第7章热电式传感器

热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。

它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。

1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。

根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。

2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。

当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。

通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。

3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。

每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。

通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。

二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。

1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。

它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。

2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。

通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。

3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。

例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。

4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。

例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。

结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。

它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。

热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。

热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。

热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。

其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。

这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。

2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。

这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。

3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。

与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。

4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。

其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。

当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。

5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。

这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。

总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。

通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。

这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。

-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。

依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。

2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。

所对应的温度变化值。

依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。

3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。

热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。

它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。

例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。

把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。

热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。

所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。

由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。

接触电动势是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。

其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。

温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。

其。

传感器与检测技术(胡向东,第2版)习题解答王涛第1章概述1、1 什么就是传感器？答:传感器就是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件与装置,通常由敏感元件与转换元件组成。

1、2 传感器的共性就是什么？答:传感器的共性就就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等)输出。

1、3 传感器一般由哪几部分组成？答:传感器的基本组成分为敏感元件与转换元件两部分,分别完成检测与转换两个基本功能。

另外还需要信号调理与转换电路,辅助电源。

1、4 传感器就是如何分类的？答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类,其中按输入量与工作原理的分类方式应用较为普遍。

①按传感器的输入量(即被测参数)进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理(物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等),可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。

③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应,可以将传感器分为物理传感器、化学传感器与生物传感器。

1、6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答:①差动技术;②平均技术;③补偿与修正技术;④屏蔽、隔离与干扰抑制;⑤稳定性处理。

第2章传感器的基本特性2、1 什么就是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答:传感器的静态特性就是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。

静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。

衡量传感器静态特性的主要指标就是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性与漂移。

2、3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞与重复性误差。

热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。

它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。

下面将详细介绍热电式传感器的应用。

一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。

热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。

当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。

通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。

热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。

二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。

在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。

热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。

热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。

三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。

在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。

热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。

热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。

四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。

在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。

压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。

这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。

五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。

例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。

成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。

传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。

它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。

热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。

(2)化学、物理性能稳定。

(3)良好的输出特性。

(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。

热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。

铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。

铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。

当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。

7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。

利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。

连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。

连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。

7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。