热电偶传感器课件..
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同样导体B两端的温差电动势如下式所示:
eB T,T0 B dT
T T0
(3) 回路总电动势
eA(T,T0)
A eAB(T) T B eB(T,T0) T0 eAB(T0)
图6-4 闭合回路总的热电势
E AB T ,T0 e AB T -e AB T0 eB T ,T0 -e A T ,T0
T kT N AT kT0 N AT 0 ln - ln B- A dT T0 e N BT e N BT 0
由于在金属中自由电子数目很多,温度对自 由电子密度的影响很小,故温差电动势可以 忽略不计,在热电偶回路中起主要作用的是 接触电动势。NAT和NAT0可记做NA,NBT和 NBT0可记做NB ,则 有
上式说明:只要A、B组成的热电偶在冷端 温度为零时的“热电动势 — 温度”关系已 知,则它在冷端温度不为零时的热电动势即 可知。
中间温度定律表明:当在原来热电偶回路 中分别引入与导体材料A、B相同热电特 性的材料C、D即引入所谓补偿导线时, 只要它们之间连接的两点温度相同,则总 回路的热电动势与两连接点温度无关,只 与热电偶两端的温度有关。
(2) 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体C,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。 C
T0 T0
右图回路中的总电动势为:
A
T
B
E ABC T,T0 e AB T eBC T0 eCA T0
如果回路中三个接点的温度都相同,即T= T0,则回路总电动势必为零,即:
e AB (T0 ) + eBC (T0 ) + eCA (T0 ) = 0
即:E AB (T,T0 ) = E AB (T,Tn ) + E AB (Tn,T0 ) 对于冷端温度不是零度时,热电偶如何分 度表的问题提供了依据。
当Tn=0℃时,则:
= E AB (T, 0)-E AB (T0, 0) E AB (T,T0 ) = E AB (T, 0) + E AB (0,T0 )
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电 偶,相同材料不会产生热电动势。因为当A、 B两种导体是同一种材料时, ln(NA/NB)=0,所以EAB(T,T0)=0。
③ 只有当热电偶两端温度不同时,不同材料 组成的热电偶才能有热电动势产生;当热电 偶两端温度相同时,不同材料组成的热电偶 也不产生热电动势,即EAB(T,T)=0。
E ABN e AB T1 eBC T2 eNA TN
3. 热电偶基本定律 (1)中间温度定律 热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电 动势等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn 和接点温度分别为Tn、T0时的相应热电动势 的代数和。
T A B Tn A B A B T0
证明:E AB T,Tn E AB Tn,T0 E e (e T ) e- ne T ) en (Te T T - eT ( e AB AB AB ( 0) AB BA 0) AB T AB AB T0
=E AB T,T0
e AB T -e AB T0
NA k E AB (T ,T0 ) ≈e AB (T )-e AB (T0 ) = (T-T0 )ln e NB
E T ,T e T -e T f T -C
AB 0 AB AB 0
在标定热电偶时,一般使T0为常数,则
3. 热电偶基本性质
① 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶 的材料及两端接点的温度有关;与热电偶 的长度、粗细、形状无关。
eA (T , T0 )
eB (T , T0 )
温差电动势的大小取决于导体的材料及两端 的温度。导体A两端的温差电动势可用下式 表示: T
e A T,T0 A dT
T0
eA(T,T0)——导体A两端温度分别为T、 T0时形成的温差电动势; T、T0——高、低温端的绝对温度; 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。
第七章 热电偶传感器
热电偶
一、 热电偶的工作原理 1. 热电效应
热电效应:两种不同材料的导体(或半导体)组成一个闭合 回路,当两接点温度T和T0不同时,则在该回路中就会产生电 动势的现象。
常见热Baidu Nhomakorabea偶
热电势 EAB( T,T0 )
B B T A T0 T
T0
A
热电偶 热电极 热端(工作端)
冷端(自由端)
接触电动势的大小与两种金属的材料、接 点的温度有关,与导体的直径、长度及几 何形状无关。 对于温度为T的接点,有下列接触电动势公 式:
kT N A e AB T ln e NB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的 高低及导体中的电子密度有关。
(2)温差电动势
对于任何一种金属,当其两端温度不同时, 两端的自由电子浓度也不同,温度高的一 端浓度大,具有较大的动能;温度低的一 端浓度小,动能也小。因此高温端的自由 电子要向低温端扩散,高温端因失去电子 而带正电,低温端得到电子而带负电,形 成温差电动势,又称汤姆森电动势。
④ 导体材料确定后,热电动势的大小只与 热电偶两端的温度有关。如果使eAB(T0)= 常数,则回路热电动势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基本原理。
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路, 若各接点温度分别为T1、T2……TN ,闭合回 路总的热电动势为:
2.热电动势的产生
1)单一导体的温差电势
2)两种导体的接触电势 3)热电偶回路的总热电动势
热电势 EAB( T,T0 ) (1 )接触电动势
接触电势
温差电势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的,则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电 子多,因而A对于B因失去电子而带正电,B获 得电子而带负电,在接触处便产生电场。A、B 之间便产生了一定的接触电动势。