文档介绍：热电耦传感器
热电阻传感器
半导体热敏电阻传感器
集成温度传感器
第11章热电式传感器
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一、热电偶工作原理

如右图所示,两种不同性质的导体或半导体材料A、B串接成一个闭合回路,如果两接合点处的温度不同,即T≠T0,则在两导体间产生热电势,也称热电动势,常用EAB(T,T0)表示。同时在回路中有一定大小的电流,这种现象称为热电效应。
几个概念:
热电极:闭合回路中的导体或半导体A、B,称为热电极;
热电偶:闭合回路中的导体或半导体A、B的组合,称为热电耦;
工作端:两个结点中温度高的一端,称为工作端;
参比端:两个结点中温度低的一端,称为参比端;
热电动势:两导体的接触电势+ 单一导体的温差电势; 
热电偶传感器
A
B
T
T0
⑴接触电势:
产生接触电势的主要原因:
①不同材料具有不同的自由电子密度; 
②两种不同材料的导体接触时,接触面会发生电子扩散; 
当扩散达到动态平衡时,在接触区形成一个稳定的电位,表示为:
其中: k ——波尔兹曼常数:
T ——节点所处温度;
e ——电子电荷:
NA、NB ——导体A、B的电子浓度;
若
,则
,反之亦然。结果:电子浓度高的材料电位高。
⑵温差电势:
①导体中自由电子在高温端具有较大的动能; 
②电子从高温端向低温端扩散,因而高温端带正电,低温端带负电,形成静电场,并阻碍电子扩散; 
当扩散达到动态平衡时,两端产生一个相应的电位差,称为温差电势,表示为:
其中:
——汤姆逊系数,表示单一导体两端单位温度差为1℃时所产生的温差电势,与材料性质和两端温度有关。
若
,则
,反之亦然。
⑶接触电势与温差电势的性质:
用公式可以证明:
⑷回路总电势:
用小写e表示接触或温差电势,用大写E表示回路总电势,且,
,则如下图所示,有:
A
B
T
T0
其中:
——导体A、B的汤姆逊系数;
——导体A在结点温度为T、T0时的电子密度;
——导体B在结点温度为T、T0时的电子密度;
讨论:
①热电偶的材料相同时,
所以形成热电势的两个必要条件:
两种导体的材料不同;
节点所处的温度不同;
,又,
,所以,
②热电偶的两个节点所处的温度相同, 时,
而,
所以,
③金属导体内,温差电势极小,可以忽略,那么回路中起决定作用的是接触电势,因而上式可改写为:
④工程实际中,标定热电偶时,令:
则:
:
①中间导体定律:
在热电偶回路中接如第三种材料的导体(传感器引出)时,只要其两端温度相等,总回路电势不变。如下图所示:
A
B
C
T
T0
用途:
接入仪表测量线。
②参考电极定律(标准电极定律):
设结点温度为T、T0,则用导体A、B组成的热电偶产生的热电势等于导体A、C组成的热电偶和导体C、B组成的热电偶产生的热电势的代数和。如下图所示,有:
A
T
C
T
C
B
T0
其中:C为参考电极;
参考电极定律应用:
由于铂丝的理化性能稳定,如果能实验测得各种材料热电极对铂丝的热电特性,就不难推得任意材料间的热电特性。
③中间温度定律:
结点温度为(T、T0)时的热电势等于该热电耦在结点温度为(T、Tn)和(Tn、T0)时相应热电势的代数和。即:
即得:
当T0=0时,有:
其中,Tn称为中间温度。