最新传感器原理PPT电子课件教案第12章_热电式传感器传感器幻灯片课件

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，则 有
E AB T ,T 0≈ e AB T － e AB T 0k eT － T 0ln n n B A
在标定热电偶时，一般使T0为常数，则
E A T , T B 0 e A T － B e A T 0 B f T － C
传感器原理PPT电子课件教 案第12章_热电式传感器传
感器
12.2 热电偶测温传感器
12.2.1 热电偶的工作原理 1. 热电效应
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
热电势
热电极B
左端称
为：测
A
量端
（工作
端、热
端）
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。
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生
的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产
生的热电动势也就可知。
A
T
C
T0 EAC(T,T0)
T
B
C
T0 EBC (T,T0)
T
A
B
T0 EAB (T,T0)
E A T ， C T 0 e A T C － e A T 0 C E B T ， C T 0 e B T C － e B T 0 C
两式相减得：
EAC T，T0－EBC T，T0 eAC T－eAC T0－eBC TeBC T0
eAC T－eBC T－ eAC T0－eBC T0
若一个热电偶由A、B、C三种导体组成，且回路中三 个接点的温度都相同，则回路总电动势必为零，即：
eAC TeCB TeBA T0 eAC T0eCB T0eBA T00
④ 导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端 的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势 EAB（T， T0 ）就只与温度T有关，而且是T的单值函数， 这就是利用热电偶测温的基本原理。
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
E A N B e A T 1 B e B T 2 C e N T N A
3. 热电偶基本定律 (1) 均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两 接点的温度如何，热电动势均为零；反之，如果有热 电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。
根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是 否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料 的均匀性。
（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。
eA(T,T0)
e (T,T)
B
ห้องสมุดไป่ตู้
0
温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。导
体A两端的温差电动势可用下式表示：
eAT，T0
T
T0 AdT
eA（T，T0）——导体A两端温度分别为T、T0时形成的 温差电动势；
T、T0——高、低温端的绝对温度； 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。
T1 A
T
E A T ， T B 0 e A C T e B B T 0 A e A T 1 C e C T 1 A
而
eAT C 1 － e CT A 1
所以
EAB T C ， T 0eAB TeBA T 0 eAB T－ eAB T 0EAB T， T0
(3) 标准电极定律
2. 热电偶基本性质
① 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两 端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无 关。
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
e A T 0 B e B T 0 C e C T 0 A 0
即 e B T 0 C e C T 0 A e A T 0 B
则
E A T ， B T 0 C e A T － B e A T 0 B E A T ， B T 0
如果按右图接入第三种导体
T0
C
T1
C，则回路中的总电动势为：B
同样导体B两端的温差电动势如下式所示：
eBT，T0
T
T0 BdT
回路的总的温差电势为：
eAT，T0eBT，T0
T
T0 AdT
T
T0 BdT
TT0(AB)dT
上式说明温差电动势的大小与接点温度的高低及导体的性 质有关。如果两接触点的材料相同，尽管两个导体都存在 温差电势，但回路中总温差电势等于零。
(3) 回路总电动势
eA(T,T0) A
eAB(T-)
T
T0
eAB(T0)
B eB(T,T0)
图12-4 闭合回路总的热电势
EABT,T0eABT－eABT0eBT,T0－eAT,T0
k(TT0)lnnA
e
nB
T T0
Ｂ－ＡdT
[eABT
0TＡ－ＢdT][eABT0
T0
0
Ａ－Ｂ]
EABTEABT0
(2) 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体C，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。
C
T0
T0
右图回路中的总电动势为：
A
B
T
E A T ， B T 0 C e A T B e B T 0 C e C T 0 A
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：
eAC T－ eBC TeAB T 或 eAC T0－ eBC T0eAB T0
代入上式可得：
EACT，T0－EBCT，T0
eACT－eBCT－eACT0－eBCT0
eABT－eABT0 EABT，T0
即导体A与B组成的热电偶的热电动势也可知。
例 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，求镍铬和考铜组合而成的 热电偶所产生的热电动势。 解：由标准电极定律，镍铬和考铜热电偶的热电动势应 等于镍铬合金与纯铂热电偶与考铜与纯铂热电偶的热电 动势的差，即