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第8章 热电式传感器(《传感器基础》课件).ppt

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第8章 热电式传感器,本章主要介绍热电偶、热电阻、热敏电阻和集成温度传感器的原理、测量电路及其应用。 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磁参数随温度变化的特性来达到测量的目的。,第8章 热电式传感器,8.1 热电偶温度传感器 当将两种不同的导体或半导体串接成一个闭合回路,若导体的两接点处温度不同,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热电效应。由此效应产生的电动势,通常称为热电动势。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶原理图,,第8章 热电式传感器,两种不同导体或半导体的组合称为热电偶,如上图所示。其中A和B导体或半导体称为热电偶的电极。两个接点,一端称为工作端或热端( ),另一端称为参比端或冷端( )。当A、B材料确定,且冷端温度恒定,则热电动势仅与测量端温度有关。 热电偶两端的热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势所组成。,,第8章 热电式传感器,接触电动势,其大小可表示为,,,,,,,,对于A、B两金属材料组成的闭合回路,另一端温度为 时,则接触电动势为,,,,第8章 热电式传感器,温差电动势的大小可表示为,,,,,,,,对于A、B构成的闭合回路总的 温差电势为,第8章 热电式传感器,由导体A、B组成的热电偶回路,当温度 > 时, 可表示为热电偶回路电势分布图,,,,,第8章 热电式传感器,由于温差电动势比接触电动势小,又 > ,所以总电动势中以导体A、B在 端的接触电动势所占百分比最大,故总电动势的方向取决于 的方向。 若材料A、B已定,则 、 只是温度的函数。上式可以表示为热电动势的大小只与热电偶两端接点的温度有关,如果 已知且恒定,则 为常数,回路总电动势只是工作端温度 的单值函数。,,,,,,,,第8章 热电式传感器,热电偶基本定律 1. 均质导体定律 若组成热电偶回路的两种导体相同(即由一种均质材料的热电极组成闭合回路),不论热电极长度、直径如何,不管接点温度如何,则回路中没有电流流过(即不产生电动势);反之,若回路中有电流流过,则导体一定是非均质的。,第8章 热电式传感器,2. 中间导体定律 将导体A和B构成热电偶,并将冷端断开,无论插入导体C的温度分布如何,只要中间导体两端温度相同,则对热电偶回路总电动势没有影响。这就是中间导体定律。EABC(T,T0)=EAB(T,T0)具有中间导体的热电偶回路,,,第8章 热电式传感器,3. 连接导体定律和中间温度定律在热电偶回路中,如果热电极A、B分别与连接导线A’、B’相连接,结点温度分别为T、Tn、T0 ,那么回路的热电势将等于热电偶的热电势EAB(T,Tn ) 与连接导线A’、B’在温度Tn、T0 时热电势 EA’B’(T,Tn ) 的代数和,即 :EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0),第8章 热电式传感器,如A与A’、B与B’材料相同,且结点温度分别为T、Tn、T0时,有: 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值EAB(T,T0 ),等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式所示:EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0),第8章 热电式传感器,例如: 已知A、B组成的热电偶在(1000C,00C)时热电势为1mV且A、B组成的热电偶在(10000C,00C)时热电势为10mV 则它们在(10000C,1000C)时的热电势为: 10-1=9mV,第8章 热电式传感器,4. 参考电极定律当接点温度为 , 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,即导体C称为标准电极(一般用铂制成),这一规律称为参考电极定律,如图所示。 EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0),,,,,第8章 热电式传感器,热电偶的材料 对热电偶材料的基本要求 ① 热电特性稳定。 ② 两种材料组成的热电偶应输出较大的热电动势。 ③ 电阻温度系数和电阻率要小。 ④ 能应用于较宽的温度范围,热电特性、物理化学性能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能,便于成批生产,且复现性好,便于统一分度。,第8章 热电式传感器,国际标准热电偶及其材料简述 ① 铂铑10—铂热电偶(分度号为S) ② 铂铑30—铂铑6热电偶(分度号为B)。 ③ 镍铬—康铜热电偶(分度号为E)。 ④ 镍铬—镍硅热电偶(分度号为K) ⑤ 铂铑13—铂热电偶 (分度号为R)。 ⑥ 铁—康铜热电偶(分度号为J)。 ⑦ 铜—康铜热电偶(分度号为T)。,第8章 热电式传感器,热电偶的结构将两个热电极的一个端点焊接在一起组成热接点,
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