《传感器技术》课程电子教案（PPT教学课件）第4章 热电式传感器

第4章热电式传感器 温度是表征物体冷热程度的物理量。它反 映物体内部各分子运动平均动能的大小。 温度可以利用物体的某些物理性质(电阻、 电势、等)随着温度变化的特征进行测量。 测量方法按作用原理分接触式和非接触式。 接触式传感器接触温度场,二者进行热交换 (热电偶、热电阻温度传感器)

第4章 热电式传感器 温度是表征物体冷热程度的物理量。它反 映物体内部各分子运动平均动能的大小。 温度可以利用物体的某些物理性质（电阻、 电势、等）随着温度变化的特征进行测量。 测量方法按作用原理分接触式和非接触式。 接触式传感器接触温度场，二者进行热交换。 （热电偶、热电阻温度传感器）

测温范围在-250—1800度,适用于远距离多点 测量。 非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随 温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与 温度有关,当选择合适的接收检测装置时,便可测得 被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显 示的各种信号,实现温度的测量。这类测温方法的 温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度 传感器、光纤高温传感器等。测量范围600-6000度

测温范围在-250——1800度，适用于远距离多点 测量。 非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随 温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与 温度有关, 当选择合适的接收检测装置时, 便可测得 被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显 示的各种信号, 实现温度的测量。这类测温方法的 温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度 传感器、光纤高温传感器等。测量范围600—6000度

4.1热电偶传感器 热电偶的测温原理 1接触电势 测量端 参考端 B 图2.4.1热电偶 图242接触电动势 kT, N AB EA2(T,10)=-(T-1)h B

4.1 热电偶传感器 一.热电偶的测温原理 1.接触电势 B A AB N N e k T E (T) = ln B A AB N N T T e K E (T,T0 ) = ( − 0 )ln

2温差电势 EA To T T EB EAT,TO= ki 1 d(Nat w dt E2(T,T0) ki i d(Nat ejn dt A

2.温差电势 dt dt d N t e N k E T T T T A A A  = 0 1 ( ) ( , ) 0 dt dt d N t e N k E T T T T A A B  = 0 1 ( ) ( , )0

回路总的电势为 EA EAB(T) EB EAB(TO) PAB(T, TO=EAB T, TO)+EB -eA 由于温差电势很小,可略去。因此回路 的电势为: K N PA2(T,70)=EAB(,T)=-(7-T0)h4

回路总的电势为 PAB T T = EAB T T + EB − EA ( , ) ( , ) 0 0 B A AB AB N N T T e K P (T,T0 ) = E (T,T0 ) = ( − 0 )ln 由于温差电势很小，可略去。因此回路 的电势为:

热电偶回路的几点结论: ①如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体, 则无论两结点温度如何,热电偶回路内的总热电势为零 必须采用两种不同的材料作为热电极。 ②如果热电偶两结点温度相等,热电偶回路内的总电 势亦为零。 ③热电偶AB的热电势与A、B材料的中间温度无关,只 与结点温度有关

热电偶回路的几点结论： ① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体， 则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。 必须采用两种不同的材料作为热电极。 ② 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电 势亦为零。 ③ 热电偶AB的热电势与A、B材料的中间温度无关，只 与结点温度有关

热电偶基本定律 中间导体定律 利用热电偶进行测温,必须在回路中引入连接导线和仪表, 接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢?中间导体定 律说明,在热电偶测温回路内,接入第三种导体,只要其两端温 度相同,则对回路的总热电势没有影响。 接入第三种导体回路如图 所示。由于温差电势可忽 略不计,则回路中的总热T 电势等于各接点的接触电 势之和。即

二. 1. 中间导体定律 利用热电偶进行测温, 必须在回路中引入连接导线和仪表, 接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定 律说明, 在热电偶测温回路内, 接入第三种导体, 只要其两端温 度相同, 则对回路的总热电势没有影响。 接入第三种导体回路如图 所示。 由于温差电势可忽 略不计, 则回路中的总热 电势等于各接点的接触电 势之和

EaBcT,TO=eAB(T)+eBCTO+eCATO) 当T=T0时,有 EABCTO=EABOTo +eBCTO+eCATO=0 由此得eAB(To)=-ec(To)-ecA(T0)=0 代入(1)式 e aBcT, TO=eABT)-eABTo=eABT, To 同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导 体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势

EABC(T,T0 )=eAB(T)+eBC(T0 )+eCA(T0 ) （1 当T= T0 时, 有 EABC(T0 )=eAB(T0 )+eBC(T0 )+eCA(T0 ) =0 由此得eAB(T0 )＝－eBC(T0 )－eCA(T0 ) =0 代入（1）式 ＡＢＣ(T, T0 )=eAB(T)-eAB(T0 )=eAB(T, T0 ) 同理, 加入第四、第五种导体后, 只要加入的导 体两端温度相等, 同样不影响回路中的总热电势

2参考电极定律 当结点温度为T,TQ时,用导体A,B组成的热电偶的热电 动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。 EAB(7,0)=EAC(7,10)+EC2(T,70)

2.参考电极定律 当结点温度为T, T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电 动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。 0 0 0 ( , ) ( , ) ( , ) E T T E T T E T T AB AC CB = +

参考电极的实用价值在于:它可大大简化热 电偶的选配工作。实际测温中,只要获得有关热 电极与参考电极配对时的热电势值,那么任何两 种热电极配对时的热电势均可按公式而无需再逐 个去测定 用作参考电极(标准电极)的材料,目前主要 为纯铂丝材,因为铂的熔点高,易提纯,且在 高温与常温时的物理、化学性能都比较稳定

参考电极的实用价值在于：它可大大简化热 电偶的选配工作。实际测温中，只要获得有关热 电极与参考电极配对时的热电势值，那么任何两 种热电极配对时的热电势均可按公式而无需再逐 个去测定。 用作参考电极(标准电极)的材料，目前主要 为纯铂丝材，因为铂的熔点高，易提纯，且在 高温与常温时的物理、化学性能都比较稳定