《传感器》-3.5 热电偶传感器

一、热电效应二、热电偶基本定律三、热电偶的结构和种类四、热电偶冷端温度的补偿五、热电偶的应用热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，从而产生电流的现象。

热电偶回路A、B两种导体称为热电偶的热电极。一端为工作端或热端（T），测温时置于被测温度场中；另一端为自由端或冷端（T0），恒定在某一温度。热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。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。用EAB（T）和EAB（T0）表示。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，用E（T，T0）表示。结论：①如果热电偶两材料相同，则无论接点处的温度如何，总电势为零；②如果两接点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为零；③热电偶产生的热电势只与材料、接点处的温度有关，而与材料的尺寸、几何形状无关；④若A、B材料确定，热电势EAB(T,T0)是两接点温度T和T0的函数差,即如果T0保持恒定,则f(T0)=C(常数)热电势EAB(T,T0)只是工作端温度T的单值函数。只要测出EAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。1、中间导体定律2、标准电极定律若三个接点的温度均为T0，则回路的总热电势为

EABC（T0）=EAB(T0)+EBC(T0)+ECA(T0)=0若A、B接点温度为T，其余接点温度为T0，且T>T0，则回路的总热电势为EABC（T，T0）=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0)因为EAB(T0)=-[EBC(T0)+ECA(T0)]所以EABC（T，T0）=EAB(T)-EAB(T0)=EAB（T，T0）EAB（T，T0）=EAC（T，T0）+ECB（T，T0）或EAB（T，T0）=EAC（T，T0）-EBC（T，T0）导体C称作参考电极例如1：已知EAC（1084.5,0）=13.967(mV)EBC（1084.5,0）=8.354(mV)则EAB（1084.5,0）=13.967-8.354=5.613(mV)通常选用高纯铂丝作标准电极只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的对照表，即分度表。供查阅使用，每10℃分档。中间值按内插法计算。S型(铂铑10-铂)热电偶分度表普通型热电偶主要用于测量气体、蒸汽和液体介质的温度。外形见书P49。标准化和非标准化热电偶国产标准化热电偶主要有铂铑10-铂、铂铑30-铂铑6等。非标准化热电偶主要有钨铼丝热电偶、铱铑丝、铁-康铜丝热电偶等。

优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上。铠装型热电偶薄膜热电偶

特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。1、仪表调零修正法2、自由端温度自动补偿3、补偿导线法进行仪表机械零点调整时，首先应将仪表的电源和输入信号切断，然后用螺丝刀调节仪表面板上的螺丝使指针指向T0的刻度上。补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化引起的输出热电势变化，在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样,冷端温度t0比较稳定。解决办法：工程中采用一种补偿导线。在0～100℃温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。常用补偿导线

1、两根补偿导线与热电偶两个热电极的结点必须具有相同的温度。2、各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，而且必须在规定的温度范围内使用1、温度测量2、电动势的测量（1）测量某点温度的基本电路，如图是一个热电偶直接和仪表配用的电路。（2）测量两点之间的温度差，如图测量两点之间温度差的一种方法。仪表将两个同型号的热电偶配用相同的补偿导线,其接线应使两热电势反向串联,此时仪表可测得T1和T2之间的温度差值。（3）测量平均温度，如图测量平均温度的连接电路。一般用几个同型号的热电偶并联在一起，并要求热电偶都工作在线性段。在每一个热电偶线路中分别串联均衡电阻R，根据电路理论，当仪表的输入阻抗很大时，回路中总的热电势等于热电偶输出电势之和的平均值，即

ET=（E1+E2+E3）/3（4）测量温度之和，如图热电偶串联连接电路。用几个同型号的热电偶依次