第七章 热电偶传感器 电子信息及电气工程系
第七章 热电偶传感器 电子信息及电气工程系
本毫的学习要点 1.掌握热电偶测温的基本原理 2.掌握热电偶回路的三大定律(生湿度 定中导体定标电极定律) 3.了解工业热电偶的分类和两个重要的概 分度号和分度表 4.了解热电偶冷端的温度补偿的4种方法
本章的学习要点: 1. 掌握热电偶测温的基本原理 2. 掌握热电偶回路的三大定律(中间温度 定律,中间导体定律,标准电极定律) 3.了解工业热电偶的分类和两个重要的概 念(分度号和分度表) 4.了解热电偶冷端的温度补偿的4种方法
7.1热电周效应及相关定律 热电偶属电量传感器将非电量转换为电 量TmV),有源传感器。 热电偶效应 将两种电子密度不同的导体如图连 接成闭合回路如果两端所处的温 度不同时,在该回路内就会产生热 电动势和温差电动势
7.1 热电偶效应及相关定律 热电偶属电量传感器(将非电量转换为电 量T——mV) ，有源传感器。 一 .热电偶效应 将两种电子密度不同的导体如图连 接成闭合回路,如果两端所处的温 度不同时，在该回路内就会产生热 电动势和温差电动势。 t 0 t
热电偶工作原理 热电效应(西拜克效应,1821年) (1)接触热电势 两种材料电子密 KnNa度不同。如 E2(T)= Ae n NB NA>NB在热端 从A扩散到B的电 A+ B 子数目多,使冷端 Q9QQ99AB之间形成电位 差。其大小取决于 A、B的性质及接 触点的温度,而与 其形状尺寸无关
热电偶工作原理 热电效应（西拜克效应，1821年） （1）接触热电势 BT AT N N e KT EA B (T) = ln A + B − 两种材料电子密 度不同。如 NA>NB ，在热端 从A扩散到B的电 子数目多，使冷端 AB之间形成电位 差。其大小取决于 A、B的性质及接 触点的温度，而与 其形状尺寸无关
(2)温差电动势 A(T,70) kiLd(nat 是在同一导体的两端因其温度不同而 产生的一种电动势高温侧电子受热能运 动加剧,高温侧失去电子而带正电低温侧 得到电子带负电即形成一个静电场,使两 端岀现电位差(汤姆森电势)
= T T A T T N A d N t e K E A 0 0 ( ) 1 ( , ) T T0 （2） 温差电动势 是在同一导体的两端因其温度不同而 产生的一种电动势.高温侧电子受热能运 动加剧, 高温侧失去电子而带正电,低温侧 得到电子带负电即形成一个静电场,使两 端出现电位差（汤姆森电势）
回路总电势: A AB B E B(1510 EuB(T, TO)=EB(T)-EB(T, TO)-EAB(TO)+E(T, To) 忽略温差电势后有:EA(T,)=EB(T)E12( 固定T0后有: EB(T, T )=f(T)-C
回路总电势： ( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , ) EAB T T0 = EAB T − EB T T0 − EAB T0 + EA T T0 ( ) E (T) EAB T0 AB ( , ) 0 E T T A ( , ) EB T T0 忽略温差电势后有： 固定T0后有： EAB (T,T0 ) = f (T) −C ( , ) ( ) ( ) EAB T T0 = EAB T − EAB T0 A B
二热电偶的几点结论 1、若组成热电偶回路的两种导体相同(均质 导体)则无论两接点温度如何热电偶回路 内的总电动势为零。 2、如热电偶两接点温度相同,即T=T0尽管导 体A、B的材料不同,热电偶回路内的总热 电动势为零。 3、热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间 温度无关,只与接触点温度有关
二.热电偶的几点结论: 1、若组成热电偶回路的两种导体相同（均质 导体）,则无论两接点温度如何,热电偶回路 内的总电动势为零。 2、如热电偶两接点温度相同,即T=T0,尽管导 体A、B的材料不同，热电偶回路内的总热 电动势为零。 3、热电偶AB的热电动势与A、B材料的中间 温度无关，只与接触点温度有关
三、热电偶的重要定律 1中间温度定律: 热电偶AB在 接点温度为T1 T3时的热电动 势,等于热电偶 厶在接点温度为 T1、T2和T2 T3时的热电动 势总和。 EAB(t, t3)=EAB(t, t2)+ EAB(t2, t3 EAB(, L2)+eaB(t2, t3)=EB( -ear(t2)+ear(t2)-ear(t3) EAB( -EaB(ts=eab(t,t3)
三、热电偶的重要定律： 1.中间温度定律： 1 t 2 t 3 t 1 t 3 t ( , ) ( , ) ( , ) 1 3 1 2 2 3 E t t E t t E t t AB = AB + AB 热电偶AB在 接点温度为T1、 T3 时的热电动 势，等于热电偶 在接点温度为 T1、T2和T2、 T3时的热电动 势总和。 ( ) ( ) ( , ) ( , ) ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 3 1 3 1 2 2 3 1 2 2 3 E t E t E t t E t t E t t E t E t E t E t A B A B A B A B A B A B A B A B A B = − = + = − + − A B
2中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导线, 只要这第三种材料的导体两端温度相同,第 种材料导线的引入不会影响热电偶的热电 动势,这一性质称为中间温度定律 A →园 m B B EB(t,12)=E1(4)+E(0)-EB(4)E1(2)=EB(4)-EB(2 EaB(, t2)=EaB(t+ eBa(t2 )+eca(t2) EAB(+eB(t2)-ec(t2)+ec(t2) -ea(t2) EAB( -()+eb(2)=EAB( -(t2)
T0 T0 1 t 2 t ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 1 0 0 2 1 2 E t t E t E t E t E t E t E t AB = AB + BC − BC − AB = AB − AB 2.中间导体定律: • 在热电偶回路中接入第三种材料的导线， 只要这第三种材料的导体两端温度相同，第 三种材料导线的引入不会影响热电偶的热电 动势，这一性质称为中间温度定律。 A B C C mV A B t1 t2 t2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( , ) ( ) ( ) ( ) 1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 2 E t E t E t E t E t E t E t E t E t E t E t t E t E t E t A B A B A B A B A B B C C A A B A B B C CA = − + = − = + − + − = + +
EaB(ti,to)=aB(t1- EaB(to) 保护管 V 绝缘物 热电偶 连接管 B A 热电偶 婚融金属
2 t 1 t 0 t 0 t ( , ) ( ) ( ) 1 0 1 0 E t t E t E t AB = AB − AB 2 t 1 t 0 t 0 t