第6章热电式传感器 2021/2/3
2021/2/3 1 第6章 热电式传感器
引言 ■热电式传感器就是一种能将温度变化转 换为电量变化的装置,它是利用敏感元 件的电参数随温度变化的特性来达到测 量的目的。本章主要介绍热电偶、热电 阻和热敏电阻传感器的原理、测量电路 及其应用。 2021/2/3
2021/2/3 2 引言 ◼ 热电式传感器就是一种能将温度变化转 换为电量变化的装置，它是利用敏感元 件的电参数随温度变化的特性来达到测 量的目的。本章主要介绍热电偶、热电 阻和热敏电阻传感器的原理、测量电路 及其应用
61热电偶传感器 611热电偶 ■1.热电效应 n热电效应就是把两种不同的导体或半导 体(A和B)串接成一个闭合回路,如果 两导体接点处温度(和)不同,则两点 之间便产生电动势,从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势,通常称为热电动势。 1821年由 Seeback发现的,故又称为赛 2)克效应
2021/2/3 3 6.1.1 热电偶 ◼ 1．热电效应 ◼ 热电效应就是把两种不同的导体或半导 体（A和B）串接成一个闭合回路，如果 两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点 之间便产生电动势，从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势，通常称为热电动势。 ◼ 1821年由Seeback发现的，故又称为赛 贝克效应。 6.1 热电偶传感器
611热电偶 A T B 2021/2/3
2021/2/3 4 6.1.1 热电偶
热电势由两部分组成 两种导体组成的回路称为“热电偶”, 这两种导体称为“热电极”,产生的电 势则称为“热电势”,热电偶的两个结 点,一个称为测量端(工作端或热端) 另一个称为参考端(自由端或冷端)。 部分是两种导体的接触电势,另一部 分是单一导体的温差电势。 2021/2/3 5
2021/2/3 5 热电势由两部分组成 ◼ 两种导体组成的回路称为“热电偶” ， 这两种导体称为“热电极”，产生的电 势则称为“热电势”，热电偶的两个结 点，一个称为测量端（工作端或热端）， 另一个称为参考端（自由端或冷端）。 ◼ 一部分是两种导体的接触电势，另一部 分是单一导体的温差电势
2.接触电势 当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两 者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子 密度不同),因此,电子在两个方向上扩散的 速率就不一样。 。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自 由电子密度,则导体A扩散到导体B的电子数 要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导 体A失去电子带正电荷,导体B得到电子带负 电荷。于是,在A、B两导体的接触界面上便 形成一个由A到B的电场。 2021/2/3
2021/2/3 6 2．接触电势 ◼ 当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两 者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子 密度不同），因此，电子在两个方向上扩散的 速率就不一样。 ◼ 。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自 由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数 要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导 体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负 电荷。于是，在A、B两导体的接触界面上便 形成一个由A到B的电场
热电动势示意图 E +++ B A eA(t, To) T eAB(T) (a)接触电动势原理示意图b)温差电动势原理示意图 2021/2/3
2021/2/3 7 热电动势示意图
形成机理 n该电场的方向与扩散进行的方向相反,它将引 起反方向的电子转移,阻碍扩散作用的继续进 行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,即自 导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作 用下自导体B到导体A的自由电子数相等时, 便处于一种动态平衡状态。在这种状态下,A 与B两导体的接触处产生了电位差,称为接触 电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温 度有关,与导体的直径、长度及几何形状无关。 2021/2/3
2021/2/3 8 形成机理 ◼ 该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引 起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进 行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自 导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作 用下自导体B到导体A的自由电子数相等时， 便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A 与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触 电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温 度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关
接触电势大小 ()、KT,N B 2021/2/3
2021/2/3 9 接触电势大小 B A A B N N q KT E (T) ln 0 =
3.温差电动势 温差电动势是同一导体(热电极)的两 端因其温度不同而产生的一种电动势。 由于温度不同,低温端的电子数会比高 温端的电子数多,结果高温端因少出电 子而带正电,低温端因多出电子而带负 电,在导体两端便形成温差电动势。其 大小可表示为 EA(7,70)和EB(T,T0) 2021/2/3 10
2021/2/3 10 3．温差电动势 ◼ 温差电动势是同一导体（热电极）的两 端因其温度不同而产生的一种电动势。 由于温度不同，低温端的电子数会比高 温端的电子数多，结果高温端因少出电 子而带正电， 低温端因多出电子而带负 电，在导体两端便形成温差电动势。其 大小可表示为 EA (T,T0 ) 和 ( , ) EB T T0