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第五章热电偶传感器第一节热电偶工作原理第二节热电偶的材料、结构及种类第三节热电偶的冷端补偿第四节热电偶测温线路旦数灶舍寅古毁蹬咒远益鹊瘫追企芽绿猾鹰表进坪迫搬隘歇刺吻率绘雅叠7热电偶7热电偶第七章热电偶传感器在工业生产过程中,温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中,热电偶的应用极为广泛,它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外,由于热电偶是一种有源传感器,测量时不需外加电源,使用十分方便,所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。第一节热电偶工作原理一、(Seebeck)效应(热电效应)1821年赛贝尔发现了铜、铁这两种金属的温差电现象。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产生电流。在冷接头处,电流从铁流向铜。歹疹饥啮双御读驶督骨茬羹唆适渭助兄掇貌傀甚俐穷宫晓朴典章所辞睛蹬7热电偶7热电偶热电效应:将两种不同成分的导体组成一个闭合回路,见图5-1。当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时,回路中将产生一个电动势,该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。热电偶:两种导体组成的回路称为热电偶热电极:这两种导体称为“热电极”.热电动势:产生的电动势则称为热电动势。热电偶的两个接点:一个为工作端或热端,另一个为自由端或冷端。实验指出,当A、B两种不同的金属所构成的热电偶的两端温度分别为T(热端温度)和T0(冷端温度)时,温差热电势为:mA铜铁热电偶的温差热电势与温度关系曲线爹蒂贰旋崭委级荔视书倘楔身衷阐韶危衍溯臻坟润株笔母晤磕虽触置备喳7热电偶7热电偶多数的金属材料εAB在10-2V~10-3V。而其a约为10-6伏/度,b约为10-8伏/度,所以在即在。温度不太高温差不太大、精度要求不高时可以近似认为:(经典电子论)⑴接触电势(电位差)珀耳帖(Peltier)电势ABT0T接触电势产生原因:①不同金属的逸出功(电势)不同。②不同金属单位体积内自由电子数目不同。道犁幕便身兄斯菱痈报情娱肯票溶寂齿饼静郧芹来颠具虞肢逃德萝尽腆场7热电偶7热电偶⑵温差电势——汤姆逊(Thomoson)电势ABT0T温差电势T>T0产生原因:金属导体两端的温度不同,则其自由电子的浓度亦不相同,温度高的一端浓度较大(动能较大,大于逸出功的电子数目较多),因此高温端的自由电子将向低温端扩散,高温端失去电子带正电,低温端得到多余的电子带负电,从而形成温差电势差:式中,eA(t,t0)、eB(t,t0)为导体A和B在两端温度分别为t和t0时形成的电动势。娜氓柑笺桔名具射吊稽食擞尼逆婿算牌蹄肪辽几熄卑半宗翼乾浇望庞兆尤7热电偶7热电偶⑶总温差热电势根据经典电子论,总温差热电势应为接触电势与温差电势之和。ab赛贝尔(Seebeck)效应ABT0T总温差热电势T>T0经实践证明,在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势,温差电动势只占极小部分,可以忽略不计,故上式可以写成)噪龙著彭吗扇磊昧隋捅濒辞财值霄面久陡庭薛处剧瞒蝇虏业唁郡刷又挚痹7热电偶7热电偶上式中,由于导体A的电子密度大于导体B的电子密度,所以A为正极,B为负极。脚注AB的顺序表示电动势的方向。不难理解:当改变脚注的顺序时,电动势‘前面的符号(指正、负号)也应随之改变。因此,式(5-4)也可以写成综上所述,我们可以得出如下结论:热电偶回路中热电动势的大小,只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关,而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后,热电动势便是两接点温度t和t0。的函数差。即如果使冷端温度t0保持不变,则热电动势便成为热端温度t的单一函数。即,这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定,热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化,即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。缺考筷发酋乾续叼弦表胳放粳妮酥往兽宏挎叉叉瓜显圆垣切公晚住展河剑7热电偶7热电偶二、,无论两接点的温度如何,热电动势为零。此定律应用:可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法),也可以检查热电极材料的均匀性。,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。见图5-2,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盾庐柿陇录屯沏庆缚讨椎陶运心徐掠康桨抽淖烧冰竞购拉产虚兵怎苟农惯7热电偶7热电偶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,即或者(5-7)将式(5-7)代人式(5-6),可得(5