第八章热电势传感器主讲人：姚兰dancyyaocuit.edu.cn温度标志着物质 内部大量分子无规则 运动的剧烈程度。温 度越高，表示物体内 部分子热运动越剧烈 。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时 的运动速度比低温时快！低温高温温度测量的基本概念体积热膨胀式 不需要电源，耐用 ；但感温部件体积较 大。 气体的体积与 热力学温度成正比红外温度计物 理 现 象体积热膨胀 电阻变化温差电现象导磁率变化 电容变化 压电效应超声波传播速度变化物质 颜色 PN结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种 类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料 液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器 光学高温计1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计 3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计 5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计1 热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振 动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射 传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分 类特 征传 感 器 名 称 超高温用 传感器1500以上光学高温计、辐射传感器高温用 传感器10001500光学高温计、辐射传感器 、热电偶 中高温用 传感器5001000光学高温计、辐射传感器、 热电偶 中温用 传感器0500低温用 传感器-2500极低温用 传感器-270-250BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、 压力式玻璃温度计见表下内容测 温 范 围温度传感器分类热电极A 自由端 （参考 端、冷 端） 测量端 （工作 端、热 端） 热电极BAB第一节 热电偶一、热电效应从实验到理论：热电效应 问题1： 发现放在回路中的毫伏计发生偏转？问题2：如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，毫伏计的 偏转角反而减小？说明回路中有电动势产生并 有电流在回路中流动说明电流的强弱与两个结点 的温差有关。 结论：两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 2.热电效应的分析接触电势: 两种材料的自由电子密度不同温差电势： 两个接点的温度不同（1）接触电势k 玻耳兹曼常数； T 接触面的绝对温度； e 单位电荷量； NA金属电极A的自由电子密度 NB金属电极B的自由电子密度接触电势结论：在材料一定的情况，其大小与T成正比关系。静电场扩散设NANB（2）温差电势 汤姆逊系数，它表示温度为1时所产生的电动势值，它与材料的性质有关。 温差电势 （汤姆逊电势） 静电场扩散 热端 电子冷端 电子设TT0（3）回路的总热电势 设TTo, NANB 热电极A和B为同一种材料时，NA=NB, A=B，则EAB(T, T0)=0。 若热电偶两端处于同一温度下， T=T0 ，则EAB(T, T0)=0 。 热电势存在必须具备两个条件：两种不同的金属材料组成热电偶，它的两端存在温差。 热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。问题1：能否测量单点温度？E与T之间有唯一对应的单值函数关系，问题2：为什么实际应用中，常把T0=0？当T0保持不变时，f (T0)=C则有：K热电偶的 分度表 比较 查出的3个 热电势， 可以看出 热电势是 否线性？八种国际通用热电偶：B:铂铑30铂铑6 、R:铂铑13铂 、S:铂铑10铂 、 K:镍铬镍硅 、N:镍铬硅镍硅 、 E:镍铬铜镍、 J:铁铜镍 、 T:铜铜镍 ； 用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号 名称 测测量温度范 围围 1000C 热电势热电势 / mV B铂铑铂铑30铂铑铂铑6501820 C4.834R铂铑铂铑13铂铂-501768 C 10.506S铂铑铂铑10铂铂-501768 C9.587K镍铬镍铬 镍铬镍铬 ( 铝铝) -2701370 C41.276E镍铬镍铬 铜镍铜镍 ( 康 铜铜)270800 C?热电偶的结构形式1.普通型热电偶：由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成安装 螺纹安装 法兰2.铠装热电偶 由热电偶丝、 绝缘材料和金属套管 三者经拉伸加工而成的坚实组合体, 它可以做得很 细很长, 使用中随需要能任意弯曲。BA绝缘 材料热电偶横截面二、热电偶的基本定律1.匀质导体定律2.中间导体定律3.连接导体定律1.中间导体定律在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C ，只要引入点温度相同，热电偶回路总电动势不 受中间导体接入的影响。ET0T0TET0T1T1T电位计接入 热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位 计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温 度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接 入的方式见下图所示。 2. 连接导体定律其中：而： 例. 用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温 度T0=30，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测 量端实际温度T。查分度表有E（30，0）= 0.173 mV 反查分度表有T=830，测量端实际温度为830三、 热电偶的冷端处理和补偿 热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定 ，通过测量热电势的大小得到热端的温度。 热电偶的冷端处理和补偿: 当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳 定的地方，再考虑将冷端处理为。几种冷端处理方法： 1. 补偿导线法2. 热电偶冷端温度恒温法 3. 计算修正法 4. 冷端补偿电桥法1.补偿导线法 热电偶补偿导线功能：其一实现了冷端迁移；其二是降低了电路成本。2.热电偶冷端温度恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。3.计算修正法 在实际应用中，热电偶的参比端往往不是零， 而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小 ，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产 生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。 可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值， 然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值， 反查分度表即可得到准确的被测温度值。例用镍铬-镍硅(K型)热电偶测温，热电偶参比端温 度为30。测得的热电势为28mV，求热端温度。反查K分度表 T=701.5计算修正曲线 4.冷端补偿电桥法 利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶 冷端温度变化而引起的热电势的变化值 a) T020C，RcuR1R2R3电桥平衡，则Uab0，对电势无补偿输出；b）T020C, 减小，而Rcu增大 Uab增大则：u Uab补偿作用c）T020C, 增大，而Rcu减小 Uab减小则：u Uab补偿作用补偿分析：