7、热电式传感器.ppt

上节回顾
磁电式传感器
磁电感应式传感器
原理:电磁感应
特点:
应用:
霍尔传感器
原理:霍尔效应
特点:
应用
不等位电势及其补偿方法
温度效应及其补偿方法
§ 7-1 热电偶传感器
§7-2 热电阻传感器
§7-3 热敏电阻传感器
第七章热电式传感器
第七章热电式传感器
§7-1 热电偶传感器
一、热电偶传感器的工作原理
第二章热电式传感器
1、热电效应
赛贝克(Seeback)效应(热电势)
1821年德国科学家Thomas Johann Seebeck赛贝克发现了铜、铁这两种金属的由温差产生的热电现象。即在这两种金属构成的闭合回路中,对两个接头的中一个加热即可在回路中产生电流。由于冷、热两个端(接头)存在温差而产生的电势差e,就是温差热电势。这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装置称为热电偶。
第七章热电式传感器
第七章热电式传感器
第二章热电式传感器
将两根不同材料的导体(A和B)联接起来构成一个回路,如果两个接合点处的温度不同(T0≠T),则在两导体间产生热电势,并在回路中有一定大小的电流,这种现象称为热电效应或塞贝克效应。
A
B
1
T0
T
2
由热电效应制成的测温传感器就是热电偶。测温时:
结点1处于某一恒定温度(或已知温度),称为参考端(自由端或冷端)。
结点2置于被测温度场中,称为测量端(工作端或热端);
第七章热电式传感器
2、热电偶的热电势
经研究发现,热电势实际上由接触电势和温差电势组成。
由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同,当两种不同的金属导体接触时,在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB,且有NA > NB,电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电,导体B则因获得电子而带负电,在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散,达到动态平衡时,在接触区形成一个稳定的电位差,即接触电动势。
(1) 接触电动势【或称珀尔帖(Peltier) 电势】
第二章热电式传感器
第七章热电式传感器
第二章热电式传感器
其大小可表示为:
式中:K—波尔兹曼常数,K=×10-23
e —电子电荷量 e = ×10-19C
NA(NB)为A(B)材料的自由电子密度。
A
B
T0
T
接触电势
第七章热电式传感器
A
B
同一导体中的,如果两端温度不同,在两端间会产生电动势,即产生单一导体的温差电动势,这是由于导体内自由电子在高温端具有较大的动能,因而向低温端扩散的结果。高温端因失去电子而带正电,低温端由于获得电子而带负电,在高低温端之间形成一个电位差。温差电动势的大小与导体的性质和两端的温差有关。
(2) 温差电势【或称汤姆逊(Thomson)电势】
第二章热电式传感器
第七章热电式传感器
温差电势跟接触电势相比小很多,故可忽略不计.
σA— A材料的汤姆逊系数。
(表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势)
第二章热电式传感器
A
B
T0
T
温差电势
T >T0
第七章热电式传感器
(3) 回路总电势
回路接触电势
回路温差电势
第二章热电式传感器
a
b
赛贝克(Seebeck)效应
A
B
T0
T
总温差热电势
T >T0
第七章热电式传感器