热电偶传感器
热电偶传感器
E AB (T1,T2 ) EAC (T1,T2 ) EBC (T1,T2 )
T
T
T
2
2
2
A
CA
BB
C
T
T
T
图71.6 三组导线1 的热电偶1图
（4）连接导体定律与中间温度定律 当导体A、B连接导体A′、B′如图7.7所示，
中间温度Tn,其表达式为：
EABAB (T ,Tn ,T0 ) EAB (T ,Tn ) EAB (T ,T0 )
保热测温精度。
对标准化热电偶则在使用一段时间后或测 量端要受氧化腐蚀，并在高温下发生再结晶， 以及受拉伸、弯曲等机械应力的影响后再进行 标定，以消除测量系统的系统误差。
（1）标准化热电偶的主要技术参数有热电偶分 度号、测量范围、精度等级及允许偏差。
（2）热电偶的标定
标定就是核对热电偶热电势－温度关系是 否符合标准或标定曲线，也可以通过标定消除 测量系统的系统误差，标定方法有定点法和比 较法。
EABC (T1,T2 ) EAB (T1) EAB (T2 ) EAB (T1,T2 )
A
T2
T1
B
C
mV
图7.5 接入导体C的热电偶回路图
（3）标准电极定律
三组导体分别组成的热电偶如图7.6所示，A、 B组成的热电偶其产生的热电势等于A、C组成的 热电偶和C、B组成的热电偶的热电势之和。即
引出线
图7.10 薄膜热电偶结构图
3．热电偶的主要技术参数
为保证热电偶测温精度的各项技术指标，按 照工业标准化要求，热电偶可分为标准化和非标 准化两种。标准化热电偶指能批量生产、性能稳 定，具有统一的分度表并已列入国际和国家标准 文件中的热电偶。非标准化热电偶无论在适用范 围或数量上均不及标准化热电偶，但在某些特殊 场合，如在高温、低温、超低温、真空等被测对 象中，这些热电偶具有某些特别良好的特性。目 前非标准化热电偶主要用于进一步扩展高温和低 温测量范围，有很多产品，但这类热电偶不够成 熟，没有统一分度表，使用前需个别标定，以确
热电偶温度传感器解析
eAB (T0 )
KT0 q0
1n
NA NB
温差电动势
同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动 势。
机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大， 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端 的要多，结果高温端因失去电子而带正电， 低温端因 获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电 动势。
标准化热电偶的主要性能和特点
标准化热电偶的主要性能和特点
5. 热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法
当热端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t, 0)与 热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温 度定律得到下式：
eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0)
大小表示： eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
热电偶回路中产生的总热电势
eAB(T, T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0)
忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：
eAB (T ,T0 )
eAB (T
)
eAB
(T0 )
k q0
(T
T0 ) ln
nA nB
意义：
有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀 性。
3. 热电偶的结构形式 为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶 的结构形式有： •普通型热电偶 •铠装型热电偶 •薄膜热电偶等。
普通型热电偶结构
保护管
绝缘管 热端
接线盒
热电极
铠装型热电偶
接线盒 固定装置
B
B
金属导管 绝缘材料 B-B
讨论
•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
第7章热电偶传感器
对制成热电偶的材料的要求： （1）温度测量范围广，温度线性度好，测量精确度高，
输出热电动势大。 （2）热电性能稳定。 （3）物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。
我国标准热电偶有六种：
铜-康铜
镍铬-考铜
镍铬-镍铝
铂铑10-铂
非标准热电偶： 铂铑13-铂
发展中产品：
镍铬-康铜
铑质量的百分比
镍铬-镍硅 铂铑30-铂铑6 铂铑-铱 等 铁-康铜
八种国际通用热电偶： B:铂铑30—铂铑6 、R:铂铑13—铂 、S:铂铑10—铂 、 K:镍铬—镍硅 、N:镍铬硅—镍硅 、E:镍铬—铜镍、 J:铁—铜镍 、 T:铜—铜镍
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
二、热电偶结构 1.普通工业热电偶的结构
（1）热电极（偶丝） 普通的直径为0.5~3.2mm 贵重的直径为0.3~0.6mm 长度为300~2000mm，一般350mm
第七章 热电偶传感器
热电偶传感器基于热电效应原理而工作。属于有源 传感器，使用时不需要外加电源，可以方便地测量炉子、 管道中的气体或液体温度，也可以测量固体表面温度。
结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、 便于远距离传送。
与热电阻的主要区别： 1、原理不同—信号性质不同：热电阻是阻值的变化，而热
（2）绝缘管
对热电极间、热电极与保护套管间
进行绝缘保护。 （3）保护套管
保护热电偶感温元件免受被测介质
化学腐蚀和机械损伤 (4) 接线盒
固定接线座和作为连接补偿导线的装置。
有普通式、防溅式、防水式和接插座式。
接线盒 保护套管 绝缘管
热电极
普通装配型热电偶的外形
安装 螺纹
安装 法兰
接线盒 普通装配型 热电偶的结 构放大图
热电偶传感器的工作原理
热电偶传感器的工作原理热电偶传感器是一种测量温度的传感器。
它利用两种不同材料的导线连接，通过不同材料之间的热电电动势来测量温度。
其工作原理主要包括热电效应原理、热电对原理和测温原理。
1. 热电效应原理热电效应是指当两个不同材料的导线处于不同温度下时，产生的热电电势差。
根据热电效应原理，热电偶传感器一般由两种不同材料的导线连接组成，分别称为热电对。
常用的热电对有N型热电偶（镍铬-镍硅）、K型热电偶（镍铬-镍铝）、T型热电偶（铜-铜镍）等。
这些热电对被放置在被测温度环境中，当被测温度发生变化时，由于热电效应的存在，热电对之间会产生一定的热电势差。
2. 热电对原理热电对原理是指热电偶传感器利用不同材料之间的热电效应来测量温度的原理。
具体而言，热电偶传感器的热电对被置于被测温度环境中，当被测温度发生变化时，热电对之间产生的热电势差也会随之变化。
这个热电势差可以通过测量热电对之间的电压来计算得到。
3. 测温原理热电偶传感器是利用热电效应来测量温度的，而测温原理则是指根据热电对生成的热电势差来计算被测温度的原理。
热电偶传感器的热电对之间的热电势差与被测温度环境之间存在一定的关系，这种关系通常由热电偶的特性参数和温度之间的数学模型来描述。
传统的计算方法是使用热电势表或温度转换电路将热电势转换为对应的温度值。
另外，随着现代科技的发展，也出现了数字式热电偶传感器，它利用特定的芯片将热电势转化为数字信号，进而实现温度测量。
总之，热电偶传感器是通过测量热电对之间的热电势差来计算被测温度的传感器。
它的工作原理主要包括热电效应原理、热电对原理和测温原理。
通过这些原理的相互作用，热电偶传感器能够在广泛的温度范围内进行准确的温度测量，具有广泛的应用领域，如工业自动化控制、环境监测、航空航天等。
同时，热电偶传感器还具有响应速度快、结构简单、成本低廉等优点，是一种常用的温度传感器。
热电偶式传感器工作原理
热电偶式传感器工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠热电偶式传感器这个超有趣的东西。
热电偶式传感器呀，就像是一个小小的温度侦探呢。
它的基本原理其实是基于一种很奇妙的热电效应。
你看啊，世界上有好多不同的金属，当把两种不同的金属一端连接在一起，然后把连接端放在一个温度环境里，另一端放在另一个温度环境里的时候，就会发生神奇的事情哦。
想象一下，这两种金属就像是两个性格不同的小伙伴。
当温度有差异的时候，它们之间就开始“闹别扭”啦，不过这个“闹别扭”是很有规律的。
它们之间会产生一个电势差，这个电势差就和温度的差异有着密切的关系呢。
就好像这两个金属小伙伴在悄悄地说：“温度不一样了，我们得做点反应啦。
”那这个电势差是怎么来的呢？这就得从金属内部的电子说起啦。
不同的金属，它们的电子活跃程度是不一样的。
当温度改变的时候，电子们就像一群调皮的小蚂蚁，开始重新分布啦。
在热端的金属里，电子变得更加活跃，就想着往冷端的金属那边跑。
这样一来一往的，就产生了电势差。
这电势差就像是一个信号，告诉我们温度有变化了。
而且哦，这个电势差和温度差之间的关系是比较稳定的。
就像一对好朋友之间有一个约定好的暗号一样。
科学家们通过大量的实验，已经把这个暗号给破解得差不多了。
所以我们就可以根据测量到的电势差，准确地算出温度差，然后再结合已知的一个温度，就能知道另一个温度啦。
热电偶式传感器在生活里的应用可多着呢。
比如说在工业的大熔炉旁边，那里面温度超级高，普通的温度计进去可能就直接“壮烈牺牲”了。
但是热电偶式传感器就不怕，它可以在高温环境里稳稳地工作，时刻监测着熔炉里的温度，就像一个忠诚的小卫士。
还有在一些科学实验里，需要精确测量很小的温度变化，热电偶式传感器也能大显身手。
不过呢，热电偶式传感器也有点小脾气。
它有时候会受到周围环境的干扰。
比如说周围有磁场啦，或者连接的线路有接触不良的情况啦，这都会影响它准确地测量温度。
就像一个小朋友在认真做作业的时候，旁边有人一直在打扰他，他就容易出错一样。
热电偶传感器ppt课件
3. 镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大旳便宜金属热电偶，用量为其他热电 偶旳总和。 正极（KP）旳名义化学成份为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）旳名义化学化学成份为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。
正
较硬
B
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
K
4.096
0~1200
1300
负
稍亲磁
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
N
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
T —— 接触面旳绝对温度
e —— 单位电荷量 NA——金属电极A旳自由电子密度 NB——金属电极B旳自由电子密度
2. 温差电势
温差电势（汤姆逊电势）
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
(6.3.2)
图6.3.3 热电偶旳温差电势
δ —— 汤姆逊系数，它表达温差为1℃时所产生旳 电动势值，它与材料旳性质有关。
热电极旳温度分布无关； 假如热电偶旳热电极是非匀质导体，在不均匀温度
场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料旳均 匀性是衡量热电偶质量旳主要技术指标之一。
2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同旳另一种
导体称中间导体C，只要中间导体旳两端温度相同， 热电偶回路总电动势不受中间导体接入旳影响。
《传感器实验指导》热电偶测温实验
《传感器实验指导》热电偶测温实验1.掌握热电偶的工作原理；2.掌握热电偶测温调理电路的工作原理；3.掌握热电偶冷端补偿的原理。
1.分析热电偶传感器测量电路的原理；2.连接传感器物理信号到电信号的转换电路；3.软件观测温度变化时输出信号的变化情况；4.记录实验波形数据并进行分析。
1.开放式传感器电路实验主板；2.热电偶温度测量模块；3.万用表、温度计；4.导线若干。
热电偶（Thermocouple）是根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：（1）测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
（2）测量范围广。
常用的热电偶从0~+1800℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到0-2300℃如金铁镍铬和钨-铼。
（3）构造简单，使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。
通常分为以下两种热电偶：（1）铠装式热电偶（缆式热电偶），此种热电偶是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型，经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。
（2）标准型热电偶，它具有互换性好、统一的分度表、配套的显示仪表。
图：热电偶热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应（Seebeck effect）。
两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。
根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
热电势的大小只与热电偶导体材质以及两端温差有关，与热电偶导体的长度、直径无关。
在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。
热电偶传感器的工作原理
热电偶传感器的工作原理
热电偶传感器是一种常用的温度测量装置，基于热电效应进行温度测量。
它由两种不同金属（常用的是铂铑和铜/铜镍合金）组成的导线焊接在一起，形成一个闭合回路。
当两种金属焊接点的温度不同时，就会产生一个热电势差，即热电效应。
热电偶传感器的工作原理是基于“温差产生电势差”的热电效应。
当两个焊接点温度不同时，热电效应将会在热电偶的两个端口之间产生一个电势差。
这个电势差会通过连接在热电偶两端的导线传递到测量仪器或控制系统中进行处理。
温度差异引起的热电势差遵循“温度差愈大，电势差愈大”的规律，一般情况下，使用温度相对较高的焊接点作为测温点（被测物体的温度），而另一个焊接点常常保持在稳定的温度（一般为室温），作为参考点。
由于热电势差非常小，因此在测量过程中需要使用放大器或信号转换器将其放大或转换为可读的电信号。
通过测量放大后的信号，可以得到焊接点间的温度差，从而间接测量被测物体的温度。
需要注意的是，由于不同金属对温度的响应不同，因此不同类型的热电偶传感器在温度范围、精度和适用环境等方面有所区别。
在选择和使用热电偶传感器时，需要根据具体的应用要求进行合理的选择。
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普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、 绝缘套管、保护管和接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连 接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种 形式。
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普通型热电偶结构图
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普通装配型热电偶的 外形
安装 螺纹
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀在被测表面上等 3种。所用的电极类型有铁-康铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅 等。测温范围为−200～300℃。
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铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
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表面热电偶
对热电极材料的一般要求
（1）配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势对温度尽 可能有良好的线性关系。
（2）能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不 会发生明显的化学及物理性能的变化。
E AB (T ,T0 )
E AB (T )
E AB (T0 )
K q0
(T
T0 ) ln
NA NB
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结论
（1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总 电势为0。
（2）如果两结点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电 势为0。
（3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点 的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材 料固定后，热电势便是两结点电势差。
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2．接触电势
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的 自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方 向上扩散的速率就不一样。
。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导 体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。 所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷。于是， 在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场 。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动势便成为热端温 度Ｔ的单一函数。
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1.2 热电偶结构及种类
1热电偶的基本结构形式 2热电偶材料 3常用热电偶
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1.热电偶的基本结构形式
热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄 膜热电偶等。
热电偶的种类虽然很多，但通常由金属热电极、绝缘子、 保护套管及接线装置等部分组成。
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铠装型热电偶结构
1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极
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铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
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AB
薄壁金属 保护套管 （铠体）
铠装型热电偶 横截面
法兰
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薄膜热电偶
用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料 沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。热电偶测量端既小又 薄（厚度可达0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快，可用 于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温度。
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接触电势大小
E AB (T )
KT q0
ln
NA NB
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3．温差电动势
温差电动势是同一导体（热电极）的两端因其温度不同 而产生的一种电动势。由于温度不同，低温端的电子数 会比高温端的电子数多，结果高温端因少出电子而带正 电， 低温端因多出电子而带负电，在导体两端便形成 温差电动势。其大小可表示为
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热电动势示意图
202散进行的方向相反，它将引起反方向的电子 转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用 相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下 自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状 态。在这种状态下，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为 接触电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温度有关，与 导体的直径、长度及几何形状无关。
和
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )
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4．热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分别为T和T0，
热电偶回路所产生的总电动势，
EAB (T ,T0 ) [EAB (T ) EAB (T0 )] [EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 )]
热电偶的接触电动势要远大于温差电动势，忽略 温差电动势，热电偶的热电势可表示为，
贝克效应。
2
1.1 热电偶
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热电势由两部分组成
两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为 “热电极”，产生的电势则称为“热电势”，热电偶的 两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个 称为参考端（自由端或冷端）。
一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的 温差电势。
热电偶传感器
1.1 热电偶 1．热电效应
热电效应就是把两种不同的导体或半导 体（A和B）串接成一个闭合回路，如果 两导体接点处温度（ 和 ）不同，则两点
之间便产生电动势，从而在回路中便形 成了电流的现象。由此效应产生的电动 势，通常称为热电动势。
1821年由Seeback发现的，故又称为赛
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安装
法兰
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接线 盒
普通装配型热 电偶的 结构放大图
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
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铠装型热电偶
铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘 材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体 .
它可以做得很细很长，使用中随需要能任意弯曲。铠装 型热电偶的主要优点是测温端热容量小，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，因 此被广泛用在许多工业部门中。
表面热电偶是用来测量各种状态的固体表面温度的，如 测量轧辊、金属块、炉壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温 度。
此外还有测量气流温度的热电偶、浸入式热电偶等。
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2.热电偶材料
1．对热电极材料的一般要求 2．电极材料的分类 3．绝缘材料 4．保护管材料
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