热电偶.ppt

第八章热电偶型传感器热电偶传感器是一种能将温度信号转换成电动势的传感器。目前在工业生产和科学研究中已得到广泛的应用,并且已经可以选用标准的显示仪表和记录仪表来进行显示和记录。它具有: ①结构简单,制造容易,使用方便,热电偶的电极不受大小和外形的限制,可按照需要进行配制。因为它属于自发电型传感器,因此测量时,可以不要外加电源; ②测温范围广,高温热电偶可达 1800 ℃以上, 低温用热电偶可达- 269 ℃; ③测量精确度较高; ④便于远距离测量、自动记录及多点测量。 1 ?第一节热电偶型传感器工作原理?第二节中间导体定律?第三节中间温度定律?第四节参考电极定律?第五节热电偶的种类?第六节热电偶冷端延长?第七节热电偶冷端补偿?第八节热电偶型传感器应用?第九节热电偶型传感器综合训练 2 第一节热电偶型传感器工作原理一、热电效应热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。由两种不同材料的导体 A和B 组成闭合回路,如图 8—1 所示。当两个结点温度不同时,回路中将产生电动势。如果将回路中接入一个毫安表,则毫安表的指针将发生偏转。这种现象即称为热电效应或塞贝克效应。两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中,置于温度为 T 的被测对象中的结点称之为测量端,又称为工作端或热端,而置于参考温度为 T 0 的另一结点称之为参考端,又称自由端或冷端。 34 二、珀尔帖效应热电偶产生的热电动势(T, )由接触电动势和温差电动势两部分组成。接触电动势(珀尔帖电动势):将两种不同的金属互相接触,如图8—2 所示。由于不同金属内自由电子的密度不同,在两金属 A和B 的接触处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属 A 扩散到密度小的金属 B ,使 A 失去电子带正电, B 得到电子带负电, 直至在接点处建立起充分强大的电场,能够阻止电子的扩散,从而达到动态平衡。这种在两种不同金属的接点处产生的电动势称为珀尔帖电动势,又称接触电动势。它的数值取决于两种导体的自由电子密度和接触点的温度, 而与导体的形状及尺寸无关。接触电动势(T)可用下式表示: ABE 0T ABe()= ㏑ ABeTe kT B An n 5 式中: ()—A、B两种材料在温度为 T时的接触电动势; T—接触处的热力学温度; k—玻尔兹曼常数( k= ×10 -23J/K ); —电子电荷( = ×10 -19 C); 、—热电极材料 A、B的自由电子密度。 ABeTe e An Bn 6 实践证明,在热电偶回路中起主要作用的是两个结点的接触电动势。如果将单一导体的温差电动势忽略不计,并取()的方向为正方向,如图 8—3所示。则有: ABeT B A B A B A AB AB ABn nTTe Kn ne KT n ne KT TeTeTTE ln)( ln ln)()(),( 0 0 0 0?????? 7 三、热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列结论: ①如果热电偶两电极材料相同,即使两端温度不同( ≠), 但总输出电动势仍为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶; ②如果热电偶两结点温度相同, 则回路总的热电动势必然等于零,温差越大,热电动势越大; ③热电动势的大小只与材料和结点温度有关,与热电偶的尺寸形状无关。 0T 0T8 第二节中间导体定律若在热电偶回路中插入中间导体,只要中间导体两端温度相同,则对热电偶回路的总热电动势无影响。这就是中间导体定律。其证明如下: 如图 8—4所示,热电偶回路插入中间导体 C后总的热电动势为: 9 10