4.5 熱點(diǎn)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(guān)熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論4.5.3 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償4.5.4 常用熱電偶及其特性4.5.6 熱電偶測溫應(yīng)用實(shí)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(jié)構(gòu)簡單，精度高，范圍寬（-2692800），響應(yīng)較快，具有較好的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，因此在測溫領(lǐng)域中應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)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(dǎo)體（或半導(dǎo)體）接成圖4-71的閉合電路，把它們的兩個接點(diǎn)分別置于溫度為 及 （）的熱源中，則在回路中將產(chǎn)生一個電動勢，稱為熱電動勢，或塞貝克電動勢。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或叫塞貝克效應(yīng)。圖4-71中的兩種導(dǎo)體叫熱電極，兩個接點(diǎn)，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(dǎo)體組成并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動勢的傳感器稱為熱電偶。賽貝克效應(yīng)這種現(xiàn)象早在1821年首先由賽貝克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱賽貝克效應(yīng)。熱電動勢由兩種導(dǎo)體接觸電動勢（或稱珀爾帖電動勢）和單一導(dǎo)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(dǎo)體的材料及接點(diǎn)的溫度有關(guān)。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(diǎn)，由于A、B兩種導(dǎo)體的電子密度不同（設(shè) ），在接觸面上由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子數(shù)量將比由B導(dǎo)體擴(kuò)散到A導(dǎo)體的電子數(shù)量多。導(dǎo)體A因失去電子而帶正電荷，導(dǎo)體B因得到多余的電子而帶負(fù)電荷。因此在A、B導(dǎo)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(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體，另一方面加速電子由B導(dǎo)體擴(kuò)散到A導(dǎo)體。當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，在A、B導(dǎo)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(dǎo)體中由于兩端溫度不同（設(shè) ）而產(chǎn)生的電動勢。在同一導(dǎo)體A中，由于高溫端向低溫端擴(kuò)散的電子數(shù)量比由低溫端向高溫端擴(kuò)散的電子數(shù)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(fù)電荷。因此，在導(dǎo)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(kuò)散，另一方面加速電子由低溫端向高溫端擴(kuò)散。當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，在導(dǎo)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(diǎn)偶電極材料的電子密度 、和兩接點(diǎn)的溫度 、有關(guān)。當(dāng)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(shù)之差，即若保持冷端溫度 恒定，常數(shù)，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(shù)關(guān)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(guān)，溫度變化，電子密度并非常數(shù)，因此式（4-91）的單值函數(shù)關(guān)系很難用計

6、算方法準(zhǔn)確得到，而是通過實(shí)驗方法獲得。規(guī)定在 （273.15K），將測得的 與 的對應(yīng)關(guān)系制成表格，稱為各種熱電偶的分度表。熱電動勢 中，下標(biāo)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(fù)極，表示測量溫度，表示冷端溫度。若符號有變化，而其相應(yīng)的位置的規(guī)定含義不變，因此有：4.5.2 有關(guān)熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論1.熱電偶回路的熱電動勢僅與熱電偶電極的熱電性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)，而與熱電極的幾何尺寸（長短、粗細(xì)）無關(guān)。由于這一結(jié)論，使用中燒斷的熱電偶可重新焊接，經(jīng)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(diǎn)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(diǎn)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(bǔ)償4.5.4 常用熱電偶及其特性4.5.6 熱電偶測溫應(yīng)用實(shí)例Do you have made a progress today?