第8章热电式传感器解析

e N e N 第8章B 热T 电式传感器解析
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章热电式传感器解析
根据ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
构造简单, 使用方便, 具有较高的精度、稳定性及复现性好, 温度测量范围宽（100~1600℃）, 在温度测量中占有重第8章要热电的式传地感器位解析。
一、热电偶测温原理
1、热电偶的结构
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。
热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作 端或热端，置于温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。
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(1) 接触电势
产生原因：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。
当两种导体接触时,自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩 散, 假设NA>NB，则电子扩散由A到B，在接触处A失去电子带正电, B 得到电子带负电, 形成稳定的接触电势。
接触电势的大小取决第于8章两热电种式传不感同器解导析 体的性质和接触点的温度。
e N B T
e N B T 0
T 0
BA )d T
可知：热电势的大小反映两个接点的温度差。
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，式工传感程器解上析有没有比较简便的方法呢？
第八章 热电式传感器
温度是表征物体冷热程度的物理量，它反映物体内部 各分子运动平均动能的大小。
热电式传感器测温原理： 热电式传感器测量温度是利用物体的某些物
理性质（电阻、电势等）随着温度变化的特征进行 测量的。
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测量温度的方法，按原理可分为：
接触式和非接触式
接触式测温：接触温度场，二者进行热交换（如：热电 偶、热电阻）。
讨论 热电偶回路的几点结论
根据热电势计算式
ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
e N B T
e N B T 0
T 0
BA )d T
结论（一）
如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的导体， 则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。 故必须采用两种不同的材料作为热电极。
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根据热电势计算式
ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
e N B T
e N B T 0
T 0
BA )d T
结论（二）
如果热电偶两结点温度相等（T=T0），
则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路内的总电势亦 为零。
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根据热电势计算式
e——单位电荷电量，e=1.6*10-19C;
有关
NAT、NBT和NAT0、NBT0——分别指在温度为T和T0时, 导 体A、B的自由电子密第度8章。热电式传感器解析
（2） 温差电势
产生原因：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。
同一导体的两端温度不同时, 高温端的电子能量要比低温端的电子能量大, 因 而电子从高温端跑到低温端, 结果高温端因失去电子而带正电, 低温端因获得 多余的电子而带负电, 并且形成一个静电场，该静电场阻止电子继续向低温 端迁移，最终达到动态平衡。因此，在同一导体两端便形成温差电势。
实际应用中， 为了简便，温度与热电势之间的关系是通 过热电偶分度表来确定的。
分度表是在参考端温度T0为0℃时，通过实验建立起来 的热电势与工作端温度T之间的数值对应关系。
例如：镍铬——镍硅热电偶分度表（参考端温度为0 ℃ ）
-
通过查表可以查 得输出热电势相 对应的工作端温
度T，避免了繁
杂的运算
第8章热电式传感器解析
ＥAB(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
e N B T
e N B T 0
T 0
BA )d T
第8章热电式传感器解析
温差电势的大小由下面的公式给出：
T
eA(T,T0) T0AdT
eB(T,T0) TT0BdT
A B ：汤姆逊系数，分别表示导体A、B两端的温度差
为1℃时所产生的温差电动势。
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如果传感器设计好了， 即导体A、B已经选定， 则温差电势也只与温
度有关
（3） 热电势 = 接触电势 + 温差电势
热电偶测温是基于热电效应（Seeback effect）
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2、热电效应AT来自T0B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），则在回路中就会产生电势， 这种现象称为热电效应。所产生的电势，称为热电势。
热电偶产生的热电势由两部分组成：
即两种导体的接触电势和同一导体的温差电势
热电偶两接点的接触电势 e A B (T ) 和 e A B (T 0 ) 大小可表示为 ：
eAB(T )
KT e
ln NAT NBT
eAB(T0)
KT0 e
ln
NAT0 NBT0
式中:
如果传感器设计好了，
K——波尔兹曼常数，k=1.38*10-23J/K; 即导体A、B已经选定，
则接触电势只与温度
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(
测温范围在-250——1800℃。
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℃。
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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：