熱電式傳感器及其應(yīng)用-資料下載頁
2025-04-30 02:06本頁面
【正文】 與溫度成正比的數(shù)字輸出。 補(bǔ)充 3 熱 電 偶式傳感器 ? 熱電偶傳感器的簡介 ? 熱電偶傳感器的基本定則 ? 若電偶傳感器的測量 1 金屬熱電偶傳感器 據(jù)此，賽貝克發(fā)現(xiàn)和證明了 兩種不同材料的導(dǎo)體 A和 B組成的閉合回路，當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 這種物理現(xiàn)象稱為 熱電效應(yīng) 。兩種不同材料的導(dǎo)體所組成的回路稱為 “熱電偶” ，組成熱電偶的導(dǎo)體稱為 “熱電極” ，熱電偶所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。熱電偶的兩個結(jié)點(diǎn)中，置于溫度為 T的被測對象中的結(jié)點(diǎn)稱之為 測量端，又稱為工作端或熱端 ；而置于參考溫度為 T0的另一結(jié)點(diǎn)稱之為參考端，又稱自由端或冷端。我們用毫伏表代替指南針，來演示賽貝克的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)熱電偶兩個結(jié)點(diǎn)的溫差小的時候，即使它們均被加熱，毫伏數(shù)仍較??；兩個結(jié)點(diǎn)的溫差越大，電動勢就越大；當(dāng)“熱端的溫度低于”冷端時，毫伏數(shù)為負(fù)值。 1821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個 接觸點(diǎn) （稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點(diǎn)同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強(qiáng)弱與兩個結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。 熱電偶溫度測量原理 ?回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢 ?熱電勢由兩部分組成 : ?接觸電勢 ?溫差電勢 ? 由于不同金屬間的電子濃度不同 ,造成的電子擴(kuò)散 :高濃度金屬向低濃度金屬擴(kuò)散 ,直到兩者達(dá)到動態(tài)平衡為止 . + A B T eAB(T) ( ) l n AABBNkTETeN?EAB(T)——導(dǎo)體 A、 B結(jié)點(diǎn)在溫度 T 時形成的接觸電動勢； e——單位電荷， e = 1019C； k——波爾茲曼常數(shù)， k = 1023 J/K ； NA、 NB ——導(dǎo)體 A、 B在溫度為 T 時的電子密度。 接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。 1） .兩種導(dǎo)體的接觸電勢 A eA(T,To) To T eA(T， T0)——導(dǎo)體 A兩端溫度為 T、 T0時形成的溫差電動勢； T， T0——高低端的絕對溫度； σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體 A兩端的溫度差為 1℃ 時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在 0℃ 時，銅的 σ =2μV/℃ 。 2） . 溫差電勢 dTTTe TT AA ??0),( 0 ?溫差電勢原理圖 由導(dǎo)體材料 A、 B組成的閉合回路 ， 其接點(diǎn)溫度分別為 T、 T0,如果 T＞ T0， 則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢 ， 回路總電勢： ln ATBTNkTeN??000 ln ATBTNkTeN ?0()T ABT dT?????3） . 回路總電勢 0 0 0 0( , ) ( ) ( ) ( , ) ( , )A B A B A B A BE T T e T e T e T T e T T? ? ? ?NAT、 NAT0——導(dǎo)體 A在結(jié)點(diǎn)溫度為 T和 T0時的電子密度； NBT、 NBT0——導(dǎo)體 B在結(jié)點(diǎn)溫度為 T和 T0時的電子密度； σA 、 σB——導(dǎo)體 A和 B的湯姆遜系數(shù)。 實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動勢，溫差電動勢只占極小部分，可以忽略不計，故式可以寫成 A B 0 A B A B 0E ( T , T ) e ( T ) e ( T )?EAB(T,T0)=EAB(T )EAB(T0 )=f(T )C=g(T ) 由于 NA、 NB是溫度的單值函數(shù) dTNNekTTE TT BAAB ??0ln),( 0在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得： EAB(T, T0)= EAB(T)EAB(T0) = EAB(T)EAB(0)[EAB(T)EAB(T0)] = EAB(T， 0)EAB(T0， 0) 熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為 T 和零度以及 T0和零度的熱電勢之差。 4) 導(dǎo)體材料確定后 ， 熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān) 。 如果使 EAB(T0)=常數(shù) ， 則回路熱電勢 EAB(T， T0)就只與溫度 T有關(guān) ， 而且是 T的單值函數(shù) ， 這就是利用熱電偶測溫的原理 。 3) 只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同 ,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。 1) 熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。 2) 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體 (或半導(dǎo)體 )才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng) A、 B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即 EAB(T， T0)=0。 結(jié)論 (4點(diǎn) )： 熱電效應(yīng)的計算 ?基本公式： 12( ) ( )s A BU T T??? ? ??測量系統(tǒng)方程： 221 2 1 2( ) ( )sU T T T T??? ? ? ? ?A、 B的貝塞克系數(shù) 式中： α 、 β 均為熱電偶常數(shù) T1為第一接觸點(diǎn)的被測溫度 T2為第二個接觸點(diǎn)的參考溫度（通常為 0oC） 常用的材料 β 較小，故在溫差不大的情況下，近似成線性關(guān)系。 熱端 冷端
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