创伤性休克的护理.doc

热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛，因为它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。一.热电效应及其工作定律1.热电效应将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，如图7.4所示。若节点(1)、(2)处于不同的温度(TT0)时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。其电势由接触电势(珀尔帖电势)和温差电势(汤姆逊电势)两部分组成。接触电势 当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。其大小除与两种金属的性质有关外，还与结点温度有关。在温度为T时的接触电势： (7-7)式中 eAB（T）A、B两种金属在温度T时的接触电势；k波尔兹曼常数，k=1.3810-23(J/K)；e电子电荷，e=1.610-19(C)；NA、NB金属A、B的自由电子密度；T结点处的绝对温度。温差电势 对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。其大小与金属材料的性质和两端的温差有关，可表示为: (7-8)式中 eA(T,T0)金属A两端温度分别为T与T0时的温差电势；A温差系数；T、T0高、低温端的绝对温度。 图7.4 热电效应示意图 对于图7-4所示A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为: (7-9) 于是，回路的总热电势为: (7-10)由此可以得出如下结论：(1) 如果热电偶两电极的材料相同，即NA=NB，AB，虽然两端温度不同，但闭合回路的总热电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料作热电极。(2) 如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即TT0，闭合回路中也不产生热电势。2.工作定律(1)中间导体定律 设在图7.5的T0处断开，接入第三种导体C，如图7.9所示。若三个结点温度均为T0，则回路中 的总热电势为: (7-11)若A、B结点温度为T，其余结点温度为T0，而且TT0，则回路中的总热电势为: (7-12)由式(7-11)可得: (7-13)将式(7-13)代入式(7-12)可得: (7-14)图7.5 三导体热电回路结论：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持其两端温度相同，则对回路总热电势无影响，这就是中间导体定律。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。(2)连接导体定律与中间温度定律 在热电偶回路中，若导体A、B分别与连接导线A、B相接，接点温度分别为T、Tn、T0，如图7.6所示，则回路的总热电势为：图7.6 热电偶连接导线示意图 (7-15)连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势EAB(T,Tn) 与连接导线电势EAB（Tn,T0）的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。当导体A与A、B与B材料分别相同时，则式(7-15)可写为： (7-16)中间温度定律：回路的总热电势等于EAB（T，Tn）与EAB（Tn，T0）的代数和。Tn称为中间温度。中间温度定律为制订分度表奠定了理论基础 。(3)参考电极定律 图7.7为参考电极定律示意图。图中C为参考电极，接在热电偶A、B之间，形成三个热电偶组成的回路。经过推导得： (7-17) 表明参考电极C与各种电极配对时的总热电势为两电极A、B配对后的电势之差。利用该定律可大大简化热电偶选配工作，只要已知有关电极与标准电极配对的热电势，即可求出任何 两种热电极配对的热电势而不需要测定。 图7.7 参考电极定律示意图二.热电偶1.热电偶材料(1) 标准化热电偶 指已经国家定型批生产的热电偶。(2) 非标准化热电偶 指特殊用途试生产的热电偶。2.热电偶的结构图7.8 普通热电偶结构示意图 图7.9 铠装热电偶结构示意图 图7.10 片状薄膜热电偶结构图普通热电偶铠装热电偶片状薄膜热电偶3.热电偶的温度补偿热电偶输出的电热是两结点温度差的函数。为了使输出的电势是被测温度的单一函数，一般将T作为被测温度端，T0作为固定冷端(参考温度端)。通常要求T0保持为0，但是在实际使用中要做到这一点比较困难，因而产生了热电偶冷端温度补偿问题。(1)0恒温法 即在标准大气压下，将清洁的水和冰屑混合后放在保温容器内，可使T0保持0。近年来已研制出一种能使温度恒定在0的半导体致冷器件。 (2)补正系数修正法 利用中间温度定律可以求出T00时的电势。该法较精确，但繁琐。因此，工程上常用补正系数修正法实现补偿。设冷端温度为tn，此时测得温度为t1，其实际温度应为： (7-18)式中 k补正系数。(3)延伸热电极法(即补偿导线法)如图7.11，热电偶长 度一般只有一米左右，在实际测量时，需要将热电偶输出的电势传输到数十米外的显示仪表或控制仪表，根据连接导体定律即可实现上述要求。一般选用直径粗、导电系数大的材料制作延伸导线，以减小热电偶回路中的电阻，从而节省用作热电偶各个电极的材料和消耗。 1 图7.11 延伸热电极法(4)补偿电桥法 该法利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化。图7.12为补偿电桥法示意图。电桥四个桥臂与冷端处于同一温度，其中R1=R2=R3为锰铜线绕制的电阻，R4为铜导线绕制的补偿电阻，E是电桥的电源，R为限流电阻，阻值取决于热电偶材料。(4)补偿电桥法 该法利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化。图7.12为补偿电桥法示意图。电桥四个桥臂与冷端处于同一温度，其中R1=R2=R3为锰铜线绕制的电阻，R4为铜导线绕制的补偿电阻，E是电桥的电源，R为限流电阻，阻值取决于热电偶材料。使用时选择R4的阻值使电桥保持平衡，电桥输出 Uab=0。当冷端温度升高时，R4阻值随之增大，电桥失去 图7.12 补偿电桥法