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传感器第6章 热电式传感器PPT课件

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六章节热电式传感器

六章节热电式传感器
六章节热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电参 量变化的装置。例如将温度变化转化为电阻、磁 导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可 由这些电参数的变化来表达所测温度的变化。
在各种热电式传感器中，以把温度量转换为 电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为 电势大小的热电式传感器叫做热电偶，将温度转 换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。这 两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛 的应用。另外利用半导体PN结与温度的关系所制 成的结型温度传感器在窄温场中也得到了十分广 泛的应用。
6.1.4 热电偶的结构形式
为了适应不同生产对象的测温要求和条件, 热电偶的结构 形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。
1.普通型热电偶
………普通型结构热电偶工业上使用最多, 它一般由热电极、 绝缘套管、保护管和接线盒组成, 其结构如图 6 -5 所示。普通 型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定 法兰连接、 活动法兰连接、 无固定装置等多种形式。
6.1.2 热电偶基本定律
1. 中间导体定律
利用热电偶进行测温, 必须在回路中引入连接导线和仪 表, 接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间 导体定律说明, 在热电偶测温回路内, 接入第三种导体, 只要 其两端温度相同, 则对回路的总热电势没有影响。
接入第三种导体回路如图 6-2 所示。 由于温差电势可忽略 不计, 则回路中的总热电势等于各接点的接触电势之和。
• 金属热电阻由电阻体，保护套和接线盒等部件组 成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形式。 金属热电阻可以测量-200℃~500℃的温度。
1．常用的种金属热电阻
（1）铂电阻 由于铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中

《热电传感器》课件

《热电传感器》课件
的温度。
薄膜热电偶
具有体积小、重量轻、灵敏度 高、响应速度快等优点，适用
于微小面积的温度测量。
集成热电偶
将热电偶与信号处理电路集成 在一起，具有测量精度高、抗
干扰能力强等优点。
热电传感器的应用领域
工业自动化
用于测量各种工业设备 的温度，如炉温、液温
等。
医疗领域
用于测量体温、血液温 度等。
环境监测
用于测量环境温度、气 象温度等。
拓展应用领域与市场推广
总结词
拓展热电传感器的应用领域和市场推广是推动其发展的关键。
详细描述
随着环保意识的提高和物联网技术的发展，热电传感器在能源监测、环境监测、智能家居等领域的应 用越来越广泛。加强市场推广和合作，推动产学研用一体化发展，有助于加快热电传感器技术的普及 和应用。
PART 06
热电传感器案例分析
湿度
湿度对热电传感器的性能也有一定影响，湿度过高可能导致传感器性能下降或 出现误差。因此，在高湿度环境下使用时，需要进行相应的防护措施。
PART 04
热电传感器的设计与优化
结构设计
01
02
03
结构设计
热电传感器的结构设计应 考虑热电效应的原理，确 保热电材料能够有效地将 温度差转化为电信号。
热电偶设计
线性范围与测量误差
线性范围
线性范围是指热电传感器输出电压 与温度变化之间的线性关系能够覆盖 的范围。线性范围越宽，传感器能够 测量的温度范围越广。
测量误差
测量误差是指由于传感器本身的误差 以及环境因素的影响，导致实际测量 值与真实值之间的偏差。误差越小， 传感器性能越好。
响应时间与稳定性
响应时间
详细描述

传感器技术课件——热电式传感器

传感器技术课件——热电式传感器

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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 )

传感器技术课件-热电式传感器

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。

6 class热电式传感器(热电偶)

6 class热电式传感器(热电偶)

隔爆型热电偶外形
厚壁保护管
压铸的接线盒
电缆线
其他热电偶外形
小形K型热电偶
热电偶的种类
1）标准型热电偶 主要有：铂铑30-铂铑6热电偶， 分度号“B”； 铂铑10-铂热电偶，分度号“S”； 镍铬-镍硅热电偶 ，分度号“K”； 镍铬-康铜热电偶 ，分度号“E”； 铁-康铜热电偶，分度号“J”； 铜-康铜热电偶，分度号“T”。 2）非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。
2. 中间导体定律 如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则
E总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0
T A T B T C
EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）
T2 A T1 T2 B
(a)
第三种材料 C接入热电 偶回路
T0 C
(b)
T2
A
C T0 B T0
A T1
冷端温度不是零度时，中间温度定律为热电偶如 何分度的问题提供了依据。如当T3=0℃时，则：
EAB（T1,0）=EAB（T1, T2）+EA B（T2, 0） EAB（T1,T2）=EAB（T1, 0）-EAB（T2, 0）
连接导体定律
A T1 B T2 B’ T#39; B' ( = T1 , T2 , T0 ) E AB (T1 , T2 ) + E A' B' (T2 , T0 ) = E AB (T1 , T0 )
1）两种导体的接触电势（Seeback效应、帕尔贴效应）
A + eAB(T) B
接触电势 原理图
T
kT N A 温度T时热端接触电势： eAB (T ) = ln e NB

第热电式传感器幻灯片

第热电式传感器幻灯片
第热电式传感器幻 灯片
优选第热电式传感器
介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案变散 热风扇
温度升高后变为红色
低温时显示 蓝色
体积热膨胀式
不需要电源，耐用；但 感温部件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
红外温度计
• 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。
（3）热电偶回路总电势
假设导体A的电子密度大于导体B的电子密度，则 总电动势为：
E A B ( t , t 0 ) E A B ( t ) E A ( t , t 0 ) E B ( t , t 0 ) E A B ( t 0 )
总电势中，温差电动势比接触电动势小很多，经常可以 忽略不计，则热电偶的热电动势可表示为：
t0
nB
(t
d )
[nB
(t )t ]
温差电势
To A
eA(T,To)
t
EA(t,t0) t0Adt
T 温差电势原理图
EA(t，t0)——导体A两端温度为t，t0时 形成的温差电动势； t，t0——高低端的绝对温度；
σA——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，
例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃。
（1）两种导体的接触热电势
由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的 接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的 金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电 子带负电，从而产生热电势。
A＋
T
自由 B 电子
eAB（ T ）
（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。

《传感器技术与应用》课件第六章 热电式传感器.ppt


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接触电势大小
E AB (T )
KT q0
ln
NA NB
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3．温差电动势
温差电动势是同一导体（热电极）的两 端因其温度不同而产生的一种电动势。 由于温度不同，低温端的电子数会比高 温端的电子数多，结果高温端因少出电 子而带正电， 低温端因多示为
EA (T ,T0 ) 和 EB (T ,T0 )
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4．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，
EAB (T ,T0 ) [EAB (T ) EAB (T0 )] [EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )]
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，
第6章 热电式传感器
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引言
热电式传感器就是一种能将温度变化转 换为电量变化的装置，它是利用敏感元 件的电参数随温度变化的特性来达到测 量的目的。本章主要介绍热电偶、热电 阻和热敏电阻传感器的原理、测量电路 及其应用。
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6.1 热电偶传感器
6.1.1 热电偶 1．热电效应
表面热电偶是用来测量各种状态的固体 表面温度的，如测量轧辊、金属块、炉 壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温度。
此外还有测量气流温度的热电偶、浸入 式热电偶等。
（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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6.1.2 热电偶结构及种类
1热电偶的基本结构形式 2热电偶材料 3常用热电偶
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第6章 热电式传感器
温度是表示物体冷热程度的物理量，是一个十分重要的物 理参数，无论在工农业生产、科学研究、国防和人们日常 生活等各领域，温度的测量和控制是极为重要的课题。所 以在种类繁多的传感器中，在产品和应用方面，温度传感 器都处前列。 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。 它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量 的目的。例如将温度转化为电阻、磁导或电势等的变化， 通过适当的测量电路，就可由这些电参数的变化来表达所 测温度的变化。在各种热电式传感器中，以把温度量转换 为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势大 小的热电式传感器叫做热电偶，将温度转换为电阻值大小 的热电式传感器叫做热电阻。这两种热电式传感器目前在 工业生产中已得到广泛的应用。
ECD (t0 , t1 ) E AB (t0 , t1 )
（6.2）
显然，热电偶的连接导线是不能任意取的，不同的热电偶， 所需配用的连接导线夜不同，这种线称为补偿导线。随便 用连接线，将产生附加的测量误差。
6-2热电偶工作原理图
6.1.3 热电偶的基本定律
中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第 三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。
如图6-3，在热电偶回路中接人第三种导体C。设导体A 与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度为t0， 则回路中的总电动势为
E ABC (t, t 0 ) eAB (t) eBC (t 0 ) eCA (t 0 )
(6-3)
图6-3 热电偶中接入第三种导体
如果回路中三接点的温度相同，即t＝t0，则回路总电动 势必为零，即
热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可 以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器， 也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直 接焊在金属表面进行温度测量。 标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成热电 偶，并且热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所 产生的热电动势也就已知。 如图6-4，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它 们所产生的热电动势为已知，即
eAB (t 0 ) eBC (t 0 ) eCA (t 0 ) 0
或者
eAB (t 0 ) eBC (t 0 ) -eCA (t 0 ) (6-4)
将式(5-7)代人式(5-6)，可得
E ABC (t, t 0 ) eAB (t) - eAB (t 0 ) (6-5)
可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第 三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。
E AC (t, t 0 ) eAC (t) - eAC (t 0 )
EBC (t, t0 ) eBC (t) - eBC (t0 )
那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求 得
E AB (t, t 0 ) E AC (t, t 0 ) - E BC (t, t 0 ) (6-6)
另外利用半导体PN结与温度的关系，所研制的PN结型温 度传感器在窄温场中，也得到了十分广泛的应用。 对温度传感器的要求是：灵明度高、线性好、稳定性好、 重复性好、工作范围宽、互换性好、响应快、尺寸小、成 本低、使用方便等指标来衡量。 温度不能直接测量，但物体的许多属性都随温度变化，因 此，通过其他物理量间接测量温度。原则上，物体的属性， 只要随温度变化而发生单调的、显著的、可重复的变化， 都可以用于温度测量。温敏器件最常用的物理量包括体积、 压力、电阻、磁化率和热电动势等，分别被用来制成气体 温度计、液体温度计、铂电阻温度计、热电偶温度计和半 导体温度计等。
即
，t0则/ 根t0//据热t0 电偶的基本定律可知，导线C、
D和仪表M的接入不影响原热电偶的热电势，M所测得的
电势即为原热电偶的热电势
；如果CE、Βιβλιοθήκη BD(t,材t0 )料不同，情况比较复杂，除接入点温度满足上述要求外，导线
C、D材料在要求的温度范围内
t0 ~ t1
，还必须满足“热电性能一致性”的要求，即
图6-4 三种导体分别组成热电偶
标准电极定律是一个极为实用的定律。可以想象，纯金属 的种类很多，而合金类型更多。因此，要得出这些金属之 间组合而成热电偶的热电动势，其工作量是极大的。由于 铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，我们 通常选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯 铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而 成的热电偶的热电动势可根据式(6-6)直接计算出来。 例如：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，则镍铬和考铜组合而成的 热电偶所产生的热电动势应为
6.1热电偶温度传感器
6.1.1热电偶测温原理 热电偶传感器是一种能将温度转换成电势的装置。目前 在工业生产和科学研究中已得到广泛的应用，并且已经 可以选用标准的显示仪表和记录仪表来进行显示和记录。 将两种不同材料的导体，组成一个闭合回路，如图6.1所 示。如果两端点的温度不同，则在两者间产生一电动势， 这个电势的大小和方向与两种导体的性质和两个结点温 度差有关，这一温度现象称为热电效应，有时也称温差 电效应。由两种导体组成的回路叫热电偶，组成热电偶 的A、B两种导体叫热电级，两个结点，一个称为工作端 或热端（t），另一个叫自由端或冷端（t0）。热电偶产 生的电势Eab称为热电势或温差电势。如果图中，A为正 极，
B为负极，且t>，则产生的热电势为
EAB (t, t0 ) eAF (t) eAB (t0 ) (6.1)
式中：t—热端温度（℃）；—冷端温度（℃） 由此可知，用热电偶测温，有两个重要的问题要解决，即 补偿导线和冷端温度补偿。
图6-1热电效应
6.1.2热电势的测量
上述的热电偶是指两个电极组成的闭合电路。当要测量此
热电势时，实际最简单的测量线路如图6-2所示。这时回
路中除热电极A、B外，还有测量仪器M和谅解导线C、D。
那么，此时M所测到的电势是否与式（6-1）所表示的
相同E呢AB (？t,t这0 ) 时有条件的。如果两连接线C、D材料相同，
并且两倒显得接入点温度对应相同，即
，且
与热t0/ 电 t极0// ,t相1/ 接t1/的一端温度与热电偶冷端温度相同，