第六章熱電勢傳感器

第六章熱電勢傳感器第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動越劇烈。

模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！低溫高溫溫度測量的基本概念第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日紅外溫度計第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動勢晶體管特性變化可控硅動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日熱電偶、測溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動器、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃制溫度計、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計見表下內(nèi)容測溫范圍溫度傳感器分類第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日結(jié)論：兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A自由端（參考端、冷端）

測量端（工作端、熱端）

熱電極BAB第一節(jié)熱電偶一、熱電效應(yīng)第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日

從實驗到理論：熱電效應(yīng)

問題1：

發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)？

（說明什么）問題2：如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減??？（又說明什么）。

說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動說明電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。

第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日2.熱電效應(yīng)的分析

接觸電勢:兩種材料的自由電子密度不同

溫差電勢：兩個接點的溫度不同第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日（1）接觸電勢k——玻耳茲曼常數(shù)；T——接觸面的絕對溫度；e——單位電荷量；NA——金屬電極A的自由電子密度NB——金屬電極B的自由電子密度接觸電勢結(jié)論：在材料一定的情況，其大小與T成正比關(guān)系。靜電場擴散設(shè)NA>NB第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日（2）溫差電勢δ——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為1℃時所產(chǎn)生的電動勢值，它與材料的性質(zhì)有關(guān)。溫差電勢（湯姆遜電勢）靜電場擴散熱端電子冷端電子設(shè)T>T0第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日（3）回路的總熱電勢

設(shè)T>To,NA>NB第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日熱電極A和B為同一種材料時，NA=NB,δA=δB， 則EAB(T,T0)=0。若熱電偶兩端處于同一溫度下，T=T0， 則EAB(T,T0)=0。熱電勢存在必須具備兩個條件： 兩種不同的金屬材料組成熱電偶， 它的兩端存在溫差。

第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日熱電勢是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。

問題1：能否測量單點溫度？E與T之間有唯一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，

問題2：為什么實際應(yīng)用中，常把T0=0℃？當(dāng)T0保持不變時，f(T0)=C則有：第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日K熱電偶的分度表

比較查出的3個熱電勢，可以看出熱電勢是否線性？第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6、R:鉑銠13—鉑、S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳；用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢

分度號

名稱

測量溫度范圍

1000C熱電勢/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800C——?第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日熱電偶的結(jié)構(gòu)形式

1.普通型熱電偶：由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成安裝螺紋安裝法蘭第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日2.鎧裝熱電偶

由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體,它可以做得很細很長,使用中隨需要能任意彎曲。BA絕緣材料熱電偶橫截面第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律2.中間導(dǎo)體定律3.連接導(dǎo)體定律第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律兩電極（A、B）材料相同時,即則無論接點處溫度如何變化，第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日2.中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C，只要引入點溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日ET0T0TET0T1T1T電位計接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。

第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日3.連接導(dǎo)體定律其中：而：第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日例.用（S型）熱電偶測量某一溫度，若參比端溫度T0=30℃，測得的熱電勢E(T,Tn)=7.5mV，求測量端實際溫度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測量端實際溫度為830℃第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日三、熱電偶的冷端處理和補償

熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度的有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定，通過測量熱電勢的大小得到熱端的溫度。

熱電偶的冷端處理和補償: 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動較大的地方時，必須首先使用補償導(dǎo)線將冷端延長到一個溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為０℃。第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日幾種冷端處理方法：

1.補償導(dǎo)線法2.熱電偶冷端溫度恒溫法3.計算修正法4.冷端補償電橋法第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.補償導(dǎo)線法熱電偶補償導(dǎo)線功能：其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了電路成本。第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日2.熱電偶冷端溫度恒溫法

適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用。第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日3.計算修正法在實際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是零，而是環(huán)境溫度，這時測量出的回路熱電勢要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符合熱電偶分度表的要求?？捎檬覝赜嫓y出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測溫度值。第三十頁，共三十三頁，2022年，8月28日例用鎳鉻--鎳硅(K型)熱電偶測溫，熱電偶參比端溫度為30℃。測得的熱電勢為28mV，求熱端溫度。反查K分度表T=701.5℃計算修正曲線第三十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日4.冷端補償電橋法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值第三十二頁，共三十三頁，2022年，8月