第九章热电偶传感器分析

EAB（T，T0）(T＞ T0)
A(nA＞nB)
eAeBA(BT(T)T) B
T0 eAB(T0)
热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比
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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，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 。
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4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热力学温标（K）
热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的 最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学 定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是T， 单位是开尔文（K） 。
1990国际温标(ITS-90)
从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990 年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的 固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计 算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01C）等。
-270～1370 C
41.276
E
镍铬－铜镍 (康 铜) －270～800 C
——?
3、几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析
N、K、E热电偶 的测温上限较高
E、J、K、N热 电偶的灵敏度较高
R、S、B热电偶 的灵敏度较低
多数热电偶的 线性较差
国际计量委员 会公布了分度表， 所以多采用查表法。
T:铜—铜镍
用于制造铂热 电偶的各种铂 热电偶丝
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2、几种常用热电偶的测温范围及热电势
分度号
名称
测量温度范围
1000C 热电势/
mV
B
铂铑30－铂铑6
50～1820 C
4.834
R
铂铑13—铂
-50～1768 C
10.506
S
铂铑10—铂
-50～1768 C
9.587
K
镍铬－镍铬 (铝)
2、结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和 形状的限制，可按照需要选择。
3、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达 1800C以上；
4、精度高，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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一、热电效应：
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
一端称为：
测量端、 工作端、
自发电型，标准化程度高，品 种多、可根据需要选择；需注 意冷锻温度补偿
标准化程度高；需要接入桥路 得到输出电压 体积小、线性好、测温范围小 面积大、可得到温度图像、易 衰老、分辨力低 非接触式测量、反应快；易受 环境及被测体表面影响；标定 困难
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举例：变色涂料在电脑内部温度中的示温作用
CPU散热 风扇
-250～1000 -200～300 -50～350 -50～300 1000～2100 200～1800 -200～1200 -200～900 -50～200 -50～150 -50～1300 0～100 -50～1500 500～3000 0～1000 0～3500
特点 不需要电源、耐用；感温部件 体积较大
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。
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几种温标的对比
正常体温为 37 C
相当于华氏 温度
1.8×37+32 =98F
相当于热力 学温标
37+273=310 K
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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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表：温度传感器种类及特点
所利用的物理现象 气体热膨胀
接触热电动势
热电阻 PN结结电压 温度—颜色 光辐射 热辐射
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传感器类型
气体温度计 液体压力温度计 玻璃水银温度计 双金属片温度计 钨铼热电偶 铂铑热电偶 其它热电偶 铂热电阻 热敏电阻
硅半导体 示温涂料 液晶 红外辐射温度计 光学高温温度计 热释电温度计 光子探测器
测温范围/0C
第九章 热电偶传感器
章节导入：
在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格， 并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学 研究得到广泛应用。
本章要点:
1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点，
会对热电偶进行选型；
3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法， 并会选择补偿导线。
因为绘制热电势-温度曲线或制定分度表时，总是将冷端置 于0℃这一规定环境中的缘故所有曲线均过原点。
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4、热电偶的分度表
我国从1991年开始采用国际计量委员会规 定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新 标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且 有相应的线性化集成电路与之对应。
4、掌握控温仪表的接线方法。
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第一节 温度测量的基本概念
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。
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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
温度升高后变为红色
低温时 显示蓝色
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举例：体积热膨胀式
不需要电源，耐用； 但感温部件体积较大。
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气体的体积与热力学 温度成正比
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举例：红外温度计
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第二节 热电偶的工作原理
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；
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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第三节 热电偶的种类及结构
一、热电偶的种类
1、八种国际通用热电偶：
B:铂铑30—铂铑6 K:镍铬—镍硅
E:镍铬—铜镍
R:铂铑13—铂 S:铂铑10—铂 N:镍铬硅—镍硅
J:铁—铜镍
A
热端
热电势
热电极B
一端称为： 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。
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通过以上演示得出结论
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势
与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T ）- eAB （ T0 ）