热电偶工作原理

1、,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶的冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.1 热电效应,两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路。若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。 热电效应又称塞贝克效应。,TT0,热电偶是利用导体的“热电效应”制作的温度传器器。,回

2、路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即 温差电势和接触电势。,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.2 热电偶的热电势,冷端,热端,热电极,两根不同的导体或半导体一端焊接或绞接而成,1.2 热电偶的热电势,1） 接触电势,eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势； e单位电荷， e =1.610-19C； k波尔兹曼常数， k =1.3810-23 J/K ； NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。,接触电势的大小与温度高低及导体中的

3、电子密度有关，温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电势也越大。,1.2 热电偶的热电势,1）温差电势,eA(T，T0)导体A两端温度为T、T0时 形成的温差电动势； T，T0高低端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体A两端的温 度差为1时所产生的温差电动势， 例如在0时，铜的 =2V/。,1.2 热电偶的热电势,3）回路总电势,由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：,NAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度； A 、 B导

4、体A和B的汤姆逊系数。,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.3 热电偶回路的性质,（1) 均质导体定律,由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势)；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。,（2) 中间导体定律,一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零,如图由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则 E总=EAB（

5、T）+EBC（T）+ECA（T）= 0,结论：可以在回路中接入电气测量仪表，而且也允许采用任意的方法来焊接热电偶。,1.3 热电偶回路的性质,结论：,热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。(同材同温总电势为0),只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。,只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。,材料确定后，热电势大小只与热电偶两端温度有关。如使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T

6、有关，而且是T的单值函数。,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.4 热电偶测量电路,1)测量单点温度的基本测温线路,2) 测量两点之间温差的测温线路,1.4 热电偶测量电路,3) 测量平均温度的测温线路,4) 若干热电偶共用一台仪表的测量线路,1.1 热电效应 1.2 热电偶的热电势 1.3 热电偶回路的性质 1.4 热电偶测量电路 1.5 热电偶冷端补偿,课程内容 Course Contents,1.5 热电偶的冷端补偿,1. 热电偶的冷端处理与温度补偿,热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测 温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定； 热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。,方法： 冰点槽法 计算修正法 补正系数法 零点迁移法 冷端补偿器法 软件处理法,1.5 热电偶的冷端补偿,2.计算修正法,用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算 例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21,查分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故 EAB(T，0)=EAB(