第十章 第十章 热电式传感器 热电式传感器 第一节热电偶传感器 第二节热电阻传感器 第三节热敏电阻传感器 返回 实用化温度传感器，满足的条件 实用化温度传感器，满足的条件 z特性与温度应具有单值的函数关系，其只随温 度变化； z特性的温度灵敏度足够大，而且稳定； z特性易于测量； z特性稳定的温度范围与被测温度范围相适应； z适合于批量生产，价格便宜。 特性 特性：电阻、热电动势、热膨胀、导磁率、介电系数 第一节 第一节 热电偶传感器 热电偶传感器 一、热电偶的工作原理 二、常用热电偶 三、热电偶温度补偿 一、热电偶的工作原理 一、热电偶的工作原理 1、热电效应: 将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合 回路，如图所示，如果两接合点处的温度不同 (T0≠T)，则在两导体间产生热电势，并在回 路中有一定大小的电流 A、B导体－热电极 T－工作端或热端 T 0 －参比端或冷端 A B T 0 T 返回上一页下一页 两种导体的接触电势 单一导体的温差电势 热电势 热电势 大小与两种导体材料的性质及结点温度有关 返回上一页下一页 当温度T＞T0时，回路总的热电势可表示为 ∫ +?+?= +??= T T BA BT AT BT AT BAABABAB dT N N e kT N N e kT TTeTTeTeTeTTE 0 )(lnln ),(),()()(),( 0 00 0000 σσ 式中N AT 、N AT0 —导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； N BT 、N BT0 —导体B在结点温度为T和T0时的电子密度； σ A 、σ B —导体A和B的汤姆逊系数。 A B e AB (T) e AB (T 0 ) e A (T,T 0 ) e B (T,T 0 ) 上一页返回下一页 热电偶回路的几点结论 热电偶回路的几点结论 ①如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均 质导体，即σA＝σB，NA＝NB，则无论两结 点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。 因此， 热电偶必须采用两种不同的材料作为热 热电偶必须采用两种不同的材料作为热 电极。 电极。 ②如果 热电偶两结点温度相等 热电偶两结点温度相等即T＝T0，则尽管 导体A、B的材料不同，热电偶 回路内的总电 回路内的总电 势亦为零 势亦为零。 ③ 热电偶 热电偶 AB的热电势 的热电势与A、B材料的中间温度无 关， 只与结点温度有关 只与结点温度有关 返回上一页下一页 2、热电偶基本定律 、热电偶基本定律 （1）中间导体定律 若在T 0 处接入第三导体C E ABC （ （ T， ， T0）＝ ）＝ E AB （ （ T， ， T0） ） 结论： 结论： 在热电偶回路中接入第三种材料的导线， 在热电偶回路中接入第三种材料的导线， 只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会 只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会 影响热电偶的热电势 影响热电偶的热电势 可以将第三导线换成测试仪表或连接导线，只要保持 两结点温度相同，就可以对热电势进行测量而不影响 原热电势的数值 T 0 T 0 C T A B 返回上一页下一页 ⑵ ⑵ 参考电极定律 参考电极定律 z当结点温度为T、T0时，用导体A、B组 成的热电偶的热电势等于AC热电偶和 CB热电偶的热电势的代数和，即 Ｅ Ｅ AB (T， ， T0)＝ ＝ Ｅ Ｅ AC (T， ， T0)＋ ＋ Ｅ Ｅ CB (T， ， T0) 返回上一页下一页 二、常用热电偶 二、常用热电偶 z适于制作热电偶的材料有300多种， 国际电工委员会推荐七种标准化热电偶 1、铂铑 10 －铂热电偶 2、镍铬－镍硅热电偶 3、镍铬－考铜热电偶 4、钨铼 5 －钨铼 20 热电偶 返回上一页下一页 1、铂铑 、铂铑 10 － － 铂热电偶 铂热电偶 可在1300℃以下范围内长期使用；复制精度和测量准 确性高；材料为贵金属，成本较高。 2、镍铬－镍硅热电偶 、镍铬－镍硅热电偶 热电偶化学稳定性较高，测量范围为-50～+1312℃， 复制性好，线性好，价格便宜 3、镍铬－考铜热电偶 、镍铬－考铜热电偶 灵敏度高，价格便宜，测温范围窄而低 4、钨铼 、钨铼 5 －钨铼 －钨铼 20 热电偶 热电偶 较好的超高温热电偶，其最高使用温度可达2400℃ 返回上一页下一页 三、热电偶温度补偿 三、热电偶温度补偿 热电偶输出的电势是两结点温度差的函数 为了使输出的电势是被测温度的单一函数， 一般将T作为被测温度端，T 0 作为参比温 度端(冷端)。通常要求T 0 保持为0℃，但在 实际中做到这一点很困难，于是产生了热 电偶冷端补偿问题 电位补偿法 电位补偿法是在热电偶回路中串入一个自 动补偿的电动势 返回上一页