第7章 热电偶传感器.ppt

第7章 热电偶传感器.ppt本章教学目标及重点、难点
一. 教学目标:
1、了解热电势效应,了解热电偶的结构及种类。
2、掌握热电偶回路的主要性质。
3、掌握热电偶自由端温度补偿的常用方法。
4、熟悉热电偶的应用。
二. 重点及难点:
重点:热电偶回路的主要性质,热电偶自由端温度补
偿的常用方法,热电偶的应用;
难点:热电偶自由端温度补偿的常用方法;
热电偶的工作原理
热电偶传感器是将温度转换成电动势的一种测温
装置,它是工业中使用最为普遍的接触式传感器。
热电偶属于有源传感器,使用时不需要外加电源,可以方便地测量炉子、管道中的气体或液体温度,也可以测量固体表面温度,具有结构简单、性能稳定、测温范围大、信号可以远距离传输等特点。
热电偶能够将热能直接转换为电信号,并且输出直
流电压信号,使得显示、记录和传输都很容易。

将两种不同材料的导体组成一个闭合回路, 所示。当两个结合点温度T和T0不同时,则在该回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,相应的电动势称为热电势。



回路中会产生热电动势。
热电效应条件:
1. 两种不同材料导体的组合称为热电偶。
2. 导体A、B 称为热电极。
3. 两个接点中,一个接点称为热端,也称为测
量端或工作端,测温时它被置于被测介质(温度
场)中;另一个接点称为冷端,又称参考端或自
由端。
热电动势
(电荷扩散)
温差电动势: 同一导体上因两端温度不同引起。
接触电动势: 两种不同导体的接触引起。
二. 热电势组成:温差电动势和接触电动势
接触电势: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。接触电势的数值取决于两
种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电
势eAB(t)和eAB(t0)可表示为:
式中:
k—玻耳兹曼常数,k=×10-23 J/K;
e—单位电荷电量,e=×10-19C;
nA、nB—A、B两种材料的自由电子浓度。
t、t0——接触处的绝对温度。
结论:大小与金属材料、接触点的温度有关,而与热电极的几何尺寸无关。
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,其大小表示为: 和。
式中,nAt和nBt 分别为A导体和B导体的自由电子密度,是温度t的函数。
结论:大小与A、B两导体材料的性质有关,材料两端温差有关,与热电极的几何尺寸无关。
热电偶回路总电动势
热电偶回路中的温差电动势很小,忽略之,可得
(t0端以B为正)
结论:
热电偶回路中热电动势的大小:(1)取决于两接点间的温度差,(2)取决于两种不同电极的材料。与电路形状无关。
如果冷端温度t0不变,被测温度t可通过温差电动势获得。
热电偶回路中总电动势:

由两种均质导体组成的热电偶,其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关,与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极各处的温度分布无关。如果构成热电偶的两种材料相同,不会产生热电动势。
1. 均质导体定律
利用该定律,可以检查两种热电极材料是否相同,或一种热电极材料是否均匀。
2. 中间导体定律
断开热电偶回路,接入第三种导体,只要两个新接入点等温,
则回路总热电动势不变。
测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路
该定律说明在冷端接入放大电路, 不会影响结果。