教學(xué)課件PPT熱電式傳感器

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1、第7章熱電式傳感器7.1熱電偶7.2熱釋電7.1熱電偶熱電偶測(cè)溫范圍：100℃~1300℃特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、精度高、溫度測(cè)量范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳、使用方便。▲▲是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需外加電源。應(yīng)用：測(cè)量爐子或管道的氣體、液體的溫度或固體的表面溫度.先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）第二節(jié)熱電偶的工作原理左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）熱電極B熱電勢(shì)AB7.1.1熱電偶測(cè)溫原理1、熱電效應(yīng)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，

2、則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。熱電動(dòng)勢(shì)（來(lái)源：接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)）、熱電偶（兩種材料的組合體）、熱電極（A、B兩導(dǎo)體）熱端（測(cè)量端或工作端）、冷端（參考端或自由端）2、兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。兩接點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)eAB(T)和eAB（T0）可表示為含義：由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料、接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的直徑、長(zhǎng)度、幾何形狀等無(wú)關(guān)?！粚?dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。大小表示：3、單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)機(jī)理：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫

3、端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。4、熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)eAB(T,T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0)忽略溫差電動(dòng)勢(shì)，熱電偶的熱電勢(shì)可表示為：熱電偶回路有四個(gè)電動(dòng)勢(shì)：兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)、兩個(gè)溫差電動(dòng)式（▲▲）。實(shí)踐證明：①熱電偶回路所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)主要是由接觸電動(dòng)勢(shì)引起的，溫差電動(dòng)勢(shì)所占比例極小，可以忽略不計(jì)；②又因?yàn)镋AB(t)和EAB(t0)的極性相反，假設(shè)導(dǎo)體A的電子密度大于導(dǎo)體B的電子密度，則A為正極、B為負(fù)極，因此回路的總電動(dòng)勢(shì)為：影響

4、因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無(wú)關(guān)結(jié)論：1）兩熱電極相同時(shí)，即nA(t)=nB(t)、nA(t0)=nB(t0)，總電動(dòng)勢(shì)為0。2）兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)(t=t0)，總電動(dòng)勢(shì)為0。3）熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小與材料(nA,nB)和接點(diǎn)溫度(t,t0)有關(guān)，與其尺寸、形狀等無(wú)關(guān)。4）熱電偶在接點(diǎn)溫度為t1，t3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于此熱電偶在接點(diǎn)溫度為t1，t2與t2，t3兩個(gè)不同狀態(tài)下的熱電動(dòng)勢(shì)之和，即EAB(t1,t3)=EAB(t1,t2)+EAB(t2,t3)=EAB(t1)-EAB(t2)+EAB(t2)-EAB(t3)=EAB(t1)-EAB(t3)5）電子濃度取決于熱電偶材料

5、的特性和溫度，當(dāng)A、B選定后，熱電動(dòng)勢(shì)EAB(t，t0)就是兩接觸點(diǎn)t喝t0的函數(shù)差，即EAB(t，t0)=f(t)-f(t0)當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即可見(jiàn)：只要測(cè)出EAB（T,T0）的大小，就能得到被測(cè)溫度T，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。熱電偶的分度表不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定，并將不同溫度下測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢(shì)與溫度的對(duì)照表，即分度表。供查閱使用，每10℃分檔。中間值按內(nèi)插法計(jì)算。tM——被測(cè)溫度值；tH——較高的溫度值；tL——較低的溫度值；EM

6、、EH、EL——分別為溫度tM、tH、tL對(duì)應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)。S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)，接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。（1）中間導(dǎo)體定律應(yīng)用：利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)。5.熱電偶的基本定律▲▲測(cè)量?jī)x表及引線作為第三種導(dǎo)體的熱電偶回路（2）中間溫度定律eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)在熱電偶測(cè)溫回路中，tc為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0

7、時(shí)的熱電勢(shì)eAB(t,tc)和eAB(tc,t0)的代數(shù)和，即中間溫度定律中間溫度定律的應(yīng)用根據(jù)這個(gè)定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體A′和B′，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對(duì)參考端溫度不為0℃的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。（3）標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體（電極）定律標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律的意義通常選用高純鉑絲作標(biāo)準(zhǔn)電極只要測(cè)得它