傳感器結(jié)構(gòu)原理與設計---第十章熱電式傳感器(已修改)
2025-10-26 10:44 本頁面
【正文】 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` 第十章 熱電式傳感器 第一節(jié) 熱電偶傳感器 一、熱電偶的工作原理 熱電效應 ? 定義： 將兩種 不同性質(zhì)的導體 A， B串接成一個閉合回路，如果 兩接合點處的溫度不同 (T0≠ T)，則在兩導體間產(chǎn)生熱電勢，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` ? 術(shù)語： ?閉合回路中兩種導體叫 熱電極 ； ?兩個結(jié)點中，一個稱 工作端或熱端 (T)，另一個叫 參比端或冷端 (T0)； ?由這兩種導體的組合并將 溫度 轉(zhuǎn)換成 熱電動勢 的傳感器叫做 熱電偶 。 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` ? 熱電動勢的組成： 接觸電動勢 和 單一導體的溫差電動勢 。 （ 1） 接觸電動勢 ? 產(chǎn)生機理： ?不同的金屬材料具有不同的自由電子密度，當兩種不同的金屬導體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生 電子擴散 ，電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關并和接觸區(qū)的溫度成正比。 ?設導體 A和 B的自由電子密度為 NA和 NB，且有 NA＞ NB，電子擴散的結(jié)果使 導體 A失去電子而帶正電 ， 導體 B則因獲得電子而帶負電， 在接觸面形成電場。 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` ?這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散， 達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差， 即接觸電動勢。 ? 接觸電動勢的計算公式： eAB(T) —— 導體 A和 B的結(jié)點在溫度 T時形成的接觸電勢； e —— 電子電荷， e＝ ； k —— 玻爾茲曼常數(shù)， k＝ ； NA， NB —— 導體 A， B的自由電子密度。 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` （ 2）同一導體中的溫差電動勢 ? 產(chǎn)生機理： 導體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴散的結(jié)果。 高溫端因失去電子而帶正電，低溫端由于獲得電子而帶負電，在高低溫端之間形成一個電位差 。 ? 溫差電動勢的計算公式： eA(T， T0) —— 導體 A兩端溫度為 T、 T0時形成的溫差電勢； T， T0 —— 高、低端的絕對溫度； σ A —— 湯姆遜系數(shù)，表示導體 A兩端的溫度差為 1℃ 時所產(chǎn)生的溫差電勢，例如在 0℃ 時，銅的 σ=2μV/℃ 。 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` ＋ － ＋ ＋ ＋ － － － 山東理工大學機械學院 第十章 熱電式傳感器 ` ?對于上圖中導體 A、 B組成的熱電偶回路，當溫度 T＞ T0時，回路總的熱電勢可表示為 NAT、 NAT0 —— 導體 A在結(jié)點溫度為
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