热电式传感器 课件 .pdf

第5章热电式传感器

热电式传感器是一种将温度的变化转换为电

量变化的装置，其原理主要是利用敏感元

件的性能参数随温度变化而变化的特性。

目前，热电偶、热电阻、PN结型温度传感

器已广泛用于工业生产、家用电器、防灾

报警等领域。

5.1热电偶温度传感器

•热电偶是工业上最常用的一种测温元件，

是一种能量转换型温度传感器。在接触式

测温中，热电偶传感器具有信号易于传输

和变换、测温范围宽、测温上限高以及能

实现远距离信号传输等优点。热电偶传感

器属于自发电型传感器，它主要用于-

270℃～+1800℃范围内的测温。

5.1.1热电效应

两种不同材料的导体（或半导体）A和B两端紧密连接组成

一个闭合回路，当两接触点温度不同（设TT）时，则在回

0

路中产生电动势，形成回路电流。该现象称为热电效应或塞

E(T,T)

贝克（Seebeek）效应。回路中的电势称为热电势，用AB0

表示。A

TT

0

B

把由两种不同材料构成的热电交换元件称为热电偶，如图5-

1所示。导体A和B称为热电极。接触点称为热端或工作端，

测量时置于被测温度场中；另一接触点称为冷端或自由端，

测量时要求冷端温度保持恒定。

当两接触点和温度不同时，热电偶回路中产生热电势，主要

由两部分组成：一部分是两种导体的接触电势，另一部分是

单个导体的温差电势。

1接触电势

接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触

点处形成的电动势，又称为珀尔帖电势。当A和B两种不同材

料的导体接触时，根据扩散理论，在接触点处要产生扩散运

N

动。由于A和B内部单位体积的自由电子数目（即电子密度）

不同，电子在两个方向上的扩散速率就不一样，如图5-2所

示。设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度

NN

（AB），则导体A扩散到导体B的电子数比导体B扩散

到导体A的电子数多，使得导体A失去电子带正电，导体B得

到电子带负电，因此在接触面上形成一个由A到B的电场。该

电场的阻碍电子由导体A向导体B扩散，当电子扩散作用与电

场阻碍作用相等时便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，

导体A和导体B在接触处产生电动势，称为接触电势。

E

+-

+-

AB

+-

+-

ET

AB()

图5-2接触电势

ET

()ET

两接触点的接触电势分别用AB