(39)--2.7.2 热电偶传感器的热电效应.ppt

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1金属热电阻传感器23第2.7章热电式传感器热电式传感器的应用举例热电偶传感器

热电偶传感器2.7.2

基本内容2.7.2热电偶传感器热电效应基本定律结构形式冷端处理

2.7.2热电偶传感器另外，它具有结构简单、制造方便、热惯性小、输出信号便于远传等优点。其产品已标准化、系列化、运用十分方便。热电偶传感器简称热电偶，是将温度量转换为电势大小的热电势传感器。其工作原理是依据导体的热电效应。是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器。其测温范围较宽，一般为-50～1600℃，最高的可达到3000℃，并有较高的测量精度。一、热电效应

2.7.2热电偶传感器一、热电效应两种不同导体（或半导体）A和B，串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，则在该回路中就会产生热电势，这一现象称为热电效应。热电极测量端(热端)参考端(冷端)通常把两种不同材料的组合叫做热电偶，A、B叫做热电极，温度高的接点叫做热端或工作端、测量端，而温度低的接点叫做冷端或自由端、参考端。

2.7.2热电偶传感器热电效应热电偶回路产生的电动势由两部分组成：其一是两种导体的接触电势；其二是单一导体的温差电势。1、两种导体的接触电势：当两种导体A、B接触时，导体材料不同，电子密度不同，在接触面上会发生电子扩散。设导体A、B的电子密度为NA、NB，且NANB则在接触面上由A扩散到B的电子比由B扩散到A的电子多，从而A侧失去电子带正电，B侧得到电子带负电，在接触面处形成一个A到B的静电场。T0TEAB(T)EAB(T0)ABAB

2.7.2热电偶传感器热电效应1、两种导体的接触电势：T0TEAB(T)EAB(T0)ABk——玻耳兹曼常数(1.38×10-23J/K)；q——电子电荷量(1.6×10-19C)；NA，NB——导体A和B的自由电子密度。接触电动势与材料和温度有关，与尺寸无关。接触总电动势：

2.7.2热电偶传感器热电效应2、单一导体的温差电势：对于任何一种金属导体，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势。AToTT0TEB(T,T0)EA(T,T0)AB

2.7.2热电偶传感器热电效应2、单一导体的温差电势：T0TEB(T,T0)EA(T,T0)ABσA、σB—温差系数，也称汤姆逊系数表示导体两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃。单一电动势与材料和温度有关，与尺寸无关。温差总电动势：

2.7.2热电偶传感器热电效应3、回路总电势：导体A和B组成的热电偶闭合电路在两个接点处有两个接触电势EAB(t)与EAB(t0)，又因为t＞t0，在导体A和B中还各有一个温差电势。所以闭合回路总热电动势EAB(t,t0)应为接触电动势和温差电势的代数和，即：

2.7.2热电偶传感器热电效应3、回路总电势：在总电动势中，温差电动势比接触电动势小很多，可忽略不计，则热电偶的总热电势可表示为：对于已选定的热电偶，当参考端温度t0恒定时，EAB(t0)为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系。

2.7.2热电偶传感器热电效应1、热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。2、只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。3、只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生。4、导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。结论：

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