第三章316温度传感器-1

②温差电动势
②温差电动势（续）
EA (T , T0 ) AdT
T0
T
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； σA——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，例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃。
总电势
处的温度不同，一端温度为T，，另一端温度
为T0 ，回路中将产生一个电动势，该电动势
的方向和大小与导体的材料及两接点的温度
有关。这种现象称为“热电效应”。产生的
电动势则称为“热电动势”。
（2）热电动势
热电动势由两部分电动势组成，一部 分是两种导体的接触电动势，另一部分 是单一导体的温差电动势。
①接触电动势
（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 种导体的两接点温度相同，则回路中总的热 电动势不变。
图 热电偶中接入第三种导体
中间导体定律的应用1
T0
T0
Tx
测量导线
电 压 表
中间导体定律的应用2
（3） 中间温度定律
对于同种热电偶，两端温度为T1、T3时产生的热电势为该热 电偶两接点温度为T1 、 T2和T2 、 T3时所产生的热电势的代 数和，T2为T1和T3之间的任一温度。
结论（续）
（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.
通常被测温度与热电势的关系由分度表给出，参考端 温度为0℃。
温度 /℃
20 30 40 50 80 90 100 110 120 130 140
①接触电势
（续）
KT N AT E AB (T ) ln e N BT
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 =1.38×10-23 J/K ； NAT、NBT ——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。
摄氏温度与华氏温度的关系：℉＝9/5℃+32， 或℃＝5／9（℉－32
三. 温度传感器的分类
������
接触式测温:基于热平衡原理 即测温敏感元件必须与被测介质接触，是两者 处于平衡状态，具有同一温度。 如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。
������ 非接触式测温:利用热辐射原理 测温的敏感元件不与被测介质接触，利用物体 的热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又 称辐射测温。 如辐射温度计，红外测温仪等。
3.6 温度传感器
一.温度
温度是表征物体冷热程度的物理量，它体现了物体 内部分子运动状态的特征。 温度是工业过程中最普遍而重要的操作参数.
温度不能直接测量。温度的测量都是借助于冷 热不同的物体之间的热交换，以及通过温度传 递到敏感元件后，其物理性质随温度变化而进 行的。
热电式传感器将温度变化转换成电量（电阻、电势 等）。 将温度变化转换为电阻变化的元件主要有热电阻和热 敏电阻； 将温度变化转换为电势的传感器主要有热电偶和PN结 式传感器； 将热辐射转换为电学量的器件有热电探测器、红外探 测器等。
热电势 0.80 1.20 1.60 2.02 3.26 3.38 4.10 4.51 4.90 5.30 5.73 /mV
2、热电偶基本定律
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（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，热电动势为零。 根据这个定律，可以检验两个热电极材料成 分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热 电极材料的均匀性。
当参考端温度
(2)
T0 恒定时， EAB (T0 )=C
(3)
EAB (T,T0 ) EAB (T) - C
结论
（1）热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料 及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。 （2）只有用不同性质的导体(或半导体)才能组 合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当 A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0， 也即EAB(T，T0)=0。 （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。
EAB T1, T3 EAB T1, T2 EAB T2 , T3
中间温度定律的应用
中间温度定律是制定热电偶分度表的理论 基础。热电偶分度表都是以冷端温度为0℃ 时做出的。 一般工程测量中冷端都不为零（任一恒定 值），因此，只要测出热端、冷端的热电 势，便可利用利用热电偶分度表求出工作 端的被测温度值。
由导体A、B组成的热电偶回路总的热电势为：
EAB (T , T0 ) EAB (T ) EAB (T0 ) EB (T , T0 ) EA (T , T0 )
实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是接触
电动势，温差电动势只占极小部分，可以忽略不计，
故上式可以写成
EAB (T,T0 ) EAB (T)-EAB (T0 )
测温方法比较
常用温度传感器
常用热电式传感器
测温 方式
精 测温范 传感器类型 度 围(℃) (%)
特点
（一）.热电偶 温度传感器
热电偶测温的主要优点
1、它属于自发电型传感器：测量时可以 不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达 -270C ，上限 可达1800C以上； 3 、各温区中的热电势均符合国际计量委 员会的标准。
二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。
它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。
各类温度计的刻度均由温标确定。
2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温
标、热力学温标等。
3、几种温标的对比
正常体温 热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是 为37 C ， T＝t＋273.15 相当于华 氏温度多 少度？
1.热电偶测温的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称 为：测 量端 （工作 端、热 端）
热电势
A
热电极B
右端称 为：自 由端 （参考 端、冷 端）
B
结论：当两个结点温度不相同时， 回路中将产生电动势。
（1）热电效应
当由两种不同的导体或半导体A和B组成
一个回路，其两端相互连接时，只要两结点