第8章热电式传感器剖析

（1）中间导体定律的应用
• 利用热电偶测温，必须在热电偶回路中接入电位计E和导
线，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就
不会影响回路中原来的热电势。
t0
A t0
C
t
A t1 B
B t0
C
t1 A
测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路
t
第8章热电(式a传) 感器剖析
(b)
2．热电偶的基本定律 （2）中间温度定律
和
根据此性质，只要列 出热电势在冷端为 0℃的分度表，就可
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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4
体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但 感温部件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
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5
红外温度计
第8章热电式传感器剖析
6
• 温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使 用最普遍的传感元件之一。
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；
• 供查阅使用，每10℃分档 。中间值按内插法计算。
tMtLE EM H E EL L(tHtL)
第8章热电式传感器剖析
热电偶的分度表（热电势与温度的关系）
第8章热电式传感器剖析
S型(铂铑10-铂)热电偶分度表
第8章热电式传感器剖析
➢热电偶的基本定律 （1）中间导体定律
E A B C ( t ,t 0 ) E A B ( t ,t 0 ) E A B ( t ) E A B ( t 0 )
2、结构简单，准确度高、热惯性小，测温范围广 ，下限可达-270C ，上限可达1800C以上；
3、能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面 的温度。
4、微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。
第8章热电式传感器剖析
一、热电效应与热电偶测温原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
热电势
热电极B
kt 1
EA (t,t0 ) e
t0
nA
(t
d )
[nA
(t
)t
]
kt 1
EB (t,t0 ) e
t0
nB
(t
d )
[nB
(t )t ]
第8章热电式传感器剖析
温差电势
To A
eA(T,To)
t
EA(t,t0) t0Adt
T 温差电势原理图
EA(t，t0)——导体A两端温度为t，t0时形 成的温差电动势； t，t0——高低端的绝对温度；
A＋
T
自由 B 电子
eAB（ T ）
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（1）两种导体的接触热电势
接触电势的大小与温度高低及 导体中的电子密度有关。即， 取决于A、B的性质及接触点 的温度，而与其形状尺寸无关。
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（2）温差电动势
温差电动势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一 种电动势。高温侧电子受热能运动加剧，高温侧失去电子而带 正电，低温侧得到电子带负电即形成一个静电场，使两端出现 电位差，此电位差叫温差电动势。
因此，热电偶总电动势的影响因素： 材料和接点温度，与形状、尺寸等无关 •（1）两热电极相同时，总电动势为0 •（2）两接点温度相同时，总电动势为0
第8章热电式传感器剖析
（3）回路总电势
对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，EAB(T0) 为常数，即EAB(T0)=C，则总的热电动势就只与温度T成单 值函数关系，即：
• 两个结点中，一个称为工作端或热端，另外一个称为自由 端或冷端。
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（1）两种导体的接触热电势
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。
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，
例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃。
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（3）热电偶回路总电势
假设导体A的电子密度大于导体B的电子密度，则 总电动势为：
E A B ( t , t 0 ) E A B ( t ) E A ( t , t 0 ) E B ( t , t 0 ) E A B ( t 0 )
第8章热电式传感器剖析
A T
B A T B
TC
如第三种导体两端C 温度不TC
等，A将造成热电势变化， A
C
变化取决于导体热电性质
T与接点温度。因此，接入
T0
导体材料要根尽据量此与热性电质偶可在 热电性热质电相偶B近回路中引
Байду номын сангаас
TC
入各种测量仪表、
连线等均不影响
CD
热电势的测量
第8章热电式传感器剖析
2．热电偶的基本定律
左端称为：
测量端
A
（工作端、
热端）
右端称为： 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。
第8章热电式传感器剖析
8
一、热电效应与热电偶测温原理
• 两种不同的导体或半导体闭合回路，若连接处温度不同 （设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是 说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。回路中 所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温 差电势和接触电势。
e A B (T ,T 0 ) e A B (T ) C f(T )
实际中，热电势与温度之间的关系是通过热电偶分度 表来确定。 分度表是在参考温度为0℃时，通过实验建立 起来的热电动势与工作端温度之间的数值对应关系。
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热电偶的分度表
• 不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同 的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同 温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的 对照表，即分度表。
总电势中，温差电动势比接触电动势小很多，经常可以 忽略不计，则热电偶的热电动势可表示为：
E A B (t,t0 ) E A B (t) E A B (t0 )
第8章热电式传感器剖析
EABt,t0EABtEAt,t0EBt,t0EABt0 EABtEABt0 ktlnnAtkt0 lnnAt0 e nBt e nBt0
第 8 章 热电式传感器
8.1 热电偶（T——E） 8.2 热电阻（T——R） 8.3 热敏电阻（T——R）
第8章热电式传感器剖析
第一节 热电偶传感器
第8章热电式传感器剖析
介绍几种温度测量方法
示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案变
得清晰可辨
第8章热电式传感器剖析
3
变色涂料在电脑内部温度中的示温作用