4.5 熱點偶傳感器

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1、4.5 4.5 熱電偶傳感器熱電偶傳感器4.5.1 熱電偶的測溫原理4.5.2 有關熱電偶回路的幾點結論4.5.3 熱電偶冷端溫度補償4.5.4 常用熱電偶及其特性4.5.6 熱電偶測溫應用實例熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器簡稱熱電偶。熱電偶能滿足溫度測量的各種要求，具有結構簡單，精度高，范圍寬（-2692800），響應較快，具有較好的穩(wěn)定性和復現性，因此在測溫領域中應用廣泛。溫差熱電偶（簡稱熱電偶）是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結構簡單，測量范圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠傳或信號轉換等優(yōu)點外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微

2、型熱電偶還可用于快速及動態(tài)溫度的測量。4.5.1 熱電偶的測溫原理圖4-71 熱電偶工作原理把兩種不同的導體（或半導體）接成圖4-71的閉合電路，把它們的兩個接點分別置于溫度為 及 （）的熱源中，則在回路中將產生一個電動勢，稱為熱電動勢，或塞貝克電動勢。這種現象稱為熱電效應或叫塞貝克效應。圖4-71中的兩種導體叫熱電極，兩個接點，一個稱為工作端或熱端（），另一個稱為自由端或冷端。由這兩種導體組成并將溫度轉換成熱電動勢的傳感器稱為熱電偶。賽貝克效應這種現象早在1821年首先由賽貝克（Seeback）發(fā)現,所以又稱賽貝克效應。熱電動勢由兩種導體接觸電動勢（或稱珀爾帖電動勢）和單一導體的溫差電動勢（

3、湯姆遜電動勢）組成。熱電動勢的大小與兩種導體的材料及接點的溫度有關。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端4.5.1.1 接觸電動勢圖4-72 接觸電動勢的建立在圖4-71中，溫度為 的接點，由于A、B兩種導體的電子密度不同（設 ），在接觸面上由A導體擴散到B導體的電子數量將比由B導體擴散到A導體的電子數量多。導體A因失去電子而帶正電荷，導體B因得到多余的電子而帶負電荷。因此在A、B導體的接觸面上建立一個電場 ，見圖4-72。在該電場作用下，一方面阻止繼續(xù)由A導體擴散到B導體，另一方面加速電子由B導體擴散到A導體。當達到動態(tài)平衡時，在A、B導體的接觸面上便建立了接觸電動勢，其值用 表示。4.5.1.2

4、 溫差電動勢溫差電動勢是在同一根導體中由于兩端溫度不同（設 ）而產生的電動勢。在同一導體A中，由于高溫端向低溫端擴散的電子數量比由低溫端向高溫端擴散的電子數量多。高溫端因失去電子而帶正電荷，而低溫端由于得到多余的電子而負電荷。因此，在導體中建立一個靜電場，見圖4-73。在該電場作用下，一方面阻止電子繼續(xù)由高溫端向低溫端擴散，另一方面加速電子由低溫端向高溫端擴散。當達到動態(tài)平衡時，在導體A的高低溫端便建立了溫差電動勢。圖4-73 溫差電動勢的建立4.5.1.3 熱電偶回路的熱電動勢由上述可知，圖4-71的熱電偶回路有四個熱電動勢；兩個接觸電動勢 、和兩個溫差電動勢 、，熱電動勢的等效電路見圖4-

5、74。四個電動勢中，由于 ，的量值最大，以 的方向為正，則回路熱電動勢為：圖4-74 熱電動勢等效電路由于溫差電動勢很小，而且 與 的極性相反，兩者互相抵消，可忽略不計。因此，熱電偶回路的熱電動勢為：由上式可見，熱電偶回路的熱電動勢 與熱點偶電極材料的電子密度 、和兩接點的溫度 、有關。當電極材料一定時，熱電偶回路的熱電動勢 成為溫度 和的函數之差，即若保持冷端溫度 恒定，常數，則上式可寫成：由上式可見，熱電偶回路的熱電動勢 與熱端溫度具有單值函數關系。此即為熱電偶測溫的工作原理。熱電偶分度表由于電極材料的電子密度與溫度有關，溫度變化，電子密度并非常數，因此式（4-91）的單值函數關系很難用計

6、算方法準確得到，而是通過實驗方法獲得。規(guī)定在 （273.15K），將測得的 與 的對應關系制成表格，稱為各種熱電偶的分度表。熱電動勢 中，下標A、B表示熱電極，規(guī)定寫在前面的熱電極A為正極，寫在后面的熱電極B為負極，表示測量溫度，表示冷端溫度。若符號有變化，而其相應的位置的規(guī)定含義不變，因此有：4.5.2 有關熱電偶回路的幾點結論1.熱電偶回路的熱電動勢僅與熱電偶電極的熱電性質及兩端溫度有關，而與熱電極的幾何尺寸（長短、粗細）無關。由于這一結論，使用中燒斷的熱電偶可重新焊接，經過校驗合格后，再用于測溫。2.若組成熱電偶的兩電極的材料相同，即A=B，則無論兩接點的溫度如何，熱電偶回路的熱電動勢總是等于零，即：3.若熱電偶兩接點的溫度相同，即 ，則盡管熱電極材料A、B不同，熱電偶回路的熱電動勢總是等于零。即：4.5.3 熱電偶冷端溫度補償4.5.4 常用熱電偶及其特性4.5.6 熱電偶測溫應用實例Do you have made a progress today?