第8章热电式传感器new
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EAB（T，T0）
第8章热电式传感器new
8.2来自百度文库1 热电效应
通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶；
A和B称为热电极，温度高的接点称为热端（工作 端），而温度低的接点称为冷端（自由端）。
T与T0温差越大，热电偶的热电势也越大。
经研究发现，热电势由两部分组成： 一、两种导体的接触电势帕尔贴电势 二、单一导体的温差电势汤姆逊电势
图8-2 热电阻测温电桥的四线连接法
将Rp和检流计串联，接触电阻的不稳定不会破坏 电桥的平衡和正常工作状态。
第8章热电式传感器new
8.2 热电偶
优点：
①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体 或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的；
②具有较高的准确度 ；
③测量范围宽: (-50℃~1600℃)
高温端的自由电子向低温端扩散，最后达到动态 平衡，在两端形成了一定的温差电势。
第8章热电式传感器new
当导体两端的温度分别为T、T0时，温差电动势为：
T
E A T ,T0 T0 AdT 式中A ：A导体的汤姆逊系数。
对于两种金属A、B组成的热电偶回路，汤姆逊电 动势等于它的代数和，即
EAB T ,T0
第8章热电式传感器new
A
+
-B
一、两种导体的接触电势
T eAB(T)
所有金属都具有自由电子，不同的金属自由电子 的浓度不同。
因此当两种不同金属A和B接触时，在接触点处发 生电子扩散，从而形成一个电场。
当由金属A扩散到金属B的自由电子与金属B扩散到 金属A的自由电子相等时，该过程便处于动态平衡， A和B两金属之间产生了一定的接触电势。
容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性 差，而且电阻值与温度的线性关系差，应用较少。
第8章热电式传感器new
8.1.2热电阻测量电路
最常用测量电路：电桥电路。 测量时，传感器放置在距离测量电路较远的位置 （如测量2000℃的高温）。 热电阻阻值较小，不能忽略连接导线的电阻。 采用三线或四线电桥接法消除该误差。
温度为T0时的接触电动势：
EAB T0
kT0 ln N A e NB
回路中总接触电动势为
E AB
T
E AB
T0
k e
T
T0
ln
NA NB
第8章热电式传感器new
二、单一导体的温差电动势
Ø产生温差电势的原因
任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自 由电子浓度也不同。
温度高 电子浓度大
温度低 电子浓度小
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
电阻的温度效应：
Rt R0 1 T T 2
式中，Rt、R0：金属导体在t ℃和0 ℃时的阻值； α、β：金属导体的电阻温度系数。
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
热电阻的材料应满足的要求：
ü温度系数α较大
第8章热电式传感器new
图8-1 热电阻测温电桥的三线连接法
Rg：不在桥臂上，对电桥平衡无影响。 Ra：零位调节电阻，使R4＝Ra+Rt0; r2,r3：接在相邻两臂，长度和温度系数相同 （电阻变化不影响电桥状态）。 缺点：Ra的触点的接触电阻和桥臂电阻相连，会使电桥 零点不稳定。
第8章热电式传感器new
T
T0 A B dT
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
Ø二、铜电阻 特点： ü价格低。 ü电阻率低，体积大。 ü在 (－50～＋150℃)时，性能稳定。 ü高温易被氧化，易被腐蚀。 ü测量精度低于铂电阻。
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
Ø三、铁电阻和镍电阻 特点：
电阻温度系数较高、电阻率较大 体积小，灵敏度高
Ø一、铂电阻 结构：金属铂丝绕制成线圈。 特点：精度高，稳定性好，性能可靠，是制造
热电阻最好的材料，但价格昂贵。 铂电阻的温度效应：
（0～850℃） Rt R0 1 AT BT 2
（-200～0℃） Rt R0 1 AT BT 2 CT 1003
R0：铂电阻在0 ℃时的阻值；(Pt100, Pt50) A、B、C：常数。
灵敏度高
纯金属的α比合金高
ü电阻率较大
减小元件尺寸
ü在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定。 高稳定性和准确性，重复性好
ü电阻和温度的线性度好
测量精度高
满足上述条件的材料：铂、铜、铁、镍等
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
第8章热电式传感器new
A
+
-B
两种导体的接触电动势（温度T时）： T eAB(T)
E AB
T
kT e
ln
NA NB
式中 k ―玻耳兹曼常数；T ― 接触处的绝对温度；
e ― 电荷数；
NA、NB ―金属A、 B的自由电子密度。
接触电势的大小取决于：
两电极的性质（材料、均匀性）、接触点的温度， 而与金属的形状及尺寸第无8章热关电式。传感器new
第8章 热电式传感器
可测物理量： 分类：
热电偶 热电阻
第8章热电式传感器new
第8章 热电式传感器
8.1 热电阻 8.2 热电偶 8.3 热敏电阻
第8章热电式传感器new
8.1 热电阻
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
材料的电阻率 随温度变化
热电阻测温
热电阻测温的特点: 精度高，适宜于测低温。 热电阻测温的范围：-200~600℃
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
应用：标准温度计、高精度工业温度测量、高低 温测试。
例：风速传感器，用于测量空气流动速度。 检测器件：铂电阻 检测原理：利用金属铂电阻的自身发热基理，风的 速度与传感器的发热量成比例，由此将风速转换成 电压。
空调系统的风量控制传感器
第8章热电式传感器new
特殊材料的热电极: (-180℃~2800℃)；
④具有良好的敏感度；
⑤使用方便等。
第8章热电式传感器new
8.2 热电偶
Ø热电效应 Ø热电偶基本规律 Ø热电偶材料及常用热电偶 Ø热电偶测温电路 Ø热电偶参考端温度
第8章热电式传感器new
8.2.1 热电效应
把两种不同的金属A和B连接成闭合回路。 将两个接点(1,2)中的一个进行加热，使其温度为T ， 而另一点置于室温T0中，则：回路中有电流。 表明回路中有电势产生，这一现象称为热电效应。 所产生电流的电动势叫热电势，表示为：
第8章热电式传感器new
8.2来自百度文库1 热电效应
通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶；
A和B称为热电极，温度高的接点称为热端（工作 端），而温度低的接点称为冷端（自由端）。
T与T0温差越大，热电偶的热电势也越大。
经研究发现，热电势由两部分组成： 一、两种导体的接触电势帕尔贴电势 二、单一导体的温差电势汤姆逊电势
图8-2 热电阻测温电桥的四线连接法
将Rp和检流计串联，接触电阻的不稳定不会破坏 电桥的平衡和正常工作状态。
第8章热电式传感器new
8.2 热电偶
优点：
①结构简单：其主体实际上是由两种不同性质的导体 或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的；
②具有较高的准确度 ；
③测量范围宽: (-50℃~1600℃)
高温端的自由电子向低温端扩散，最后达到动态 平衡，在两端形成了一定的温差电势。
第8章热电式传感器new
当导体两端的温度分别为T、T0时，温差电动势为：
T
E A T ,T0 T0 AdT 式中A ：A导体的汤姆逊系数。
对于两种金属A、B组成的热电偶回路，汤姆逊电 动势等于它的代数和，即
EAB T ,T0
第8章热电式传感器new
A
+
-B
一、两种导体的接触电势
T eAB(T)
所有金属都具有自由电子，不同的金属自由电子 的浓度不同。
因此当两种不同金属A和B接触时，在接触点处发 生电子扩散，从而形成一个电场。
当由金属A扩散到金属B的自由电子与金属B扩散到 金属A的自由电子相等时，该过程便处于动态平衡， A和B两金属之间产生了一定的接触电势。
容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性 差，而且电阻值与温度的线性关系差，应用较少。
第8章热电式传感器new
8.1.2热电阻测量电路
最常用测量电路：电桥电路。 测量时，传感器放置在距离测量电路较远的位置 （如测量2000℃的高温）。 热电阻阻值较小，不能忽略连接导线的电阻。 采用三线或四线电桥接法消除该误差。
温度为T0时的接触电动势：
EAB T0
kT0 ln N A e NB
回路中总接触电动势为
E AB
T
E AB
T0
k e
T
T0
ln
NA NB
第8章热电式传感器new
二、单一导体的温差电动势
Ø产生温差电势的原因
任何一种金属，当其两端温度不同时，两端的自 由电子浓度也不同。
温度高 电子浓度大
温度低 电子浓度小
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
电阻的温度效应：
Rt R0 1 T T 2
式中，Rt、R0：金属导体在t ℃和0 ℃时的阻值； α、β：金属导体的电阻温度系数。
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
热电阻的材料应满足的要求：
ü温度系数α较大
第8章热电式传感器new
图8-1 热电阻测温电桥的三线连接法
Rg：不在桥臂上，对电桥平衡无影响。 Ra：零位调节电阻，使R4＝Ra+Rt0; r2,r3：接在相邻两臂，长度和温度系数相同 （电阻变化不影响电桥状态）。 缺点：Ra的触点的接触电阻和桥臂电阻相连，会使电桥 零点不稳定。
第8章热电式传感器new
T
T0 A B dT
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
Ø二、铜电阻 特点： ü价格低。 ü电阻率低，体积大。 ü在 (－50～＋150℃)时，性能稳定。 ü高温易被氧化，易被腐蚀。 ü测量精度低于铂电阻。
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
Ø三、铁电阻和镍电阻 特点：
电阻温度系数较高、电阻率较大 体积小，灵敏度高
Ø一、铂电阻 结构：金属铂丝绕制成线圈。 特点：精度高，稳定性好，性能可靠，是制造
热电阻最好的材料，但价格昂贵。 铂电阻的温度效应：
（0～850℃） Rt R0 1 AT BT 2
（-200～0℃） Rt R0 1 AT BT 2 CT 1003
R0：铂电阻在0 ℃时的阻值；(Pt100, Pt50) A、B、C：常数。
灵敏度高
纯金属的α比合金高
ü电阻率较大
减小元件尺寸
ü在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定。 高稳定性和准确性，重复性好
ü电阻和温度的线性度好
测量精度高
满足上述条件的材料：铂、铜、铁、镍等
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
第8章热电式传感器new
A
+
-B
两种导体的接触电动势（温度T时）： T eAB(T)
E AB
T
kT e
ln
NA NB
式中 k ―玻耳兹曼常数；T ― 接触处的绝对温度；
e ― 电荷数；
NA、NB ―金属A、 B的自由电子密度。
接触电势的大小取决于：
两电极的性质（材料、均匀性）、接触点的温度， 而与金属的形状及尺寸第无8章热关电式。传感器new
第8章 热电式传感器
可测物理量： 分类：
热电偶 热电阻
第8章热电式传感器new
第8章 热电式传感器
8.1 热电阻 8.2 热电偶 8.3 热敏电阻
第8章热电式传感器new
8.1 热电阻
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
材料的电阻率 随温度变化
热电阻测温
热电阻测温的特点: 精度高，适宜于测低温。 热电阻测温的范围：-200~600℃
第8章热电式传感器new
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
应用：标准温度计、高精度工业温度测量、高低 温测试。
例：风速传感器，用于测量空气流动速度。 检测器件：铂电阻 检测原理：利用金属铂电阻的自身发热基理，风的 速度与传感器的发热量成比例，由此将风速转换成 电压。
空调系统的风量控制传感器
第8章热电式传感器new
特殊材料的热电极: (-180℃~2800℃)；
④具有良好的敏感度；
⑤使用方便等。
第8章热电式传感器new
8.2 热电偶
Ø热电效应 Ø热电偶基本规律 Ø热电偶材料及常用热电偶 Ø热电偶测温电路 Ø热电偶参考端温度
第8章热电式传感器new
8.2.1 热电效应
把两种不同的金属A和B连接成闭合回路。 将两个接点(1,2)中的一个进行加热，使其温度为T ， 而另一点置于室温T0中，则：回路中有电流。 表明回路中有电势产生，这一现象称为热电效应。 所产生电流的电动势叫热电势，表示为：