第七章热电式传感器
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[例]当T为100℃，T0为0℃时，鉻 合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）为 +3.13mV，铝合金—铂热电偶E （100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合 金—铝合金组成热电偶的热电势E （100℃，0℃）。
解：设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。 即EAC（100℃，0℃）=+3.13mV EBC（100℃，0℃）=-1.02mV 根据式（7-8），有 EAB（100℃，0℃）=EAC（100℃，0℃）-EBC（100℃，0℃） =3.13mV-1.02mV=4.15mV
（3）冷端恒温法
自由端温度测量计算法需要保持冷端温度恒定。在实验室 及精密测量中通常把冷端置于冰点槽中，使之温度为0℃。 工业应用时，一般把冷端放在电加热的恒温器中。
1．热电效应
（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。
（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。
第七章 热电式传感器
7.1 热电偶传感器 7.2 热释电传感器
第一节 热电偶传感器
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。
它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热 惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换 等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体 以及固体壁面的温度。
（3）回路总电势
热电偶的热电势可表示为： E A(B T ,T 0)eA(B T)C f(T
（4）结论
热电势与温度之间的关系是 通过热电偶分度表来确定。
①热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的 长度、粗细无关。 ②只有用不同性质的导体（或半导体）才能组合成热电偶；相同材料不会 产生热电势。 ③只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势 产生。 ④导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使 EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T 的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。
微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
三、热电偶传感器的应用
1．热电偶冷端的温度补偿 （1）补偿导线
通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸 到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。
必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极， 使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本 身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补 偿作用。
补偿导线：在一定温度范围内（通常0~150℃）， 与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的 导线。
（2）冷端温度测量计算法
E A B T ,0 E A B T ,T 0 E A B T 0 ,0
EAB(T，T0)为测得的数值；T0为已知温度，可反查分度表 求得EAB(T0，0)；因此可以计算出EAB(T，0)值；正查分度 表可求被测温度T。
2．热电偶的基本定律
（1）中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两 端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。
可以在热电偶回路中接入电位计E，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。
（2）中间温度定律
定律描述：
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T B ,T 0 ') E A ( T B 0 ',T 0 )
3．热电偶的分度表
4．热电偶的结构形式
（1）普通型热电偶
为装配式结构，一般由热电极、绝缘管、保护套 管和接线盒等部分组成。贵金属热电极的直径不 大于0.5mm，廉价金属热电极直径一般为0.5～ 3.2mm；热电偶的长度为350～2000mm。由于热 容量大，温度响应较慢。
（2）铠装热电偶
它是将热电偶丝、绝缘材料和保护套管三者组合 装配后，经拉伸加工而成的一种坚实的组合体。 其外径一般为0.5～8mm其长度最大可达100m。 铠装热电偶温度响应快；挠性好，可弯曲适用复 杂场合安装使用。应用比较广泛。
（4）均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温 度梯度，回路中没有电流（即不产生电动势）；反之，如 果有电流流动，此材料则一定是非均质的。此为均质导体 定律。 ①热电偶必须采用两种不同材料作为电极。 ②对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度
分别为T1、T2、…、Tn，冷端温度为零度的热电势。其热
电势为：
E E A ( T 1 B ) B( T C 2 ) . .N .( T n A )
二、热电偶及其分度表
1．热电偶材料 热电极材料所满足的要求：
①热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势，热电势和温 度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；材料 的电阻温度系数要小，电阻率高，资源丰富，价格便宜。
②能测量较高的温度，并在较宽的温度范国内应用； ③物理性能稳定，导电性能好，热容量要小； ④化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀； ⑤热电性能稳定，热电特性不随时间改变； ⑥机械性能好，材质均匀； ⑦复现性要好，便于大批生产和互换，便于制定统一的分度表
2．热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
该定律为使用热电偶如何分度表提供了依据。同 时，可使用补偿导线使测量距离加长，也可用于
消除热电偶自由端温度变化影响。
（3）参考电极定律
定律描述：当结点温度为T、T0时，用导体A、B组成的热电 偶的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和。此 为参考电极定律，也称组成定律
E A ( T , B T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E B ( T C ,T 0 )
解：设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。 即EAC（100℃，0℃）=+3.13mV EBC（100℃，0℃）=-1.02mV 根据式（7-8），有 EAB（100℃，0℃）=EAC（100℃，0℃）-EBC（100℃，0℃） =3.13mV-1.02mV=4.15mV
（3）冷端恒温法
自由端温度测量计算法需要保持冷端温度恒定。在实验室 及精密测量中通常把冷端置于冰点槽中，使之温度为0℃。 工业应用时，一般把冷端放在电加热的恒温器中。
1．热电效应
（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。
（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。
第七章 热电式传感器
7.1 热电偶传感器 7.2 热释电传感器
第一节 热电偶传感器
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。
它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热 惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换 等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体 以及固体壁面的温度。
（3）回路总电势
热电偶的热电势可表示为： E A(B T ,T 0)eA(B T)C f(T
（4）结论
热电势与温度之间的关系是 通过热电偶分度表来确定。
①热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的 长度、粗细无关。 ②只有用不同性质的导体（或半导体）才能组合成热电偶；相同材料不会 产生热电势。 ③只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势 产生。 ④导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使 EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T 的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。
微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
三、热电偶传感器的应用
1．热电偶冷端的温度补偿 （1）补偿导线
通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸 到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。
必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极， 使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本 身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补 偿作用。
补偿导线：在一定温度范围内（通常0~150℃）， 与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的 导线。
（2）冷端温度测量计算法
E A B T ,0 E A B T ,T 0 E A B T 0 ,0
EAB(T，T0)为测得的数值；T0为已知温度，可反查分度表 求得EAB(T0，0)；因此可以计算出EAB(T，0)值；正查分度 表可求被测温度T。
2．热电偶的基本定律
（1）中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两 端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。
可以在热电偶回路中接入电位计E，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。
（2）中间温度定律
定律描述：
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T B ,T 0 ') E A ( T B 0 ',T 0 )
3．热电偶的分度表
4．热电偶的结构形式
（1）普通型热电偶
为装配式结构，一般由热电极、绝缘管、保护套 管和接线盒等部分组成。贵金属热电极的直径不 大于0.5mm，廉价金属热电极直径一般为0.5～ 3.2mm；热电偶的长度为350～2000mm。由于热 容量大，温度响应较慢。
（2）铠装热电偶
它是将热电偶丝、绝缘材料和保护套管三者组合 装配后，经拉伸加工而成的一种坚实的组合体。 其外径一般为0.5～8mm其长度最大可达100m。 铠装热电偶温度响应快；挠性好，可弯曲适用复 杂场合安装使用。应用比较广泛。
（4）均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温 度梯度，回路中没有电流（即不产生电动势）；反之，如 果有电流流动，此材料则一定是非均质的。此为均质导体 定律。 ①热电偶必须采用两种不同材料作为电极。 ②对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，接点温度
分别为T1、T2、…、Tn，冷端温度为零度的热电势。其热
电势为：
E E A ( T 1 B ) B( T C 2 ) . .N .( T n A )
二、热电偶及其分度表
1．热电偶材料 热电极材料所满足的要求：
①热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势，热电势和温 度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；材料 的电阻温度系数要小，电阻率高，资源丰富，价格便宜。
②能测量较高的温度，并在较宽的温度范国内应用； ③物理性能稳定，导电性能好，热容量要小； ④化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀； ⑤热电性能稳定，热电特性不随时间改变； ⑥机械性能好，材质均匀； ⑦复现性要好，便于大批生产和互换，便于制定统一的分度表
2．热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
该定律为使用热电偶如何分度表提供了依据。同 时，可使用补偿导线使测量距离加长，也可用于
消除热电偶自由端温度变化影响。
（3）参考电极定律
定律描述：当结点温度为T、T0时，用导体A、B组成的热电 偶的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和。此 为参考电极定律，也称组成定律
E A ( T , B T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E B ( T C ,T 0 )