
图4-17 参考电极定律
1.3 温度补偿方法
1．补偿导线法
可以用一对金属导线将自由端延长，这对导线称为 “补偿导线”。
补偿导线的热电特性在测量范围内必须与热电偶 温度传感器相同或基本相同，且价格相对较低。
A
A
T
B
B
T0
图4-18 补偿导线法
2．自由端恒温法
在实验室和精密测量中，通 常把自由端放入装满冰水混合物 的容器中，以使自由端温度保持 在0℃，这种方法称为零度恒温 法。
反之，如果唯一导体材料组成的回路中存 在热电动势，可验证此材料是非均质的。
在实际应用中，常用均质导体定律来检验 热电极材料成分是否相同，或该材料是否为均 质的。
第5章热电偶传感器及应用
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1．普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它 一般由热电极、绝缘套管、保护管和接 线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可 分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活 动法兰连接、无固定装置等多种形式。
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普通型热电偶结构图
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普通装配型热电偶的 外形
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀 在被测表面上等3种。所用的电极类型有铁-康 铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅等。测温范围 为−200～300℃。
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铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
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热电偶回路原理
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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。
在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势， 所以温差电动势可以忽略不计
E A B ( T 、 T 0 ) e A B ( T ) e A B ( T 0 ) k e T l n n n A B - k e T ０ l n n n A B k e ( T - Τ 0 ) l n n n A B
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铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
AB
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薄壁金属 保护套管 （铠体）
热电式传感器的应用
热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。
它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。
下面将详细介绍热电式传感器的应用。
一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。
热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。
当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。
通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。
热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。
二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。
在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。
热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。
热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。
三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。
在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。
热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。
热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。
四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。
在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。
压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。
这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。
五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。
例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。
成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。
第五章 热电偶传感器
传感器与检测技术
热电偶分度表
不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同 的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同 温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的 对照表，即分度表。 供查阅使用，每10℃分档 。中间值按内插法计算。
EM E L tM t L (t H t L ) EH EL
传感器与检测技术
见书23页
传感器与检测技术
4、补偿电桥法
补偿电桥法 是利用不平衡电 桥产生的电动势 来补偿热电偶冷 端温度变化而引 起的热电动势变 化。
+
-
传感器与检测技术
5、仪表机械零点调整法
用热电偶测温时，若t0=tn≠0℃，要使指示值不 偏低，可先将显示仪表指针调整到相当于热电偶冷 端温度tn的位置上。 应用于：一些精度要求不高、冷端温度不经常变化 的情况下。
红-紫 红-白
5.264 4.279
T
（铜—铜镍 ）
传感器与检测技术
例5-3
用镍铬—镍硅热电偶(K)测量某一实际为1000℃ 的对象温度。所配用仪表在温度为20℃的控制室 里，设热电偶冷端温度为50℃。当热电偶与仪表 之间用补偿导线或普通铜导线连接时，测得温度各 为多少?又与实际温度相差多少?
再查该分度表得被测温度t=1006.5℃。若不进行校正，则 所测9.481mV对应的温度为991℃，误差–15.5℃。
传感器与检测技术
例5-5
用S型热电偶测炉温，其冷端温度为30℃，显示仪 表的指示值为991℃，试求炉温。
解：在l000℃左右，铂铑10—铂热电偶的校正系数 可近似取0.55，因此按修正公式可得炉温t t= t′+Ktn= (991 + 0.55×30)℃= 1007.5℃ 与例5-4相比可以看出，近似计算法仅比准确计算方 法相差1℃。这说明此种方法在一些精度要求不高的现场 是可以使用的。
第五章 检测技术的基础——热电偶
假定,金属A的自由电子的密度为NA,金属B的自由电子的密度为NB. 自由电子的密度大的向自由电子的密度小的方向扩散。 失去电子一方带正电，得到电子一方带负电。 这种扩散运动逐渐在界面上建立电势，类似于势垒，它又阻碍 自由电子进一步扩散，产生了一个动态平衡。
接触电势的关系式：
KT N A E AB (T ) ln e NB
热电偶的结构与材料,类型
任意两种导体或半导体材料都可以配置成热电偶。但真 正能作为测温元件具有一些技术要求。 ※有较宽的测温范围,长期使用的物理化学性能稳定; ※电导率高,电阻温度系数小; ※配置的热电势灵敏度高,热电势与温度之间成线性; ※易于复制,工艺简单,价格便宜。 上述要求在实际使用中很难完全符合。一般地,纯金属容易 复制,但热电势小,平均为20V/º C,非金属电极1000V/º C,但是 复制性与稳定性差。通常合金材料比较合适。
检测技术基础
检测就是去认识
——科学家西门子（W.Ven.Siemens）
四、热电偶传感器
一. 热电偶传感器的工作原理
温度测量是通过某些测温物质的各种物理性能变化，例如固体的 尺寸,密度,硬度,粘度,电导率,热辐射等的变化来判断被测物体的 温度。在许多测量方法中，热电偶测温的应用为最广泛之一。
主要优点：
（1）式减（2）式：
E AC (T , T0 ) EBC (T , T0 ) E AC (T ) E AC (T0 ) EBC (T ) EBC (T0 ) [ E AC (T ) EBC (T )] [ EBC (T0 ) E AC (T0 )] E AB (T ) E AB (T0 ) E AB (T , T0 )
中间温度定律为制定热电偶分度表奠定了基础。 许多年来，科学家们试图研究能否用函数关系式甚 至用分段函数来表达热电偶的热端（测量端）温度与 热电偶回路所产生的热电势之间的关系，最终没能成 功。 所谓分度表就是热电偶自由端（冷端）温度为0℃时 ，热电偶工作端（热端）温度与输出热电动势之间的 对应关系的表格。如果自由端温度不为0℃，则可通过 该定律及分度表求得工作端的温度t。
热电式传感器
0.00393（20℃）金 20 2.40.00324（20℃）
镍 20 6.84
0.0069（0℃～ 100℃）
铂 20 10.6
0.00374（0℃～ 60℃）
1. 热电阻的特性 1）铂热电阻
铂热电阻主要用于高精度的温度测量和标准测温 装置，性能非常稳定，测量精度高，其测温范围为200～850ºC。
2）铜热电阻 铜热电阻价格便宜，易于提纯，复制性较好，在
-50～150ºC测温范围内，线性较好，电阻温度系数比 铂高，但电阻率较铂小，在温度稍高时易于氧化，测 温范围较窄，体积较大。所以，铜热电阻适用于对测 量精度和敏感元件尺寸要求不是很高的场合。
热电阻的主要技术性能对照表
材料
铂（WZP）
铜（WZC）
温度测量方法
不需要电源，耐用； 但感温部件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
体积膨胀式
温度测量方法 红外温度计
5.1 热电阻式传感器
利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化的特 性制成的传感器称为热电阻式传感器。
主要用于对温度或和温度有关的参量进行检测， 其测温范围主要在中、低温区域（-200～850ºC）。
R1
R2
Rw RT2
热电阻流量计
RT1
电原理图
5.1.3 热电阻传感器的应用实例
三线式铂电阻测温电路 铂热电阻RT与高精度电阻R1～R3组成桥路，R3的 一端通过导线接地。RW1、RW2和RW3是导线等效电阻。
5.1.4 热敏电阻
热敏电阻一般是由金属氧化物陶瓷半导体材料， 经成型、高温烧结等工艺制成的测温元件，还有一部 分热敏电阻由碳化硅材料制成。热敏电阻的测温范围 一般为-50℃～+300℃（高温热敏电阻可测+700℃， 低温热敏电阻可测到-250℃），特性呈非线性，使用 时一般需要线性补偿。
热电偶的工作原理和应用
热电偶的工作原理和应用热电偶（Thermocouple）是一种利用热电效应来测量温度的传感器。
它由两种不同金属的导线组成，当两个导线的连接点处于不同温度时，将会产生一个电压差，称为热电势，该热电势与温度有关，通过测量热电势的大小可以确定物体的温度。
热电偶的工作原理是基于热电效应。
热电效应是指当两个不同金属导体形成闭合回路，在两个连接点的温度不同的情况下，电子在导线中移动时会发生方向变化，从而引起电流。
具体来说，对于热电对来说，如果一个导体（称之为热电极）的温度高于另一个导体（称之为冷电极），那么将发生热电势差，电子将从热电极流向冷电极。
这样就产生了一个电势差，可以通过测量该电势差来计算温度。
热电偶的应用非常广泛。
以下是一些热电偶的主要应用。
1.工业温度测量：热电偶在工业生产过程中用于测量各种物体的温度。
它们可以耐受高温，因此可以用于高温熔炼和烧结过程中的温度监测。
此外，热电偶还可以用于测量液体、气体和固体的温度。
2.热电偶炉温度控制：热电偶可用于控制炉温，确保温度在需要的范围内保持稳定。
热电偶可以将温度信号传输给温控设备，以调节炉子的燃烧和加热。
3.汽车工业：热电偶在汽车工业中用于测量发动机温度。
它们可以帮助检测引擎的过热情况，并在需要的时候触发警报。
4.食品加工：热电偶常用于食品加工中，以确保食品在正确的温度下加热和冷却。
例如，在烤箱中，热电偶可以测量食物的温度，以确定何时食物煮熟。
5.医疗设备：热电偶也被广泛应用于医疗设备中，例如血氧测量仪和体温计。
热电偶可以测量体温来帮助医生做出正确的诊断。
热电偶有许多优点，使其成为温度测量的首选传感器。
首先，热电偶可以在极端温度下工作，范围从低至零下200摄氏度到高至2300摄氏度。
其次，热电偶具有良好的线性性和快速响应。
此外，热电偶相对便宜且易于使用，且具有很长的使用寿命。
总结起来，热电偶是一种可靠且广泛应用于温度测量的传感器。
它们在工程、医疗、环境、食品等各个领域都发挥着重要作用，帮助我们监测和控制温度，确保物体、设备和过程处于安全和合适的温度范围内。
《热电偶传感器》课件
热电偶传感器的应用领域
工业自动化
在工业生产过程中，热电偶传感 器常用于测量各种气体和液体的 温度，控制生产过程中的温度参 数。
科学研究
在物理、化学、生物学等科学研 究中，热电偶传感器可用于测量 各种温度变化，如生物体内温度 变化、化学反应过程中的温度变 化等。
医疗领域
在医疗领域，热电偶传感器可用 于测量人体温度、血液温度等， 为医疗诊断和治疗提供重要数据 。
《热电偶传感器》PPT课件
contents
目录
• 热电偶传感器概述 • 热电偶传感器的性能参数 • 热电偶传感器的设计与优化 • 热电偶传感器的校准与标定 • 热电偶传感器的实际应用案例
01 热电偶传感器概 述
定义与工作原理
定义
热电偶传感器是一种将温度差转换为 电势差的传感器，通过测量电势差来 推算温度差。
要点二
要求
定期进行校准与标定，确保传感器性能稳定；遵循相关标 准和规范。
校准与标定的方法与步骤
方法：采用标准温度源、标准
步骤
电阻箱等设备进行校准与标定
。
01
02
1. 准备标准设备和热电偶传感 器；
03
2. 将热电偶传感器连接到标准
设备上；
04
3. 按照规定的测试条件进行测 试；
05
4. 记录测试数据并进行分析。
详细描述
在汽车发动机排放系统中，尾气温度是衡量发动机工作 状态的重要参数。热电偶传感器安装在排气管中，可以 实时监测尾气的温度变化。当尾气温度异常升高时，可 能表明发动机存在故障或燃烧不充分，需要采取相应措 施进行维修或调整。通过监测尾气温度，可以确保发动 机正常运转和排放达标，提高汽车的安全性能和环保性 能。
热电偶传感器PPT课件
5.2.2 热电偶结构
1．普通工业热电偶的结构 热电极、绝缘管、 保护套管、接线盒
2．铠装热电偶
1—测量端；2—热电极；3—绝缘管； 4—保护管；5—接线盒
由金属套管、绝缘材料和热电极经焊 图5.4 普通工业热电偶结构
接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。
4．补偿电桥法 补偿电桥法利用不平衡电桥
产生的不平衡电势来补偿因冷端 温度变化引起的热电动势变化值， 可以自动地将冷端温度校正到补 偿电桥的平衡点温度上。
5．显示仪表零位调整法
如果热电偶冷端温度已知且 恒定，则可预先将有零位调整器 的显示仪表的指针从刻度的初始 值调至已知的冷端温度值上，这 时显示仪表的示值即为被测量的 实际温度值。
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5.1.2 热电偶的基本定律
1．均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，
热电势均为零。 2．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体和原导体的两接点 温度相同，则回路中总的热电动势不变。 3．标准电极定律
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知， 则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。 4．中间温度定律
1－热电偶；2－补偿导线；3－铜导线；4－补偿电桥 图5.5 热电偶冷端补偿电桥
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5.4 热电偶测温线路
1．测量某一点的温度
图5.6 测量某点温度
2．测量两点之间的温度差
3．温差电动势
，
若将导体A或B的两端分别置于不同的温度场t、t0中（t > t0），
在导体两端便产生了电位差，将该电位差称为温差电动势。
热电偶温度传感器
热电偶温度传感器热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。
热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。
热电阻广泛用于测量—200～+850°C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000°C。
热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表构成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。
用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。
目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
目录工作方式优点选型资料影响测量的因素工作方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机掌控装置或者其它一次仪表上。
工业用热电阻安装在生产现场，与掌控室之间存在肯定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
国标热电阻的引线重要有三种方式1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必定存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的除去引线电阻的影响，是工业过程掌控中的最常用的。
3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻供给恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。
可见这种引线方式可完全除去引线的电阻影响，重要用于高精度的温度检测。
热电阻采纳三线制接法。
采纳三线制是为了除去连接导线电阻引起的测量误差。
这是由于测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。
热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。
热电偶传感器的原理及应用
热电偶传感器的原理及应用1. 热电偶传感器的原理热电偶传感器是一种常用的温度传感器，其原理基于热电效应。
热电效应是指当两个不同金属或合金的接点处于不同温度时，会产生电势差。
1.1 热电效应的发现热电效应最早是在1821年被德国物理学家Thomas Johann Seebeck发现的。
他注意到当将两个不同金属导线的两端接触并形成回路后，如果两端的温度不一样，就会产生电荷流动，这被称为“Seebeck效应”。
1.2 热电偶原理热电偶传感器由两根不同材料的金属导线组成，它们的接头被称为“热电接头”。
当热电接头的两端温度不一样时，就会产生电势差。
常见的热电偶材料包括K型热电偶（镍铬-镍铝）、J型热电偶（铁铜-铁铜镍）、T型热电偶（铜-铠）、E型热电偶（铜镍-铬镍）等。
电势差的大小与温度差成正比，可以通过测量电势差来确定温度差。
热电偶传感器通常与温度计或数据采集器连接，通过测量电势差，就可以获得被测物体或环境的温度。
2. 热电偶传感器的应用热电偶传感器具有广泛的应用领域，下面列举了几个常见的应用场景。
2.1 工业领域在工业领域中，热电偶传感器被广泛应用于温度监测和控制。
它们可以被用来测量液体、气体和固体的温度，用于控制工业流程和设备。
例如，在石油化工行业，热电偶传感器可以被用来测量储罐中的液体温度，以确保其在安全范围内。
在钢铁行业，热电偶传感器可以被用来测量冶炼过程中的温度，以控制金属的质量和成分。
2.2 环境监测热电偶传感器也可以用于环境监测，例如测量室内和室外的温度。
这些温度数据可以用于天气预报、气候研究、能源管理等方面。
2.3 医疗领域在医疗领域，热电偶传感器用于监测人体温度。
它们可以被用来测量口腔、腋下或直肠的温度，用于诊断疾病和监测患者的健康状况。
2.4 家用电器热电偶传感器在家用电器中也有应用。
例如，电饭煲和电热水壶中常常使用热电偶传感器来测量水的温度，从而控制加热元件的工作。
2.5 热处理在热处理过程中，热电偶传感器用于监测金属的温度。
热电偶传感器实验报告
热电偶传感器实验报告热电偶传感器实验报告引言：热电偶传感器是一种常用的温度测量设备，它基于热电效应原理，通过测量两个不同金属导线的温度差异来确定温度。
本实验旨在通过对热电偶传感器的实际应用和性能测试，深入了解其原理和特性。
一、实验目的本实验的主要目的是通过热电偶传感器的实际应用，探究其温度测量的准确性和稳定性。
同时，通过实验数据的分析和处理，了解热电偶传感器的线性度、响应时间等性能指标。
二、实验装置与方法实验装置主要包括热电偶传感器、温度控制器、数字温度计等设备。
首先，将热电偶传感器的两个导线分别连接到温度控制器上，并校准温度控制器的零点和量程。
然后，将热电偶传感器放置在待测物体上，调节温度控制器的输出，使得待测物体的温度逐渐升高。
同时，使用数字温度计实时监测热电偶传感器的输出温度。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们记录了不同温度下热电偶传感器的输出电压，并将其与数字温度计测得的温度进行对比。
实验数据显示，热电偶传感器的输出电压与温度呈线性关系，符合热电效应的基本原理。
此外，我们还观察到热电偶传感器的响应时间较短，可以实时反映温度变化。
为了更好地评估热电偶传感器的性能，我们进行了数据处理和分析。
通过对实验数据的线性回归拟合，我们得到了热电偶传感器的灵敏度和线性度。
结果显示，该热电偶传感器具有较高的灵敏度和良好的线性度，能够准确测量温度。
此外，我们还计算了热电偶传感器的测量误差和稳定性。
实验结果表明，在稳定温度条件下，热电偶传感器的测量误差较小，且具有良好的稳定性。
四、实验总结与展望通过本实验，我们深入了解了热电偶传感器的原理和性能特点。
实验结果表明，热电偶传感器具有较高的准确性、灵敏度和稳定性，适用于各种温度测量场景。
然而，本实验只涉及了热电偶传感器的基本应用和性能测试，还有许多其他方面的研究有待深入探索。
未来，我们可以进一步研究热电偶传感器的温度范围、抗干扰能力以及在特殊环境下的应用等方面。
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5.1热电偶工作原理
5.1.1 工作原理 5.1.2 热电偶的基本定律
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5.1.1 工作原理
1．热电效应 将两种不同成分的导体组成一个闭合回
路，当闭合回路的两个结点分别置于不 同的温度场中时，回路中将产生一个电 势，这种现象称为“热电效应”。 1821年由Seeback发现的，故又称为赛 贝克效应。
在热电偶中接入第3种均质导体，只要第 3种导体的两结点温度相同，则热电偶的 热电势不变。
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第3种导体接入热电偶回路
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推论
热电偶的这种性质在实用上有很重要的 意义，它使我们可以方便地在回路中直 接接入各种类型的显示仪表或调节器， 也可以将热电偶的两端不焊接而直接插 入液态金属中或直接焊在金属表面测量。
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热电动势示意图
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形成机理
该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引 起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进 行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自 导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作 用下自导体B到导体A的自由电子数相等时， 便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A 与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触 电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温 度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。
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2．接触电势
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 。
EAB(T,T0 ) EAB(T,Tn ) EAB(Tn,T0 )
定律是参考端温度计算修正法的理论依 据
热电偶中间温度定律示意图
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例2
镍铬-镍硅热电偶，工作时其自由端温度 为30℃，测得热电势为39.17mV，求被 测介质的实际温度。
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。
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eA (T、T0 )
T
T0 AdT
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4．热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分
别为T和T0，热电偶回路所产生的总电
动势，
EAB(T、T0) eAB(T) eAB(T0) eA(T、T0) eB(T、T0)
在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势， 所以温差电动势可以忽略不计
EAB (T、T0 )
eAB (T ) eAB (T0 )
kT e
ln
nA nB
- kT０ln e
nA nB
k e
(T
-Τ0
)
ln
nA nB
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结论
（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处 的温度如何，总电势为0。
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接触电势大小
eAB (T )
kT e
ln
nA nBLeabharlann （5-1）2020/10/18
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3．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
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5.1.2 热电偶的基本定律
1．均质导体定律 2．中间导体定律 3．标准电极定律 4．中间温度定律
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1．均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路中，不 论导体的截面和长度如何以及各处的温 度分布如何，都不能产生热电势。
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2．中间导体定律
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材 料不同，总热电势为0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶 的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形 状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热 电势便是两结点电势差。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动 势便成为热端温度Ｔ的单一函数。
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推论：在热电偶中接入第4、5……种导 体，只要保证插入导体的两结点温度相 同，且是均质导体，则热电偶的热电势 仍不变。
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3．标准电极定律
已知热电极A、B分别与标准电极C组成
热电偶在结点温度为（T，T0）时的热
电动势分别为和，则在相同温度下，由A、 B两种热电极配对后的热电动势为
第5章热电偶传感器及应用
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引言
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感 器。
它构造简单，使用方便，具有较高的准 确度、稳定性及复现性，温度测量范围 宽，在温度测量中占有重要的地位。
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主要内容
5.1热电偶工作原理 5.2热电偶的结构形式及材料 5.3热电偶实用测温线路和温度补偿 5.4热电偶传感器的应用实例
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热电偶回路原理
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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。
EAB (T,T0 ) EAC (T,T0 ) EBC (T,T0 )
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三种导体分别组成的热电偶
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例1
已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1 084.5,0）
=13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的
EBC（1 084.5,0）=8.354（mV）。求
铂铑30-铂铑6在相同温度条件下的热电动 势。
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解：
由标准电极定律可知，
EAB（1 084.5,0）=EAC（1 084.5,0） −EBC（1 084.5,0）
=13.937−8.354=5.583（mV）
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4．中间温度定律
热电偶在两结点温度分别为T、T0时的热 电势等于该热电偶在结点温度为T、Tn和 Tn、T0相应热电势的代数和，