溫度傳感器基本原理

溫度傳感器基本原理熱電偶傳感器在溫度測量中應(yīng)用極為廣泛，因為它結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號便于遠傳。熱電效應(yīng)將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體 A、B 組成閉合回路，如圖所示。若節(jié)點處于不同的溫度(TT 0)時，兩者之間將產(chǎn)生一熱電勢，在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。其電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。接觸電勢 當(dāng)兩種金屬接觸在一起時，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，在結(jié)點處就會發(fā)生電子遷移擴散。失去自由電子的金屬呈正電位，得到自由電子的金屬呈負電位。當(dāng)擴散達到平衡時，在兩種金屬的接觸處形成電勢 Uab，稱為接觸電勢。其大小除與兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點溫度有關(guān)。溫差電勢 對于單一金屬，如果兩端的溫度不同，則溫度高端的自由電子向低端遷移，使金屬兩端產(chǎn)生不同的電位，形成電勢，稱為溫差電勢。其大小與金屬材料的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)。產(chǎn)生溫差電勢的裝置叫熱電偶。溫差電勢的大小與金屬的性質(zhì)、接觸面處的溫度差有關(guān)。溫差電勢與接觸電勢的關(guān)系為：Uab = a(T2-T1)+ b(T2-T1)式中 a、b 是與金屬性質(zhì)有關(guān)的實驗常數(shù)。T2 是熱端溫度，T1 是冷端溫度。結(jié)論：1、如果熱電偶兩電極的材料相同，雖然兩端溫度不同，但閉合回路的總熱電勢仍為零。因此，熱電偶必須用兩種不同材料作熱電極。2、如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即 TT 0，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。3、通常的溫度變化內(nèi)，溫差電勢很小，一般只有幾 mV幾十 mV。中間導(dǎo)體定律 將 A、C 處斷開，接入第三種導(dǎo)體 B，如圖所示。則 A、C 之間的電勢仍和它們直接接觸時相同。 結(jié)論：導(dǎo)體 A、C 組成的熱電偶，當(dāng)引入第三導(dǎo)體 B 時，只要保持其兩端溫度相同，則對回路總熱電勢無影響，這就是中間導(dǎo)體定律。利用這個定律可以將第三導(dǎo)體換成測量儀表，只要保證兩個接點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。連接導(dǎo)體定律：回路的總電勢等于熱電偶電勢 UAB(T,Tn) 與連接導(dǎo)線電勢 UAB（T n,T0）的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)。中間溫度定律：回路的總熱電勢等于 UAB（T，T n）與 UAB（T n，T 0）的代數(shù)和。T n稱為中間溫度。中間溫度定律為制訂分度表奠定了理論基礎(chǔ) 。熱電偶的溫度補償熱電偶輸出的電熱是兩結(jié)點溫度差的函數(shù)。為了使輸出的電勢是被測溫度的單一函數(shù)，一般將 T 作為被測溫度端，T 0作為固定冷端(參考溫度端)。通常要求 T0保持為 0，但是在實際使用中要做到這一點比較困難，因而產(chǎn)生了熱電偶冷端溫度補償問題。(1) 0恒溫法 即在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將清潔的水和冰屑混合后放在保溫容器內(nèi)，可使 T0保持0。近年來已研制出一種能使溫度恒定在 0的半導(dǎo)體致冷器件。(2) 補正系數(shù)修正法 利用中間溫度定律可以求出 T00 時的電勢。該法較精確，但繁瑣。因此，工程上常用補正系數(shù)修正法實現(xiàn)補償。(3) 延伸熱電極法(即補償導(dǎo)線法) 如圖 7.11，熱電偶長度一般只有一米左右，在實際測量時，需要將熱電偶輸出的電勢傳輸?shù)綌?shù)十米以外的