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1、热电偶传感器n热电偶工作原理n热电现象:两种不同材料导线在连接处形成节,如将这两个节分别置于不同的温度下(T0和T1),便会在回路中形成电流。n热电势分为接触电势和温差电势n接触电势:不同材料电子浓度不同,在节点处发生扩散导致电势设:导体A、B的电子浓度分别为NA、NB,则:其中:K为波尔兹曼常数T为结点所处温度若NA NB ,则eAB(T)0,反之亦然。故:电子浓度高的材料电位高。n温差电势:同一种金属导体,由于二头的温度不同,电子从高温段向低温段扩散,高温处带正电。A与T0、T有关,汤姆逊系数,表示导体两端单位温度差时产生的电势 。若TT0,则eAB(T)0,反之亦然。ABTT0热电偶传感
2、器n接触电势与温差电势的性质n回路总电势讨论: 热电偶的材料相同时,EAB(T,T0)=0 热电偶的两个节点所处的温度相同时 , EAB(T,T0)=0 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热电偶传感器n热电偶基本定律均质导体定律:热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。中间导体定律:在热电偶测温回路内,接入第三种导体时,只要第三种导体的两端温度相同,则对回路的总热电势没有影响,即热电偶接过渡(中间)导体(传感器引出)时,总回路电势不变。(测量引线)中间温度定律:在热电偶测温回路中,tc为热电极上某一点的温度,热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t,t
3、0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和 tc、t0时的热电势(温度补偿)n常用热电偶n铂铹铂热电偶,特点:精度高,1300Cn镍铬镍硅热电偶,特点:线性好,-501300C,价格低n镍铬铐铜热电偶,特点:灵敏度高,常温测量,-50500C,价格低n钨铼10钨铼20热电偶,特点:精度高,测高温、2000C,成本高热电偶传感器n热电偶的温度补偿n标准测量时,T=0C,但实际应用时较难实现。常用方法为电位补偿法。补偿电路置于变化的温度环境(tn)中,调整R使E(tn,to)=UA,一般t0=0C,Rt为正温度系数电阻。n当tn,UA以补偿U(t,tn)的下降 V+RR1RttnUAT:测量温度E(t,t0)CCBA热电阻传感器n原理:导体的随温度T变化。n特点:灵敏度低,精度高,宜用于常温和低温测量。n对导体材料的要求:理化性能稳定,随T的变化大,线性好。常用:铂、铜。半导体热敏电阻传感器n特点:灵敏度高,A系数是金属的10100倍;响应速度快;非线性大;互换性、稳定性差n分类:负温度系数;正温度系数(常用于温度补偿电路中)集成温度传感器(半导体PN结电压随温度变化)