第7章热电式传感器
热电式传感器的原理和应用
热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。
它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。
1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。
根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。
2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。
当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。
通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。
3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。
每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。
通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。
二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。
1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。
它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。
2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。
通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。
3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。
例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。
4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。
例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。
结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。
它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。
热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。
热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。
热电式传感器工作原理
热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。
其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。
这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。
2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。
这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。
3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。
与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。
4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。
其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。
当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。
5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。
这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。
总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。
通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。
这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。
热电式传感器讲课文档
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使用补偿导线时注意问题：
补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。 补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）； 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；
第章热电式传感器
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第一节 热电偶传感器
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。
优点有： 构造简单,
使用方便,
具有较高的精度、稳定性及复现性好, 温度测量范围宽（100~1600℃）,
在温度测量中占有重要的地位。
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一、热电偶测温原理
1、热电偶的结构
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热电极。热电 偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端， 置于温度为参考温度T0的一端称为参考端或冷端。
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热电偶两接点的接触电势 e A B (和T ) e A B (T大0 )小可表示为 ：
eAB(T )
KT e
ln NAT NBT
eAB(T0)
KT0 e
ln
NAT0 NBT0
式中: K——波尔兹曼常数，k=1.38*10-23J/K; e——单位电荷电量，e=1.6*10-19C;
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（2）参考电极定律 当结点温度为T、 T0时，用导体AB组成的热电偶的热
电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的代数和。
即： E A B ( T ,T 0 ) E A C ( T ,T 0 ) E C B ( T ,T 0 )
证明过程见课本。
导体C称为标准电极
（一般由铂制成）。
用在许多工业部门中。
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(3) 薄膜热电偶
第7章热电式传感器案例
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：导体内自由电子在高温 端具有较大的动能，因而向低 温端扩散，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
《传感器与检测专业技术》第二版部分计算题解答
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。
例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。
把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。
所谓热电效应，就是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的现象。
由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。
接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。
其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。
温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。
其。
第七章 热电式传感器.ppt
测量温度范围
1000C 热电势/
mV
B
铂铑30－铂铑6
50～1820 C
4.834
R
铂铑13—铂
-50～1768 C
10.506
S
铂铑10—铂
-50～1768 C
9.587
K
镍铬－镍铬 (铝) -270～1370 C 41.276
E 镍铬－铜镍 (康 铜) －270～800 C
——?
第7章 热电式传感器 普通装配型热电偶的外形
第7章 热电式传感器
本章主要内容
➢了解热电阻工作的主要原理 ➢掌握热电效应，热电偶工作原理 ➢掌握热电偶工作定律 ➢了解热电偶的测温材料及其特点 ➢熟悉热电偶的应用
第7章 热电式传感器
7.1.1 热电阻
工作原理：热电阻的阻值随温度的变化而变化。
1. 热电阻材料的特点：
a 高温度系数，高电阻率
b 化学和物理性能稳定
▪ 定义：将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若节点处于不同的 温度时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流， 这种现象称为热点效应。
▪
接触电势
EAB (T )
温差电势
kT e
ln
NA NB
T
EA (T ,T0 ) EB (T ,T0 ) T0 ( A B )dT
T
EA (T ,T0 ) T0 AdT
AA’CTBB’C’
热电偶
补偿导线 试管
铜 导 线
冰点槽
T0
冰水溶液
mV
仪 表
第7章 热电式传感器
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
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
传感器技术课件-热电式传感器
热电式传感器的应用领域
工业自动化
用于测量温度、流量、气体浓度等参数，提高生产效率和质量。
能源管理
用于监测和控制能源消耗，优化能源利用效率。
汽车工业
用于发动机温度、刹车系统和座椅加热等应用。
热电式传感器与其他传感器的比较
热电式传感器
• 适用于高温环境 • 温度测量范围宽 • 稳定性和精度高
压力传感器
热电式传感器的结构及原理
结构
热电式传感器通常由热电材料、保护层、连接线 和环境接口组成。
原理
当热电材料的两端产生温度差时，热电效应将使 电场中的电子产生电流，从而实现温度测量。
热电式传感器的分类
1 温度差型热电式传感器
适用于测量温度差异的传感器，如热电偶和 热敏电阻。
2 温度感应型热电式传感器
适用于测量单一温度的传感器，如热电阻和 热电堆。
选择离测量对象最近的位置，避免热量流失。
2 防护和维护
确保传感器受到适当的防护，并进行定期检查和校准。
3 电源和电路设计
考虑传感器的电源供应和信号处理电路的设计，以确保准确运行。
热电式传感器的校验方法
1 对比法
2 零点校准
将传感器与已知准确度的 参考温度计进行偏差。
传感器技术课件-热电式 传感器
热电式传感器是一种能够将热量转化为电能的传感器。了解其基本原理、结 构和应用领域，以及其优点和缺点是非常重要的。
什么是热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电压或电流输出的传感器。它利用热电效应来测量温度，并将温度变化 转化为电信号。
热电效应的基本原理
热电效应是指当两个不同材料的接触点形成温度差时，产生的电压或电流。 这种效应是由于不同材料的电子在温度梯度下产生的差异。
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Rt R0 1 At Bt2 Ct3
式中 R0、Rt——分别为0℃和t℃时的电阻值；
A——常数(4.28899×10-3/℃)；
B——常数(-2.133×10-7／℃2)； C——常数(1.233×10-9／℃3)； 由于铜电阻的电阻率仅为铂电阻的1/6左右，当温度高于 100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介 质中工作。
2、工作定律
（1）中间导体定律
若三结点温度均为T0，则回路总热电势为 EABC (T0 ) EAB (T0 ) EBC (T0 ) ECA (T0 ) 0
若A、B结点温度为T，其它结点温度为T0， 且T>T0，则回路总热电势为
EABC (T ,T0 ) EAB (T ) EBC (T0 ) ECA (T0 )
器（CTR）。
1.热敏电阻的特点 负温度系数热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体， 通常用它测量-100~+300℃范围内的温度，与热电阻 相比，其特点是：(1)电阻温度系数大，灵敏度高， 约为热电阻的10倍。(2)结构简单，体积小，可以测 量点温度。(3)电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。 (4)易于维护和进行远距离控制。(5)制造简单，使用 寿命长。
T
T0 A B dT
回路总热电势为
T
EAB (T,T0 ) EAB (T ) EAB (T0) T0 ( A B )dT
结论：
1、如果热电偶两电极的材料相同，即NA=NB， σA=σB，虽然两端点温度不同，但闭合回路的总热 电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料 作热电极。
2、如果热电偶两热电极材料不同，而热电偶两端 的温度相同，即T=T0，闭合回路中也不产生热电 势e
ln
NA NB
单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、T0，且
T>T0，如图所示。
图 单一导体温差电势
温差电势的大小与金属材料的性质和两端的温差有 关，可表示为
T
EA(T ,T0 ) T0 AdT
A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为
EA(T,T0) EB (T,T0)
不足之处为互换性差，非线性严重。
2.负温度系数热敏电阻的特性
图7-1为负温度系数热敏电阻的电阻温度特性曲线，可以用如下经验公式
描述：
B
RT AeT
式中 RT——温度为T时的电阻值；
A——与热敏电阻的材料和几何尺寸有关的常数；
B——热敏电阻常数。
若已知T1和T2时的电阻为RT1和RT2则可通过公式求取A、
2. 铂、铜热电阻的特性
金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导 体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测温的。
金属热电阻的主要材料是铂和铜。
铂电阻阻值与温度变化之间的关系为：
在0~660℃温度范围内有 Rt R0 (1 At Bt 2 )
在-190~0℃温度范围内有 Rt R0 1 At Bt2 C(t 100)t3
7.2 热电偶传感器
❖ 7.2 热电偶传感器 ❖ 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它构造
简单，使用方便，测温范围宽，并且有较高的精确 度和稳定性。 ❖ 7.2.1 热电效应及其工作定律 ❖ 1.热电效应 ❖ 如图7-8所示，两种不同材料的导体 组成一个闭合回路时，若两接点温度 不同，则在该回路中会产生电动势。 这种现象称为热电效应，该电动势称 为热电势。
因为 EAB (T0 ) [EBC (T0 ) ECA (T0 )]
所以 EABC (T ,T0 ) EAB (T ) EAB (T0 ) EAB (T ,T0 ) 结论：若导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只 要保证两接入点温度相同，则回路总热电势不变。
式中 R0、Rt——分别为0℃和t℃时的电阻值；
A——常数(3.96847×10-3/℃)；
B——常数(-5.847×10-7／℃2)； C——常数(-4.22×10-12／℃4)；
由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小 时，均采用铜电阻。铜容易提纯，在-50~150℃范围内铜电阻 化学、物理性能稳定。输出-输入特性接近线性，价格低廉。
第7章 温度传感器
7.1 热电阻传感器 7.2 热电偶传感器 7.3 热电式传感器的应用
7.1 热电阻传感器
7.1.1 热电阻 1.热电阻材料的特点 作为测量温度用的热电阻材料，必须具有以下特点， (1)高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加 快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。(2)化 学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电 阻的测量淮确性。(3)良好的输出特性。即必须有线 性的或者接近线性的输出。(4)良好的工艺性，以便 于批量生产、降低成本。
两种导体的接触电势 假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和
nB,且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子 的扩散现象。
达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位 差，即接触电势eAB，如图所示。
图 两种导体的接触电势
接触电势的大小除与两种金属的性质有关外,还与 结点温度有关,可表示为
3. 其他热电阻
最基本的热电阻传感器由热电阻、连接导线 及显示仪表组成，如图所示。
图 金属热电阻传感器测量示意图
图 热电阻结构
7.1.2 半导体热敏电阻
1.热敏电阻的特点 半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测
温元件。 热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按
特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为三种类型，即： 正温度系数（PTC）热敏电阻 负温度系数（NTC）热敏电阻 在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻
B值，即
A
R e
B T1
T1
B T1 •T2 ln RT1 T2 T1 RT2
2.负温度系数热敏电阻的特性 图7-2示出热敏电阻的伏安特性曲线。 由图知，当流过热敏电阻的电流较小 时， 曲线呈直线状；当电流增加时， 出现了非线性；当电流继续增加时， 出现电压随电流增加而降低的现象。
2.近代热敏电阻的特性 （1）近年来研制的玻璃封装电 阻 具有较好的耐热性、可靠性、 频响特性。