沙洲职业工学院：《自动检测技术》课程电子教案（PPT教学课件）第七章 热电偶传感器

第七章热电偶传感器 第七章热电偶传感器 第一节热电偶工作原理 第二节热电偶的材料、结构和种类 第三节热电偶的冷端补偿 第四节热电偶的测温电路

第七章 热电偶传感器 第七章 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、结构和种类 第三节 热电偶的冷端补偿 第四节 热电偶的测温电路

第七章热电偶传感器 第一节热电偶的工作原理 A 工作原理 1、熟电效应 B 两种不同的导体(或半导体)A、B组成 闭合回路,两个接触端处于不同的温度,则 在回路中会产生热电动势,这种现象称为热 电效应。 本章目最

第七章 热电偶传感器 第一节 热电偶的工作原理 一 、工作原理 1、热电效应 两种不同的导体（或半导体）A、B组成 闭合回路，两个接触端处于不同的温度，则 在回路中会产生热电动势，这种现象称为热 电效应。 本章目录 A B t t0

第七章热电偶传感器 热电偶: 热电极 自由端 (冷端/参比端) 工作端 (热端/测量端) 热电极 热电动势:两种导体的接触电动势; 单一导体的温差电动势

第七章 热电偶传感器 热电偶： 热电极 热电极 工作端 （热端/测量端） 自由端 （冷端/参比端） 热电动势：两种导体的接触电动势； 单一导体的温差电动势。 A B t t0

第七章热电偶传感器 2、熟电势产生的原因(两方面) (1)不同导体的接触电势 两种不同材料接触处会产生热电势eA2(D),eAB(t0) 原因:A、B材料不同,自电子浓度不同,设N4NB 在接触点位置要发生电子扩散, A B且在两个方向上扩散的速率不同 ab (t) 总体是:A的浓度高,其扩散的速率大 AB A失去的电子比得到的多,放带“+”电荷 B失去的电子比得到的少,故带“”电荷 在A、B接触面上便形成一个从A指向B的静电场

第七章 热电偶传感器 2、热电势产生的原因（两方面） （1）不同导体的接触电势 原因： A、B材料不同，自由电子浓度不同，设NA>NB 在接触点位置要发生电子扩散， 且在两个方向上扩散的速率不同。 总体是：A的浓度高，其扩散的速率大。 ∴A失去的电子比得到的多，故带“+”电荷 ∴B失去的电子比得到的少，故带“--”电荷 在A、B接触面上便形成一个从A指向B的静电场。 NA NB eAB（t） eAB（t0） 两种不同材料接触处会产生热电势 eAB (t) ， eAB (t 0 ) ：

第七章热电偶传感器 接触电势的大小取决与两种不同的热电极材料的性 质和接触点的温度,而与材料的几何形状和尺寸无关。 ea2(t)=UA()-U2(t)eA2(t0)=U4()-UB(t0) 波尔兹曼常数 K·t.N K·t,N In AB e Ab(O In B 类似情况:电位器绕线与电刷若材料不同就会有接触 电势—干扰信号

第七章 热电偶传感器 接触电势的大小取决与两种不同的热电极材料的性 质和接触点的温度，而与材料的几何形状和尺寸无关。 B A AB N N e K t e (t) ln  = B A AB N N e K t e (t ) ln 0 0  = 波尔兹曼常数 类似情况：电位器绕线与电刷若材料不同就会有接触 电势——干扰信号。 e (t) U (t) U (t) AB = A − B ( ) ( ) ( ) 0 0 0 e t U t U t AB = A − B

第七章热电偶传感器 (2)单一导体的温差电势 At>t0A单一导体的两端存在温差时会产生热电势 A B 原因:高温端:自的电子活动能力强 ea(t, to) en (t, to) 低温端:自由电子活动能力弱 热端失去的电子比得到的多,故带“+”电荷 ∴冷端失去的电子比得到的少,故带“-”电荷 在材料内便形成一个从高温端指向低温端的静电场。 eA(t,b0)=UA(t)-UA()eB(t,16)=Ug()-U/(0)

第七章 热电偶传感器 （2）单一导体的温差电势 单一导体的两端存在温差时会产生热电势 eA（t，t0），eB（t，t0） 原因： 高温端：自由电子活动能力强 低温端：自由电子活动能力弱 ∴热端失去的电子比得到的多，故带“+”电荷 ∴冷端失去的电子比得到的少，故带“--”电荷 在材料内便形成一个从高温端指向低温端的静电场。 t t0 eA（t，t0） eB（t，t0） t> t A 0 A ( , ) ( ) ( ) 0 0 e t t U t U t A = A − A ( , ) ( ) ( ) 0 0 e t t U t U t B = B − B

第七章热电偶传感器 (3)回路总热电势eAB(t,to) aB(t, to)=eaB(t-e(t, to)-eaB(to)+eB(t, to) AB A (t, to) B (t, to) A B AB (t)

第七章 热电偶传感器 （3）回路总热电势eAB（t，t0） t t0 A B eA（t，t0） eB（t，t0） eAB（t） eAB（t0） ( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , ) 0 0 0 0 e t t e t e t t e t e t t AB = AB − A − AB + B

第七章热电偶传感器 温差电势<<接触电势 eaB(t, o)=eAB(t -e4B(o)s k(t-to) NA N eAg(,tn)气,t有关,若固定,则仅气有关。 材料不同,湿度与热电势之间的函数关系,一般米用实验的 方法求取 令t=0℃,在不同的温度t的作用下,精确测量回路 总电势eAB(t,t),将测量的结果列成表格一—热电 偶分度表(P86~91表7-1) 冲节首頁

第七章 热电偶传感器 ∵ 温差电势<<接触电势 ( , ) ( ) ( ) 0 0 e t t e t e t AB  AB − AB B A N N e K t t ln ( ) − 0 = eAB（t，t0）与t，t0有关，若t0固定，则仅与t有关。 令t0=0℃，在不同的温度t的作用下，精确测量回路 总电势eAB（t，t0），将测量的结果列成表格－－热电 偶分度表（P86～91 表7－1）。 材料不同，温度与热电势之间的函数关系，一般采用实验的 方法求取。 本节首页

第七章热电偶传感器 二、有关热电偶的几个结论 重点)D 1、均质导体定律 若组成热电偶回路的两种导体A,B材料相同,则无论 冷热端温度如何,热电偶回路总电势为0。即: 若A=B,则eAB(t,t)=0 解释:A=B,NA=NB AB(,0 K(t-tn),N4_K(-0h1=0 e 已 热电倜必须是两种不同导体(或半导体)组成

第七章 热电偶传感器 二、有关热电偶的几个结论 1、均质导体定律 若组成热电偶回路的两种导体A，B材料相同，则无论 冷热端温度如何，热电偶回路总电势为0。即： 若 A=B，则 eAB（t，t0）=0 ∴热电偶必须是两种不同导体（或半导体）组成。 解释： A=B，NA=NB ln 1 0 ( ) ln ( ) ( , ) 0 0 0 = − = − = e K t t N N e K t t e t t B A A B 重点

第七章热电偶传感器 2、中间温度定律 热电偶AB在结点温度为t,t时的热电势等于热电偶 在结点温度为(t,tn)和(tn,t)时的热电势总和 Ep: eaB(t, to)=eAB(t, tn)+eaB(tn, to) 各种热电偶的分度表均为在冷端温度t=0℃时测得, 而实际使用时一般t0℃,利用这一公式可求出冷端为任 意温度时的热电偶热电势

第七章 热电偶传感器 2、中间温度定律 热电偶AB在结点温度为t，t0时的热电势等于热电偶 在结点温度为（t，tn）和（tn，t0）时的热电势总和。 即： ( , ) ( , ) ( , ) 0 0 e t t e t t e t t AB = AB n + AB n 各种热电偶的分度表均为在冷端温度t0=0℃时测得， 而实际使用时一般t0≠0℃，利用这一公式可求出冷端为任 意温度时的热电偶热电势