第8章 热电式传感器分析
第八章 热电式传感器
热端 扩散 冷端 温差电势 静电场
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
σA—汤姆逊系数 T0,T—A、B两节点绝对温度
总的温差电势：
T
EA(T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
结论：一般温差电势极小，所以在实际计算回来电势时，可以 忽略不计。
(4) 贵重金属，成本较高
应用： 标准温度计，高精度工业测温，高低温测试
温度与电阻阻值的关系
铜电阻 :金属铜丝(0.02 ~ 0.07mm)绕制成线圈
在-50~150℃时，铜电阻阻值与温度的关系为：
Rt R0 1 At Bt 2 Ct3
A 4.29 10 3 (℃)1 B 2.13 10 7 (℃)2 C 1.23 10 9 (℃)3
第八章 热电式传感器
工作原理：温度 → 敏感元件 → 电参数
分类:
温度 传感器
热阻效应
热电势效应 压电效应 光电效应 PN结热电效应
热电阻
金属 半导体
热电阻 热敏电阻
电涡流传感器
热电偶
压电陶瓷（热释电效应）
红外温度传感器、光纤温度传感器
热敏二极管/三极管、集成温度传感器
应用:
测温
接触测温 非接触测温
惠斯登电桥测量：直流电流和交流电桥
直流电桥中，RT1和RT2匹配，只要这两个电阻上有温差，放大器 就会输出与温差有关的信号。可测出0.01℃温差
交流电桥中，为了消除直流漂移和1/f噪声的影响，要使用交流窄 带放大器和相敏检波，而且交流放大器的中心频率远离低频端。此外， 要电桥中要采取电阻平衡和电容平衡达到温差为零，用来消除分布电 容的影响。漂移<0.01℃
《热电式传感器》PPT课件
在-50～150℃温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为： Rt＝R0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt — 温度为t℃时的铜电阻值 R0 — 温度为0℃时的铜电阻值
A、B、C — 常数 A＝4.28899×10-3/℃ B＝-2.133×10-7/℃2 C＝1.233×10-9/℃3
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
金属的电阻随温度的升高而
增大，但半导体却相反，它
温度
的电阻值随温度的升高而急
剧减小，并呈现非线性。
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
防水封装铂电阻
核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100 PT1000） 元件精度：±0.15℃ (A级) ±0.30℃ (B级) 封装材料：镀镍铜管或不锈钢管 管料尺寸：ø 4 * 25mm 连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
当热电阻安装 的地方比较远，则 其导线电阻当环境 温度变化时也要变 化，会造成测量误 差。
图中R1、R2、R3 为固定电阻，Rp为 调零电位器
其它热电阻
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
✓ 铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电 阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温 度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非 线性，仅用于-50~100℃；用的较少。
铂丝的电阻值与温度之间的关系
在-200～0℃范围内，Rt＝R0[1+At+Bt 2+C(t－100)t 3]
第8章热电式传感器剖析
非接触式测温：无需接触被测体，利用物体的热辐射能 量随温度变化而变化的原理实现测量。
类型有：光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤 高温传感器等。
测温范围一般为600—6000℃。
第8章热电式传感器剖析
第一节 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 优点有：
e N B T
e N B T 0
T
当参考端温度T0恒定时： ＥAB(T, T0) = f(T) - C
即总的热电势只与热端温度T成单值函数关系。
因此测得热电势的值，即可知道温度T的大小，利用热电 偶这一性质可以用来测温。
但是在实际应用过程中，这样做很麻烦，即必须通过繁杂 的计算才能得到温第度8章T热电，式工传感程器剖上析有没有比较简便的方法呢？
综上：热电偶回路中存在：两个接触电势eAB(T) 和eAB(T0)，两个温差电势eA(T,T0)和eB(T,T0)。
设T>T0，自由电子密度NA>NB，总的热电势为：
ＥAB(T, T0)=eAB(T) -eAB(T0) +eB(T, T0) -eA(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
e N e N 第8章B 热T 电式传感器剖析
B T 0
T 0
BA )d T
在总的热电势中, 温差电势比接触电势小很多, 在精度 要求不高的情况下, 热电偶的热电势可近似表示为：
ＥAB(T, T0) ≈eAB(T) -eAB(T0)
第8章热电式传感器剖析
根据ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
热电偶测温是基于热电效应（Seeback effect）
《热电传感器》课件
薄膜热电偶
具有体积小、重量轻、灵敏度 高、响应速度快等优点，适用
于微小面积的温度测量。
集成热电偶
将热电偶与信号处理电路集成 在一起，具有测量精度高、抗
干扰能力强等优点。
热电传感器的应用领域
工业自动化
用于测量各种工业设备 的温度，如炉温、液温
等。
医疗领域
用于测量体温、血液温 度等。
环境监测
用于测量环境温度、气 象温度等。
拓展应用领域与市场推广
总结词
拓展热电传感器的应用领域和市场推广是推动其发展的关键。
详细描述
随着环保意识的提高和物联网技术的发展，热电传感器在能源监测、环境监测、智能家居等领域的应 用越来越广泛。加强市场推广和合作，推动产学研用一体化发展，有助于加快热电传感器技术的普及 和应用。
PART 06
热电传感器案例分析
湿度
湿度对热电传感器的性能也有一定影响，湿度过高可能导致传感器性能下降或 出现误差。因此，在高湿度环境下使用时，需要进行相应的防护措施。
PART 04
热电传感器的设计与优化
结构设计
01
02
03
结构设计
热电传感器的结构设计应 考虑热电效应的原理，确 保热电材料能够有效地将 温度差转化为电信号。
热电偶设计
线性范围与测量误差
线性范围
线性范围是指热电传感器输出电压 与温度变化之间的线性关系能够覆盖 的范围。线性范围越宽，传感器能够 测量的温度范围越广。
测量误差
测量误差是指由于传感器本身的误差 以及环境因素的影响，导致实际测量 值与真实值之间的偏差。误差越小， 传感器性能越好。
响应时间与稳定性
响应时间
详细描述
传感器技术课件——热电式传感器
17
A
A
T 证明：
E AB T ， T0
Tm
B B
T0
Tm
E AB T － E AB T0
E AB T － E AB Tm E AB Tm － E AB T0 E AB T ， Tm
E A B T m， T 0
9
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。
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 ) K (T T 0 ) e ln nA nB
在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。
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 A B T0 E B C T0 E C A T0 0
T0 A T
T0 B
即
E B C T0 E C A T0 E A B T0
则
E A B C T ， T0 E A B T - E A B T0 E A B T ， T0
两式相减得：
E AC T ， T0 - E BC T ， T0
E BC T0
E AC T － E AC T0 － E BC T
E AC T － E BC T － E AC T0 － E BC T0
并通常使 T 0 为常数，即 这样回路总热电势就是温度 测量温度带来极大方便。
o
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 )
《传感器与检测技术(第2版)》课后习题8 热电式传感器(113)
第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。
A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。
A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。
A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。
A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。
A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。
A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。
A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。
A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。
A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。
A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。
例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。
把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。
所谓热电效应，就是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。
由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。
接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。
其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。
温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。
其。
《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第8章 热电式传感器
第8章热电式传感器
三、填空题
四、简答题
1、答：①两种不同材料的导体（或半导体）A、B两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。
当两接点温度不等时，回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点的温度有关的电动势，从而形成电流，这种现象称为热电效应。
该电动势称为热电动势。
②接触电动势：接触电势是由两种导体的自由电子密度不同而在其接触处形成的热电势。
它的大小取决于两导体的材料及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。
③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。
知识点：热电偶
2、答：中间导体定律：热电偶测温时，若在回路中接入第三种导体，只要其两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。
中间导体定律的意义在于：在实际的热电偶测温应用中，测量仪表和连接导线可以作为第三种导体对待。
知识点：热电偶
3、答：标准电极定律：如果两种导体A，B分别与第三种导体C组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A，B组成的热电偶产生的热电动势可由下式确定：
E AB（t，t0）=E AC（t，t0）- E BC（t，t0）
标准电极定律的意义在于，纯金属的种类很多，合金的种类更多，要得出这些金属件组。
传感器作业——热电式传感器
光电式传感器原理及应用院系：物电学院电子信息工程班级：学生姓名：学号：光电式传感器原理及应用摘要：本文着重研究压光电式传感器的原理及光电式传感器的应用，即基于光电式传感器的科学原理及其在实际生产生活中的运用。
本文通过对传感器原理、光电效应、传感器的应用等的学习，分析了热电式传感器的基本原理及其电量转化等的工作过程。
在目前自动化、智能化发展的趋势下，传感器的应用越来越广泛与重要，本文的研究目的即在于深入了解传感器的原理与基本结构以期站在本源的角度分析与应用光电式传感器。
关键词：光电效应；光电式传感器引言：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
基于光电效应的传感器—光电式传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。
它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。
光电测量时不与被测对象直接接触，属于非接触式测量。
光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。
因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。
其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。
一.光电式传感器的基本原理：光电式传感器基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。
它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。
光电效应：它是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应和光生伏特效应三类。
外光电效应是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。
《传感器与检测技术胡向东第》习题解答
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
y代表水银柱高（mm）, x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：一阶传感器的微分方程为
式中τ——传感器的时间常数；
——传感器的灵敏度。
∴对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s，灵敏度为1。
→∞时，输出为100mv。试求该传感器的时间常数。
②霍尔电势
霍尔电势与霍尔电场E、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。
③霍尔传感器的灵敏度 。
为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
解： ，
∴ ，
∴τ
解： ，
，
解：当 时共振，则
所以：
ω)和相位差φ(ω)各为多少？
解：二阶传感器的频率响应特性：
幅频特性：
相频特性：
∴当f=600Hz时，
，
；
当f=400Hz时，
。
第3章电阻式传感器
答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。
CH热电式传感器(含答案) 《传感器与检测技术(第版)》习题及解答
第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。
A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。
A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。
A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。
A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。
A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。
A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。
A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。
A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。
A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。
A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。
第8章热电式传感器传感器基础课件
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
1半导体温度传感器
第8章 半导体传感器
（一）半导体热敏电阻主要特点
(1)灵敏度高,有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变 的三种热敏电阻元件。其电阻温度系数要比金属大10～100倍以 上,能检测出10-6℃温度变化。
(2)小型,材料加工容易、性能好，最小的珠状热敏电阻可做到直径 为0.2mm,能够测出一般温度计无法测量的空隙、腔体、内孔、 生物体血管等处的温度。
成分中加入少量Y2O3和Mn2O3构
105
② P TC
成的烧结体。其特性曲线是随温度升 高而阻值增大,其色标标记为红色。
104
开关型正温度系数热敏电阻在居里点
附近阻值发生突变,有斜率最大的区
103
段,通过成分配比和添加剂的改变,可 使其斜率最大的区段处在不同的温度
102
① NTC
范围里,例如加入适量铅其居里温度 升高;若将铅换成锶,其居里温度下降 。
Rt=R0[1+α（t-t0）]
第8章 半导体传感器
1.热电阻传感器
对热电阻材料的要求：
①电阻温度系数α要尽可能大，且稳定； ②电阻率ρ要高； ③比热小，亦即热惯性小； ④电阻值随温度变化关系最好是线性关系； ⑤在较宽的测量范围内具有稳定的物理化学性质； ⑥良好的工艺性，即特性的复现性好，便于批量生产。
负温度系数（NTC）型半导体 热敏电阻研究最早,生产最成熟,是 应用最广泛的热敏电阻之一, 特别 适合于-100～300°C之间的温度 测量,其色标标记为绿色。
/ c·m
108
107
106
③ CTR
105
② P TC
104
103 ① NTC
102
101 0 40 80 120 160 200 t/℃
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其两端的温度相等，第三
导线的引入不会影响热电
偶的热电动势。
T
A
T0
B
T0
2020/10/18
19
参考电极定律 图中导体C接在A、B之间，形成三个热电偶组
成的回路。当结点温度为T，T0时，用导体A、B组 成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶 的热电动势的代数和。这一规律称为参考电极定律。
变得清晰可辨
2020/10/18
6
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPLeabharlann 散 热风扇温度升高后变为红色
低温时显示 蓝色
2020/10/18
7
热电偶测温的主要优点
1、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；
2020/10/18
10
一、热电偶的工作原理
1．热电效应
将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路，如果 两接合点处的温度不同（T0≠T），则在两导体间产生热电 势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。
T0
2020/10/18
A T
B
11
闭合回路中两种导体叫热电极；
两个结点中，一个称工作端或热端（T），另 一个叫参比端或冷端（T0）。
2020/10/18
22
几种常用热电偶的测温范围及热电势
分度号
B R S
名称
铂铑30－铂铑6 铂铑13—铂 铂铑10—铂
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 的指南针发生偏转（说明什么？），如果用 两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的 偏转角反而减小（又说明什么？） 。
显然，指南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。
2020/10/18
4
三、温度测量及传感器分类
温度传感器按照用途可分为基准温度计和 工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和 非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻 式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有 自发电型、非电测型等。
2020/10/18
5
介绍几种温度测量方法
示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案
只与结点温度有关。
2020/10/18
16
2．热电偶基本定律
（1）中间导体定律
如图A,B中接入第三导体C，当A、B结点温度为T，其余 结点温度为T0，且T>T0时，则回路中总热电动势为
EABC (T,T0 ) EAB (T ) EBC (T0 ) ECA (T0 )
A
T0
T
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第八章 热电式传感器
本章学习的主要内容有: 1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、了解热电偶的工作原理，了解热电 偶的分类及特点； 3、掌握控温仪表的接线方法。
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第一节 热电偶传感器
一、温度测量 的基本概念
温度标志着物 质内部大量分子无 规则运动的剧烈程 度。温度越高，表 示物体内部分子热 运动越剧烈。
A＋
T
自由 电子
B
eAB（ T ）
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（1）接触电动势
不同金属导体接触，在接触表面形成一个稳定的电 位差，叫做接触电动势。
大小可表示为
eAB (T )
kT e
ln
NA NB
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（2）同一导体中的温差电动势
单一导体，如果两端温度不同，在两端间会产生电 动势，即单一导体的温差电动势。
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模拟图：在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！
2
二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。 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。
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3
几种温标的对比
B
T0
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由于在T＝T0的情况下回路中总电动势为零 有
EABC (T0 ) EAB (T0 ) EBC (T0 ) ECA (T0 ) 0 EABC (T,T0 ) EAB (T ) EAB (T0 ) EAB (T,T0 )
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在热电偶回路中接入
第三种材料的导线，只要
温差电动势的大小可表示为
T
eA (T ,T0 ) T0 AdT
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有关热电偶回路的几点结论：
热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极。 如果热电偶两结点温度相等，则尽管导体A、B的
材料不同，热电偶回路内的总电动势亦为零。 热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间温度无关，
3、各温区中的热电势均符合国际计量委 员会的标准。
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第二节 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
左端称为：
测量端
A
（工作
端、热
端）
B
热电动势
热电极B
右端称为：
自由端
（参考 端、冷 端）
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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EAB (T ,T1) EAB (T1,T0 ) E（AB T ,T0 )
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二 热电偶的种类及结构
八种国际通用热电偶：
B:铂铑30—铂铑6 、R:铂铑13—铂 、S:铂铑10—铂 、
K:镍铬—镍硅 、N:镍铬硅—镍硅 、
E:镍
铬—铜镍、 J:铁—铜镍 、
T:铜—铜镍
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
由这两种导体的组合并将温度转换成热电动 势的传感器叫做热电偶。
热电动势是由两种导体的接触电势和单一导 体的温差电动势所组成。
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结点产生热电势的微观解释及图形符号
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自 由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发 生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属 A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得 到电子带负电，从而产生热电势。
EAB (T ,T0 ) EAC (T ,T0 ) ECB (T ,T0 )
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中间温度定律
A
A
A
T
T1 + T1
T0 = T
T0
B
B
B
当热电偶的两个节点温度为T，T1时,热电势为EAB （T,T1）；当热电偶的两个节点温度为T1，T0时, 热 电势为EAB(T1,T0)；当热电偶的两个节点温度为T， T0时, 热电势为