,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,热电偶传感器的工作原理,传感器与检测技术,热电偶传感器的工作原理传感器与检测技术,1,16 十一月 2024,先看一个实验,热电偶工作原理演示,2,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极,A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极,B,热电势,A,B,热电偶传感器的工作原理,01 十月 2023先看一个实验热电偶工作原理演示 2结,2,16 十一月 2024,1.1,热电效应,热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。两种不同的金属导体组成闭合电路，用酒精灯加热其中的一个连接点，发现放在回路中的指南针发生了偏转。如果用两个酒精灯对两个结点同时进行加热，指南针偏转的角度反而减小，由此可知，闭合电路中存在电动势并且有电流产生，电流的强弱与两结点的温差有关，这种现象称为热点效应。两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置于温度为,T,的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端，而置于参考温度为,T0,的另一结点称之为冷端，又称自由端或参考端。,01 十月 20231.1 热电效应热电偶的工作原理是基于,3,16 十一月 2024,从实验到理论：,热电效应,1821,年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（,说明什么？,），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（,又说明什么？,）。,显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。,01 十月 2023从实验到理论：热电效应 1821,4,16 十一月 2024,热电势主要由温差电势和接触电势组成。,1.,温差电势,温差电势是由于同一种热电极两端温度不同而产生的一种电势。如果两端温度,t,t,0,时，热电极内的自由电子就会从温度高的一端向温度低的一端转移，这样就会有温差电势的产生。,图,7-2,温差电势的产生原理,01 十月 2023热电势主要由温差电势和接触电势组成。1.,5,16 十一月 2024,2.,接触电势,热电偶回路的总电势主要是由接触电势引起。,两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属,A,和,B,的接触点处会发生自由电子的,扩散现象。,图,7-3,接触电势的产生原理,01 十月 20232.接触电势两种不同的金属互相接触时，由,6,16 十一月 2024,热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差,t,的函数：,E,AB,（,t,，,t,0,）,=,E,AB,（,t,）,-,E,AB,（,t,0,）,式中，,E,AB,（,t,）为热端的电势（,V,）；,E,AB,（,t,0,）为冷端的电势（,V,）。,热电势大致与两个结点的,温差,t,成正比,01 十月 2023热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热,7,16 十一月 2024,热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列结论：,如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同,(tt,0,），但总输出电动势仍为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶；,如果热电偶两结点温度相同,则回路总的热电动势必然等于零,温差越大，热电动势越大；,热电动势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸形状无关。,01 十月 2023热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列结,8,16 十一月 2024,1.2,热电偶的基本定律,1.,均质导体定律,由两种均质导体组成的热电偶，其热电势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状、电极各处的温度分布无关。,如果热电偶回路中的两个热电极的材料相同，不管其是否存在温差，热电偶回路中的热电势均为零；如果热电偶回路中的两个热电极的材料不均匀，则当热电极各处在不同温度时，热电偶回路中将产生附加热电势，造成测量误差。,01 十月 20231.2 热电偶的基本定律1.均质导体定,9,16 十一月 2024,2.,中间导体定律,若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电动势无影响。这就是中间导体定律。,图,7-5,接入中间导体的热电偶回路,利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成是中间导体，只要保证,中间导体两端的温度相同,，则对热电偶的热电动势没有影响。因此中间导体定律对热电偶的实际应用是非常重要的。,01 十月 20232.中间导体定律若在热电偶回路中插入中,10,16 十一月 2024,根据中间导体定律，可以在热电偶回路中接入一个电位计,E,，只要保证电位计与热电偶连接处结点的温度相等，就不会影响到热电偶回路的总电势,（,a,）冷端接入电位计（,b,）热端与冷端之间接入电位计,图,7-6,电位计接入热电偶回路,01 十月 2023根据中间导体定律，可以在热电偶回路中接入,11,16 十一月 2024,3.,中间温度定律,在两种不同热电极材料组成的热电偶回路中，如果热端温度为,t,，冷端温度为,t,0,，中间温度为,t,n,，则热电偶回路的总电势等于,t,与,t,n,热电势和,t,n,与,t,0,热电势的代数和，即,（,7-2,）,01 十月 20233.中间温度定律（7-2）,12,16 十一月 2024,4.,标准电极定律,如图,7-7,所示，当热电偶的热端温度为,t,，冷端温度为,t,0,时，用热电极,A,和热电极,B,组成的热电偶回路的总电势等于热电偶,AC,的热电势和热电偶,CB,的热电势的代数和，即,（,7-3,）,图,7-7,接入标准电极的热电偶回路,01 十月 20234.标准电极定律（7-3）图7-7 接,13,谢谢观看！,传感器与检测技术,谢谢观看！传感器与检测技术,14,