三、测量多点平均温度-----热电偶并联四、热电偶串联-----增加测量灵敏度第29页，共43页，星期日，2025年，2月5日第30页，共43页，星期日，2025年，2月5日第31页，共43页，星期日，2025年，2月5日第1页，共43页，星期日，2025年，2月5日本章教学目标及重点、难点一.教学目标：1、了解热电势效应，了解热电偶的结构及种类。2、掌握热电偶回路的主要性质。3、掌握热电偶自由端温度补偿的常用方法。4、熟悉热电偶的应用。二.重点及难点：重点：热电偶回路的主要性质，热电偶自由端温度补偿的常用方法，热电偶的应用；难点：热电偶自由端温度补偿的常用方法；第2页，共43页，星期日，2025年，2月5日7.1热电偶的工作原理热电偶传感器是将温度转换成电动势的一种测温装置，它是工业中使用最为普遍的接触式传感器。热电偶属于有源传感器，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，具有结构简单、性能稳定、测温范围大、信号可以远距离传输等特点。热电偶能够将热能直接转换为电信号，并且输出直流电压信号，使得显示、记录和传输都很容易。第3页，共43页，星期日，2025年，2月5日一.热电效应将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如图4.87所示。当两个结合点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，相应的电动势称为热电势。1.两种不同材料的导体2.接成闭合回路3.两个接点处温度不同回路中会产生热电动势。热电效应条件：第4页，共43页，星期日，2025年，2月5日1.两种不同材料导体的组合称为热电偶。2.导体A、B称为热电极。3.两个接点中，一个接点称为热端，也称为测量端或工作端，测温时它被置于被测介质(温度场)中；另一个接点称为冷端，又称参考端或自由端。第5页，共43页，星期日，2025年，2月5日热电动势（电荷扩散）温差电动势:同一导体上因两端温度不同引起。接触电动势:两种不同导体的接触引起。二.热电势组成：温差电动势和接触电动势第6页，共43页，星期日，2025年，2月5日接触电势：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。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电势eAB(t)和eAB(t0)可表示为:式中：k—玻耳兹曼常数，k＝1.38×10-23J/K；e—单位电荷电量，e=1.60×10-19C；nA、nB—A、B两种材料的自由电子浓度。t、t0——接触处的绝对温度。结论：大小与金属材料、接触点的温度有关，而与热电极的几何尺寸无关。第7页，共43页，星期日，2025年，2月5日温差电动势：是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势，其大小表示为：和。式中，nAt和nBt分别为A导体和B导体的自由电子密度，是温度t的函数。结论：大小与A、B两导体材料的性质有关，材料两端温差有关，与热电极的几何尺寸无关。第8页，共43页，星期日，2025年，2月5日热电偶回路总电动势热电偶回路中的温差电动势很小，忽略之，可得（t0端以B为正）结论：热电偶回路中热电动势的大小：（1）取决于两接点间的温度差，（2）取决于两种不同电极的材料。与电路形状无关。如果冷端温度t0不变，被测温度t可通过温差电动势获得。热电偶回路中总电动势：第9页，共43页，星期日，2025年，2月5日三.热电偶基本定律由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极各处的温度分布无关。如果构成热电偶的两种材料相同，不会产生热电动势。1.均质导体定律利用该定律，可以检查两种热电极材料是否相同，或一种热电极材料是否均匀。第10页，共43页，星期日，2025年，2月5日2.中间导体定律断开热电偶回路，接入第三种导体，只要两个新接入点等温，则回路总热电动势不变。测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路该定律说明在冷端接入放大电路，不会影响结果。第11页，共43页，星期日，2025年，2月5日第12页，共43页，星期日，2025年，2月5日在两端接点温度tc、t0时的热电动势为：则：3.中间温度定律如热电偶在两端接点温度t、t0时的热电动势为：