第八章-热电式传感器
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第8章热电式传感器
✓ 炭电阻：-273~-268.5℃ ；热容量小，灵敏度 高，价格低，易操作，但热稳定性较差。
第八章 热电式传感器
§8-2 热敏电阻传感器
一、工作原理
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变 化这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物 按不同的配方比例烧结制成的。在一定的范围内，根 据测量热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度 变化。
第八章 热电式传感器
二、热敏电阻的基本类型
根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏 电阻基本可分为三种类型。
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
测量端
A
（工作
端、热
端）
B
热电势
热电极B
右端称为：
自由端
（参考 端、冷
端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
2020/4/13
36
第八章 热电式传感器
第八章 热电式传感器
0－a段：正常使用热敏电阻测温时。
c－d段：可用来测量风速、真空度、流量等参 数。
热敏电阻非线性严重，使用中要进行非线性补 偿。
在硬件电路方法上，采用温度系数较小的电阻 与热敏电阻串、并联接法，使得热敏电阻的电阻— 温度曲线变为平坦。
第八章 热电式传感器
• 热敏电阻的特点
➢ 电阻温度系数大，灵敏度高； ➢ 形状多样，体积小，热惯性小，响应速度快； ➢ 电阻值大，远距离测量时可不考虑导线电阻的
第八章 热电式传感器
§8-2 热敏电阻传感器
一、工作原理
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变 化这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物 按不同的配方比例烧结制成的。在一定的范围内，根 据测量热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度 变化。
第八章 热电式传感器
二、热敏电阻的基本类型
根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏 电阻基本可分为三种类型。
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
测量端
A
（工作
端、热
端）
B
热电势
热电极B
右端称为：
自由端
（参考 端、冷
端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
2020/4/13
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第八章 热电式传感器
第八章 热电式传感器
0－a段：正常使用热敏电阻测温时。
c－d段：可用来测量风速、真空度、流量等参 数。
热敏电阻非线性严重，使用中要进行非线性补 偿。
在硬件电路方法上，采用温度系数较小的电阻 与热敏电阻串、并联接法，使得热敏电阻的电阻— 温度曲线变为平坦。
第八章 热电式传感器
• 热敏电阻的特点
➢ 电阻温度系数大，灵敏度高； ➢ 形状多样，体积小，热惯性小，响应速度快； ➢ 电阻值大，远距离测量时可不考虑导线电阻的
第八章 热电式传感器
热端 扩散 冷端 温差电势 静电场
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
σA—汤姆逊系数 T0,T—A、B两节点绝对温度
总的温差电势：
T
EA(T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
结论：一般温差电势极小，所以在实际计算回来电势时，可以 忽略不计。
(4) 贵重金属，成本较高
应用： 标准温度计，高精度工业测温，高低温测试
温度与电阻阻值的关系
铜电阻 :金属铜丝(0.02 ~ 0.07mm)绕制成线圈
在-50~150℃时，铜电阻阻值与温度的关系为：
Rt R0 1 At Bt 2 Ct3
A 4.29 10 3 (℃)1 B 2.13 10 7 (℃)2 C 1.23 10 9 (℃)3
第八章 热电式传感器
工作原理：温度 → 敏感元件 → 电参数
分类:
温度 传感器
热阻效应
热电势效应 压电效应 光电效应 PN结热电效应
热电阻
金属 半导体
热电阻 热敏电阻
电涡流传感器
热电偶
压电陶瓷（热释电效应）
红外温度传感器、光纤温度传感器
热敏二极管/三极管、集成温度传感器
应用:
测温
接触测温 非接触测温
惠斯登电桥测量：直流电流和交流电桥
直流电桥中，RT1和RT2匹配，只要这两个电阻上有温差，放大器 就会输出与温差有关的信号。可测出0.01℃温差
交流电桥中，为了消除直流漂移和1/f噪声的影响，要使用交流窄 带放大器和相敏检波，而且交流放大器的中心频率远离低频端。此外， 要电桥中要采取电阻平衡和电容平衡达到温差为零，用来消除分布电 容的影响。漂移<0.01℃
热电式传感器的原理和应用
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。
热电式传感器工作原理
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。
传感器技术课件——热电式传感器
17
A
A
T 证明：
E AB T ， T0
Tm
B B
T0
Tm
E AB T － E AB T0
E AB T － E AB Tm E AB Tm － E AB T0 E AB T ， Tm
E A B T m， T 0
9
由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度的影响很小，故温 差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势。
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 ) K (T T 0 ) e ln nA nB
在工程上常用上式来表征热电偶回路的总电势。
如果回路中三个接点的温度都相同，即T＝T0， 则回路总电动势必为零，即：
E A B T0 E B C T0 E C A T0 0
T0 A T
T0 B
即
E B C T0 E C A T0 E A B T0
则
E A B C T ， T0 E A B T - E A B T0 E A B T ， T0
两式相减得：
E AC T ， T0 - E BC T ， T0
E BC T0
E AC T － E AC T0 － E BC T
E AC T － E BC T － E AC T0 － E BC T0
并通常使 T 0 为常数，即 这样回路总热电势就是温度 测量温度带来极大方便。
o
E A B (T , T 0 ) E A B (T ) E A B (T 0 )
《传感器与检测技术(第2版)》课后习题8 热电式传感器(113)
第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。
A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。
A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。
A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。
A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。
A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。
A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。
A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。
A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。
A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。
A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。
热电式传感器的工作原理及其分类
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。
传感器技术课件-热电式传感器
热电式传感器的应用领域
工业自动化
用于测量温度、流量、气体浓度等参数，提高生产效率和质量。
能源管理
用于监测和控制能源消耗，优化能源利用效率。
汽车工业
用于发动机温度、刹车系统和座椅加热等应用。
热电式传感器与其他传感器的比较
热电式传感器
• 适用于高温环境 • 温度测量范围宽 • 稳定性和精度高
压力传感器
热电式传感器的结构及原理
结构
热电式传感器通常由热电材料、保护层、连接线 和环境接口组成。
原理
当热电材料的两端产生温度差时，热电效应将使 电场中的电子产生电流，从而实现温度测量。
热电式传感器的分类
1 温度差型热电式传感器
适用于测量温度差异的传感器，如热电偶和 热敏电阻。
2 温度感应型热电式传感器
适用于测量单一温度的传感器，如热电阻和 热电堆。
选择离测量对象最近的位置，避免热量流失。
2 防护和维护
确保传感器受到适当的防护，并进行定期检查和校准。
3 电源和电路设计
考虑传感器的电源供应和信号处理电路的设计，以确保准确运行。
热电式传感器的校验方法
1 对比法
2 零点校准
将传感器与已知准确度的 参考温度计进行偏差。
传感器技术课件-热电式 传感器
热电式传感器是一种能够将热量转化为电能的传感器。了解其基本原理、结 构和应用领域，以及其优点和缺点是非常重要的。
什么是热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电压或电流输出的传感器。它利用热电效应来测量温度，并将温度变化 转化为电信号。
热电效应的基本原理
热电效应是指当两个不同材料的接触点形成温度差时，产生的电压或电流。 这种效应是由于不同材料的电子在温度梯度下产生的差异。
CH热电式传感器(含答案) 《传感器与检测技术(第版)》习题及解答
第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。
A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。
A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。
A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。
A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。
A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。
A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。
A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。
A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。
A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。
A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。
第八章热电式传感器
测温范围在-250——1800度，适用于远距离多点 测量。
非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随 温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与 温度有关, 当选择合适的接收检测装置时, 便可测得 被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显 示的各种信号, 实现温度的测量。这类测温方法的 温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度 传感器、光纤高温传感器等。测量范围600—6000度。
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。
温度可以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。
测量方法按作用原理分接触式和非接触式。 接触式传感器接触温度场，二者进行热交换。 （热电偶、热电阻温度传感器）。
第八章热电式传感器
第八章热电式传感器
温差电动势：
eA(T,T0) TT0AdT
A ：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。
热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和
ＥAB(T, T0)=eAB(T) -eAB(T0) +eB(T, T0) -eA(T, T0)
K TlnN A TK T 0lnN A T 0T(
第八章热电式传感器
（2）同一导体温差电势 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, 因而从高温端跑到低温 端的电子数比从低温端跑到高温端的要多, 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, 形成一个静电场，该静电场阻止电子 继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。因此, 在 导体两端便形成温差电势, 其大小由下面公式给出:
第8章热电式传感器传感器基础课件
对于A、B构成的闭合回路总的 温差电势为
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
铁道车辆传感器技术—热电式传感器
简介： TMS热电偶、热电阻作为工业用温度测
量的传感器，通常和显示及指针仪表、记录 仪表，工业智能调节器配套使用。它可以直 接测量各种生产过程中-200℃-1800℃(钨铼 偶可测温到2300℃)范围内的液体、气体、 蒸汽介质，以及固体表面温度.它广泛用于石 油、化工、机械、制药、冶金、陶瓷、环保 等行业。
热力管道用热电阻
简介： 热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也
随着发生变化的特性来测量温度的。当被测介体 中有温度梯度存在时，所测的温度是感温元件所 在范围介质中的平均温度。
工业用装配式热电阻作为温度测量传感器,通 常与温度变送器,调节器以及显示仪表等配套使用, 组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产 过程中-200℃～300℃范围内的液体,蒸汽和气体 介质以及固体表面的温度. 广泛用于石油、化工、 机械、冶金、电力、 轻纺、食品等工业部门和科 技领域。
项目一 传感器技术
任务6 热电式传感器
01
热电式传感器概述
10.22
热电偶传感器工作原理
03
热电偶传感器性质、定律、类型和结构
04
热（敏）电阻传感器
05
热电式传感器的应用
一、热电式传感器概述
温 度量
材料与温度有关 的物理特性
电量
电动势、电 阻等变化
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。
A
Tn C
T0
T
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贝克效应。 11.12.2020
3
热电偶回路
A
T eAB (T )
B
eA (T ,T0 ) eB (T两种导体组成的回路称为“热电偶”， 这两种导体称为“热电极”，产生的电 势则称为“热电势”，热电偶的两个结 点，一个称为测量端（工作端或热端）， 另一个称为参考端（自由端或冷端）。
一部分是两种导体的接触电势，另一部 分是单一导体的温差电势。
11.12.2020
5
接触电动势
含义:由于两种不同导体的自由电子
A
EAB (t)
＋＋＋ －－－
密度不同而在接触处形成的电动势。 nA nB
B
接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接 触点的温度。
两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为
t
B t0
C
AC t1 B t1 A C
t
(a)
(b)
中间温度定律
在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，
热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热 电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势eAB(t, tc)和
eAB(tc, t0)的代数和，即
eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)
EAB
t
kt e
ln
nA nB
t t
EABt0ket0
lnnAt0 nBt0
温差电动势
同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动 势。
机理:高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从 高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的 要多，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，在导体两端便形成温差电动 势。
大小表示:
e A (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
热电动势示意图
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热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为
T和T0，热电偶回路所产生的总电动势，
E A ( T , T B 0 ) [ E A ( T ) B E A ( T 0 ) B [ E ] A ( T , T 0 ) E B ( T , T 0 ) 热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略 温差电动势，热电偶的热电势可表示为，
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动 势便成为热端温度Ｔ的单一函数。
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讨论
•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
•两热电极相同时，总电动势为0
•两接点温度相同时，总电动势为0
•对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c
为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，
例子
热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金 与纯铂组成的热电偶的热电动势为 2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的 热电动势为－4.0mV，则镍铬和考铜组 成的热电偶所产生的热电动势应为:
t1
C
t1
（b)
E A B C ( t ,t 0 ) E A B ( t ) E A B ( t 0 ) E A B ( t ,t 0 )
应用:利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线 和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。
测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路
t0
A t0
C
标准导体（电极）定律
t0
t0
t0
A
C
B
C
A
B
t
t
t
E A B ( t,t0 ) E A C ( t,t0 ) － E B C ( t,t0 )
标准导体定律的意义
通常选用高纯铂丝作标准电极
只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势， 则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根 据标准电极定律计算出来。
8.1 热电偶传感器
8.1.1 热电偶 1．热电效应
热电效应就是把两种不同的导体或半导 体（A和B）串接成一个闭合回路，如果 两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点
之间便产生电动势，从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势，通常称为热电动势。
1821年由Seeback发现的，故又称为赛
E A(B T ,T 0) E A(B T ) E A(B T 0) q K 0(T T 0)ln N N B A
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结论
（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处 的温度如何，总电势为0。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材 料不同，总热电势为0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶 的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形 状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热 电势便是两结点电势差。
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)
S型(铂铑10-铂)热电偶分度表
2. 热电偶基本定律 中间导体定律
在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三 种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。
A
t0
A
t
T
t0
C
B （a)
t0
B
B
A
t
t0
B
A
t
A
tc tc
t0
B
B
中间温度定律
中间温度定律的应用
• 根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体
A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热
电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。
•该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电 偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为 0℃的热电势进行修正。
即
E A B ( t ,t 0 ) f( t ) f( t 0 ) f( t ) C ( t )
可见:只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被 测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。
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。
第8章 热电式传感器
8.1 热电偶传感器 8.2 热电阻传感器 8.3 热敏电阻
教学基本要求和重点
掌握有关热电偶、热电阻和热敏电阻的基本 概念
掌握三类热电式传感器的基本工作原理 掌握热电偶的基本定律、基本类型、温度补
偿方法、使用热电偶的测温方法 掌握热电阻的内部引线方式及其适用场合 掌握热敏电阻的电阻－温度特性 会使用分度表