第九章__热电式传感器

ln
NB NC
kT0 e
ln
NC NA
kT0 e
ln
NB NA
-EAB(T0 )
EC(T0,T0) 0, EA (T0,T) -EA(T,T0)
所以
EABC(T ,T0 ) EAB(T ) - EAB(T0 ) EB(T,T0 ) - EA(T ,T0 )
EAB(T ,T0 )
(9.4)
可进一步写成
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EAB(T ,T0 )
k(T - T0 ) e
ln
NA NB
-
T
T0 ( A - B )dT
第九章__热电式传感器
9.1.1 基本原理及热电效应
几点结论： ①如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使
是两结点的温度不同也不会产生热电势。 ②组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但
是两结点的温度相同也不会产生热电势。 ③由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端
温度T0恒定时，产生的热电势在一定的温度范围内是 热端温度 T 的单值函数。
第九章__热电式传感器
赛贝克效应
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9.1.2 热电偶的基本定律
1.匀质导体定律 由同一种匀质（电子密度处处相同）导体或半
导体组成的闭合回路中，不论其截面积和长度如 何，不论其各处的温度分布如何，都不能产生热电 势，这就是匀质导体定律。
因而中间导体定律得到证明。
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9.1.2 热电偶的基本定律
此定律具有特别重要的实用意义，因为用 热电偶测温时必须接入仪表(第三种材料)，根 据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一 致，仪表的接入就不会影响热电势。
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9.1.2 热电偶的基本定律
3. 连接导体定律和中间温度定律 在热电偶回路中，如果热电极A与B分别连接导线
（1）热电偶必须由两种不同的匀质材料制成， 热电势的大小只与热电极材料及两个结点的温度有 关，而与热电极的截面及温度分布无关。
（2）此定律可用来检验热电极材料是否为匀质 材料。
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9.1.2 热电偶的基本定律
2.中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种金属导体，如图所示，
只要该金属导体C与金属导体A、B的两个结点处在同一 温度，则此导体对于回路总的热电势没有影响，称为中 间导体定律。
9.1.1 基本原理及热电效应
2.热电效应 将两种不同的导体（或半导体）A、B组合成闭合
回路，若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动， 即回路中有热电动势存在，这种现象称为热电效应或 塞贝克效应。
此电动势的大小除了与材料本身的性质有关以外， 还决定于结点处的温差。
热电效应产生的热电势由接触电势(珀尔帖)和温差 电势(汤姆逊)两部分组成的。
1.基本原理
1821年赛贝克发现了铜、铁这两种金属的温差电
现象。即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接
头中的一个加热即可产生电流，如图所示。
在冷接头处，电流从铁流向铜。由于冷、热两个
端（接头）存在温差而产生的电势差E，就是温差热
电势。
这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势
的装置称为热电偶。
第九章__热电式传感器
热电偶回路接入中间导体C后的 热电势为：
EABC(T ,T0 ) EAB(T ) EBC(T0 ) ECA(T0 ) EA (T0 ,T ) EB (T ,T0 ) EC(T0 ,T0 )
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9.1.2 热电偶的基本定律
EBC (T0 ) ECA (T0 )
kT0 e
σA为温度系数（又叫汤姆逊系数），它表示单一导体的两端温 差为1℃时所产生的温差电势。
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9.1.1 基本原理及热电效应
热电偶的热电势如图所示
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9.1.1 基本原理及热电效应
可表示为：
EAB(T,T0 ) EAB(T ) - EAB(T0 ) EB(T,T0 ) - EA(T,T0 ) (9.3)
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9.1 热电偶传感器
热电偶传感器简称热电偶，是目前接触式测温中 应用最广的热电式传感器。其测温范围较宽，一般为 -50~1600℃，最高的可达到3000℃， 并有较高的测量 精度。
另外，它具有结构简单、制造方便、热惯性小、 输出信号便于远传等优点。其产品已标准化、系列化、 运用十分方便。
可表示为：
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9.1.1 基本原理及热电效应
EAB(T )
KT e
ln
NA NB
(9.1)
式中，EAB(T)为A、B两种导体在温度T时的接 触电势；
K为玻尔兹曼常数；e为电子电荷；
NA，NB为导体A、B的自由电子密度； T为结点处的绝对温度。
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9.1.1 基本原理及热电效应
（2）温差电势(汤姆逊电势)
产生原因是，金属导体两端的温度不同，则其自
由电子的浓度亦不相同，温度高的一端浓度较大;因此
高温端的自由电子将向低温端扩散，高温端失去电子
带正电，低温端得到多余的电子带负电，从而形成温
差电势：
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
(9.2)
式中，EA(T,T0)为导体A的两端温度分别为T与T0时的温差电势；
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9.1 热电偶传感器
9.1.1 基本原理及热电效应 9.1.2 热电偶的基本定律 9.1.3 热电偶冷端温度及其补偿 9.1.4 热电偶的材料、分类与结构 9.1.5 热电势的测量及热电偶的标定 9.1.6 热电偶的传热误差和动态误差
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9.1.1 基本原理及热电效应
第9章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化 的传感器。
它是利用测温敏感元件的电或磁的参数随温度变 化而改变的特性，将温度变化转换为电量变化达到测 量温度的目的。
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第9章 热电式传感器
9.1 热电偶传感器 9.2 热电阻传感器 9.3 热敏电阻 9.4 晶体管和集成温度传感器
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9.1.1 基本原理及热电效应
（1）接触电势
当两种导体（或半导体）接触在一起时，由于不
同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子
迁移扩散。
失去电子的导体呈正电位，得到电子的导体呈负
电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成
电位差，此电位差称为接触电势。
其大小与两种导体的性质及结点的温度有关，