【文章內(nèi)容簡介】 40℃ ~~~ +110℃ 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 銅質(zhì)外殼， PVC導(dǎo)線， 用于空調(diào)、飲水機(jī) 銅制、不銹鋼外殼，PVC導(dǎo)線，用于熱水器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 MZ4系列加熱用 PTC熱敏電阻 MZ5汽車測溫用 PTC熱敏電阻 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 MZ41系列卷發(fā)器用 PTC熱敏電阻 MZ6系列電機(jī)保護(hù)用 PTC熱檢測器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 167。 73 熱電偶傳感器 一、熱電偶傳感器的工作原理 第七章 熱電式傳感器 賽貝克 Thomas Johann Seebeck 熱電效應(yīng) 賽貝克（ Seebeck）效應(yīng) (熱電勢 ) 1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對兩個(gè)接頭的中一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢差 e，就是溫差熱電勢。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢的裝置稱為熱電偶。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 將兩根不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（ A和 B）聯(lián)接起來構(gòu)成一個(gè)回路，如果兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不同（ T0≠T），則在兩導(dǎo)體向產(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(yīng) 。 A B 1 T0 T 2 mA 銅鐵熱電偶的溫差熱電勢與溫度關(guān)系曲線 哈爾濱工業(yè)大學(xué) A B 1 T0 T 2 由熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器就是熱電偶。測溫時(shí)： ? 結(jié)點(diǎn) 2置于被測溫度場中，稱為測量端（工作端、熱端）； ? 結(jié)點(diǎn) 1處于某一恒定溫度（或已知溫度），稱為參考端（自由端或冷端）。 可見熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電勢是隨介質(zhì)溫度變化而變化， 即： Et＝ eAB(T)－ eAB(T0)； eAB(T0) — 溫度為 T0處熱電勢； eAB(T) — 溫度為 T處熱電勢。 Et — 熱電偶的熱電勢； 第七章 熱電式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) A B 1 T0 T 2 熱電偶示意圖 A B T0 T 測量儀表或電路 熱電偶與測量儀表連接示意圖 第七章 熱電式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 熱電偶的熱電勢 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，熱電勢實(shí)際上由 接觸電勢 和 溫差電勢 組成。 由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同， 當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，在接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散。 電子的擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體 A和 B的自由電子密度為 NA和 NB，且有 NA NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體 A失去電子而帶正電，導(dǎo)體 B則因獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個(gè)電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢。 (1) 接觸電動(dòng)勢 第七章 熱電式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 其大小可表示為： 式中： K— 波爾茲曼常數(shù)， K＝ 1023 e — 電子電荷量 e = 1019C NA(NB)為 A(B)材料的自由電子密度。 A B T0 T 接觸電勢 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢 ，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢，這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)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(fù)電，在高低溫端之間形成一個(gè)電位差。溫差電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)。 (2) 溫差電勢 第七章 熱電式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) σ A— A材料的湯姆遜系數(shù)。 （表示導(dǎo)體 A兩端的溫度差為 1℃ 時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢 ） 第七章 熱電式傳感器 A B T0 T 溫差電勢 T T0 哈爾濱工業(yè)大學(xué) (3) 回路總電勢 回路接觸電勢 回路溫差電勢 第七章 熱電式傳感器 a b 賽貝克 （ Seebeck） 效應(yīng) A B T0 T 總溫差熱電勢 T T0 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第七章 熱電式傳感器 ⑷ 幾點(diǎn)討論 ① 如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。 ② 組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。 ③ 由不同電極材料 A、 B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度 T0 恒定時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢在 一定的溫度范圍內(nèi) 僅是熱端溫度 T 的單值函數(shù)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 中間導(dǎo)體定律 二、熱電偶的基本定律 第七章 熱電式傳感器 將由 A、 B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（ T0端）斷開而接入的三種導(dǎo)體 C后，只要冷、熱端的 T0 、 T 保持不變，則回路的總熱電勢不變。 B T0 T A B T0 T T0 A C 哈爾濱工業(yè)大學(xué) T T0 A B T0 T T0 C 第七章 熱電式傳感器 a b 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 推導(dǎo)過程 第七章 熱電式傳感器 此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時(shí) 必須接入儀表 (第三種材料 )，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致 (T0 )儀表的入就不會(huì)影響熱電勢。而且 A、 B結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 參考電極定律 （標(biāo)準(zhǔn)電極定律） B T0 T A C T0 T A B T0 T C 第七章 熱電式傳感器 如果兩種導(dǎo)體 A、 B分別與第三種導(dǎo)體 C所組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢也是已知的，且 根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 證明 ： 第七章 熱電式傳感器 B T0 T A C T0 T A B T0 T C 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 中間溫度定律 B T0 T A B T1 T A B T0 T1 A 這是中間溫度定律，因?yàn)闊犭妱菖c兩個(gè)結(jié)的溫度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處的溫度，則