《感测技术》第五章热电传感器.ppt

第五章 热电传感器; 热电传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置，利用一些材料或元件的性能参数随温度而变化，通过测量该性能参数，而得到被测温度大小。属物性型传感器; 一、热电效应 在两种不同的导体组成的闭合回路中，若两连接点的温度不同时，闭合回路中就会产生电动势而形成电流，这种现象称之为热电效应。 热电效应引起的电动势和电流，称为热电势和热电流;结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势; ;铠装热电偶; 1．接触电势 组成热电偶的两导体A和B属于不同的两物质，各自内部自由电子密度不同。 扩散理论：在接触点处要产生扩散运动 若导体A自由电子密度 NA大，导体B自由电子 密度NB小，则扩散结 果，在接触点处导体 A侧失去电子带正电， 导体B侧得到电子带负 电，于是在接触点处 形成电场，该电场阻 止电子扩散运动，当电 场作用与扩散运动达到平衡时，在接触点处就产生稳定的接触电势EAB＝UA－UB 。;、; 2．温差电势 由于热端T 和冷端T0存在着温度差，在同一导体内，高温端的自由电子向低温端扩散，从而形成高温端与低温端的温差电势。 ① 导体A 温差电势; 3．回路总电势 由导体A 和B 组成的热电偶回路，当接触点温度 T ＞T0时，回路总电势等于接触电势与温差电势的代数和 由于温差电势通常远远小于接触电势，因而工程计算上可以把接触电势看成回路总电势;; ;;; 2．基本定律 ① 中间导体定律 用热电偶测温时，在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两端温度相同，则不影响热电偶回路的总电势。即;《感测技术》第五章热电传感器; ② 标准电极定律 导体A、B 组成热电偶的回路电势EAB（T，T0），等于导体A、C 和C、B 组成热电偶回路电势EAC（T，T0）与 ECB（T，T0）之代数和;证明：; ③ 中间温度定律 热电偶在接触点温度为T、T0时的回路电势，等于该热电偶在接触点温度为 T、Tn和Tn、T0（T＞Tn＞T0）时回路电势之代数和。即;该定律是热电偶分度表应用的理论基础。 分度表是参考温度为0℃时，热电偶的回路电势 EAB（T，0）与被测温度T的数值对照表。 若已知T，可查表求EAB（T，0）； 反之，若已知EAB（T，0），亦可查表求出T。;热电偶的分类;1、S型热电偶——铂铑10-铂热电偶 属贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许误差-0.015mm，正 极名义化学成分为铂铑合金（铑10%，铂90%），负极为纯铂，俗 称单铂铑热电偶。 长期使用时的最高温度为1300℃，短期为1600℃。 缺点： 1）热电势较小，灵敏度低； 2）高温下机械强度下降； 3）对污染非常敏感； 4）成本高。;2、B型热电偶——铂铑30-铂铑6热电偶 属贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许误差-0.015mm，正 极名义化学成分为铂铑合金（铑30%，铂70%），负极也是铂铑合 金（含铑量6%）。 长期使用时的最高温度为1600℃，短期为1800℃。 缺点： 1）热电势较小，灵敏度低； 2）高温下机械强度下降； 3）对污染非常敏感； 4）成本高。;3、E型热电偶——镍铬-铜镍热电偶 属廉金属热电偶。 正极镍铬10合金（镍90%，铬10%），负极铜镍合金（铜55%， 镍45%），使用温度-200~900℃。 在所有热电偶中，其灵敏度最高。 4、K型热电偶——镍铬-镍硅热电偶 属廉金属热电偶。 正极镍铬10合金，负极镍硅合金（镍97%，硅3%），使用温度 -200~1300℃。 其使用量为其他热电偶的总和。;5、R型热电偶——铂铑13-铂热电偶 属贵金属热电偶。 正极铂铑合金（铂87%，铑13%），负极纯铂。 长期使用的最高温度为1300℃，短期为1600℃。 6、J型热电偶——铁-铜镍热电偶 属廉金属热电偶。 正极纯铁，负极铜镍合金（铜55%，镍45%） 常用温度0~750℃。 7、T型热电偶——铜-铜镍热电偶，又称铜-康铜热电偶 属廉金属热电偶。 正极纯铜，负极铜镍合金。 测温范围-200~350℃。;8、N型热电偶——镍铬硅-镍硅热电偶（最新国际化标准热电偶） 属廉金属热电偶。 正极镍铬硅合金（镍84.4%，铬14.2%，硅1.4%），负极镍硅镁合金 （镍95.5%，硅4.4%，镁0.1%）。 使用温度-200~1300℃。; 三、热电偶冷端温度误差及补偿 当使用热电偶测温时，热电偶冷端的温度必须恒定，否则要引入冷端温度误差。;C、D应为同种材料的导体。E=B T1和T2应在同一温度场中，即T1