自动检测技术及应用课件第九章热电偶

第九章 温度测试技术
工程测试与信息处理
➢热电偶温度传感器
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。微型热电偶还可用于 快速及动态温度的测量。
KT ln N A KT 0 ln N A e NB e NB

K e
ln
NA NB
(T
T0 )
自动检测技术及应用课件第九章热
电偶
两点结论：
工程测试与信息处理
l）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，如
图，则图a中的A、C接点2与C、A的接点3，均处于相
同温度T0之中，此回路的总电势不变，即
电偶
1. 接触电动势
A
+
-B
T eAB(T)
工程测试与信息处理
eAB(T)keTlnN NB A((TT))
eAB(T)——导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势； e——单位电荷， e =1.6×10-19C； k——波尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ；
NA、NB ——导体A、B在温度为T 时的电子密度。
接触电势的大小与自温动检度测技高术及低电应偶用及课件导第九体章热中的电子密度有关。
2. 温差电动势
工程测试与信息处理
To
A
eA(T,To)
T
T
eA(T,T0) d T0 A 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℃自时动检，测铜技术的及应σ用=课2件μ第V九/章℃热。
kTln NAT kT0 ln N AT0
e NBT e
N BT0
T
(
T0
A
B)dT
NAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；
σA 、 σB——导体A和B的汤姆逊系数。
eAB(T) T
A eA(T,T0)
自动检B测技e术B(及T电应,T偶用0)课件第九章热
电偶
3. 回路总电势
工程测试与信息处理
由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、 T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电 势，回路总电势：
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 )
eAB(T0) T0
根据电磁场理论得
工程测试与信息处理
EAB(T,T0)ke
TlnNAdT
N T0
B
或近似地：
EAB(T,T0)
KTlnNA e NB
KT0 e
lnNA NB
KlnNA e NB
(T
T0)
自动检测技术及应用课件第九章热
电偶
工程测试与信息处理
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。
自动检测技术及应用课件第九章热 电偶
2. 中间导体定律
工程测试与信息处理
一个热电偶闭合回路接入第三种导体材料，只要 第三材料连接的接点温度相同，则此回路热电动 势数值不因第三材料的接入而改变。
如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则
E总=EAB（T）+EBC（T0）+ECA（T0）= ?
T0
A
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，因为当A、 B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即 EAA(T，T0)=0。
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,EAB(T0，T0)=0 。
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，这就是自动利检测用技术及热电应偶用电课件偶第九章测热 温的原理。
二、热电偶回路的性质
工程测试与信息处理
1. 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，即热电偶必须采用两种不同材料作 为电极。
T
C
B
T0
三种不同自动导检测体技组术及成应用的课热件第电九章偶热 回路 电偶
工程测试与信息处理
E总=EAB（T）+EBC（T0）+ECA（T0）
KT ln N A KT 0 ln N B KT 0 ln N C e NB e NC e NA
KT ln N A KT 0 ( N B N C ) e NB e NC NA
一．热电偶的工作原理 二．热电偶回路的性质 三．热电偶的常用材料与结构 四．冷端处理及补偿 五．热电偶的自动选检测择技术、及应用安课件装第九使章热用和校验
电偶
一、热电偶的工作原理
工程测试与信息处理
两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示
闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（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 。 这 种 现 象 早 在 1821 年 首 先 由 西 拜 克
（See－back）发现,所以又称西拜克效应。
回路中所产生的电
A
动势，叫热电势。
T
B
T0 热电势由两部分组
热端
冷端 成，即温差电势和
热电偶原理图
接触电势。
自动检测技术及应用课件第九章热
EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2） 同理，图b中C、A接点2与C、B的接点3，同处于温度T0
之中，此回路的电势也为：
EAB（T1, T2）=EAB（T1）-EAB（T2）
第三种材料 接入热电偶 回路图
A2
C3
(a) T2 a
T0 EAB a
T0 B
T0
(b) T2
自C动检23测技术E及AB应用课A件第九章热
T0
电偶 B
A T1
T1
工程测试与信息处理
根据上述原理，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，接 入的方式见下图所示。
E
T0
T0
T
T0
E
T1
T1 T
电位自计动检接测技入术及热应用电课件偶第九回章热路
电偶
工程测试与信息处理