传感器_第07章_热电式传感器0603VIP专享VIP免费

Copyright南京理工大学陈文建2006第7章热电式传感器Copyright南京理工大学陈文建2006热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量的目的，例如将温度转化为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由这些电参数的变化来表达达所测温度的变化。在各种热电式传感器中，以把温度量，转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势大小的热电式传感器叫做热电偶，将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。这两种热电式传感器目前在工业生产中巳得到广泛的应用。另外利用半导体PN结与温度的关系，所研制的PN结型温度传感器在窄温场中，也得到了十分广泛的应用。本章主要介绍：热电偶、热电阻、半导体温度传感器Copyright南京理工大学陈文建2006热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化，热电阻是将温度变化转换为电阻值的变化。这两种热电式传感器目前在工业产生中巳得到广泛应用，并且有与其相配套的显示仪表与记录仪表。本章主要介绍：热电偶、热电阻、半导体温度传感器Copyright南京理工大学陈文建20067.1热电偶热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。自19世纪发现热电效应以来，热电偶被越来越广泛地用来测量100～1300℃范围内的温度，根据需要还可以用来测量更高或更低的温度。它具有结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度和便于远距离传送与集中检测，自动已录等优点。Copyright南京理工大学陈文建2006一、热电效应1.赛贝克(Seebeck)效应(热电势)1821年赛贝克发现了铜、铁这两种金属的温差电现象。即在这两种金属构成的闭合回路中，对两个接头的中一个加热即可产生电流。在冷接头处，电流从铁流向铜。由于冷、热两个端(接头)存在温差而产生的电势差ε，就是温差热电势。这种由两种不同的金属构成的能产生温差热电势的装置称为热电偶。mA0TTAB铁铜铜铁热电偶的温差热电势与温度关系曲线)(CToεo100o275o450o5500电势高电势低电势高电势低在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为塞贝克电势。这个物理现象称为热电效应。7.1.1热电偶的基本工作原理Copyright南京理工大学陈文建2006在测量技术中，把由两种不同材料构成的上述热电变换元件称为热电偶．称A，B导体为热电极。两个接点，一个为热端(T)，又称工作端；另一个为冷端(T0)，又称为自由端或参考端。实验指出，当A、B两种不同的金属所构成的热电偶的两端温度分别为T(热端温度)和T0(冷端温度)时，温差热电势为：mA0TTAB铁铜电势高电势低电势高电势低)E(T-E(T)dT),(0TT00==∫ABABTTEα如图所示，两种不同材料的导体A和B，两端联接在一起，一端温度为了T0，另一端为T(设T＞T0)，这时在这个回路中将产生一个与温度T、T0以及导体材料性质有关的电势EAB(T，T0)，显然可以利用这个热电效应来测量温度。式中αAB为热电势率或塞贝克系数，其值随热电极材料和两接点的温度而定。后来研究指出，热电效应产生的电势EAB(T,T0)是由珀尔帖(Peltier)效应和汤姆逊(Thomson)效应引起的。Copyright南京理工大学陈文建2006铜铁热电偶的温差热电势与温度关系曲线)(CToεo100o275o450o5500mA0TTAB铁铜电势高电势低电势高电势低()()有关的温差电系数。、是与金属、BATTTTEABABABABABβαβα,21200−+−=多数的金属材料EAB在10-2V～10-3V。而其α约为10-6伏/度，β约为10-8伏/度，所以在即在。温度不太高温差不太大、精度要求不高时可以近似认为：()。0TTEABAB−≈αCopyright南京理工大学陈文建2006将同温度的两种不同的金属互相接触，如图所示。由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触处会发生自由电子的扩散现象，自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，直至在接点处建立了强度充分的电场，能够阻止电子扩散达到平衡为止。两种不同金属的接点处产生的电动势...