第8章 热电式传感器分析
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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
2020/10/18
B
T0
17
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 )
2020/10/18
18
在热电偶回路中接入
第三种材料的导线，只要
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。
EAB (T ,T0 ) EAC (T ,T0 ) ECB (T ,T0 )
2020/10/18
20
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
3、各温区中的热电势均符合国际计量委 员会的标准。
2020/10/18
8
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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9
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。
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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
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A T
B
11
闭合回路Hale Waihona Puke Baidu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）。
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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。
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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
2020/10/18
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
变得清晰可辨
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6
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
CPU散 热风扇
温度升高后变为红色
低温时显示 蓝色
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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；
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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
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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1
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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13
（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。
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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12
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 ,T1) EAB (T1,T0 ) E（AB T ,T0 )
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21
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
温差电动势的大小可表示为
T
eA (T ,T0 ) T0 AdT
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15
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，
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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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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
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
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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。
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
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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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。
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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
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闭合回路Hale Waihona Puke Baidu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）。
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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。
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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
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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！
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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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几种温标的对比
变得清晰可辨
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变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
CPU散 热风扇
温度升高后变为红色
低温时显示 蓝色
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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
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
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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1
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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13
（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
2020/10/18
14
（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。
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 ,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
温差电动势的大小可表示为
T
eA (T ,T0 ) T0 AdT
2020/10/18
15
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，