热电偶工作原理

Thermocoupleprinciple热电偶工作原理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CourseContents1.1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CourseContents1.1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T＞T0），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。T＞T0I热电偶是利用导体的“热电效应”制作的温度传器器。回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CourseContents1.2热电偶的热电势TABT0T0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BAABNNekTTeln)(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=1.6×10-19C；k——波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/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dTTTeTTAA0),(0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；σA——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σ=2μV/℃。ToTAeA(T,To)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T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABBTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(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；σA、σB——导体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CourseContents1.3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（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CourseContents1.4热电偶测量电路1)测量单点温度的基本测温线路热电偶显示仪表连接导线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CourseContents1.5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(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)THANKYOU