并茂——热电偶传感器
59页1、学习目标与任务 1.了解温度测量的基本概念和方法; 2.了解热电偶的工作原理与结构类型; 3.掌握热电偶的型号构成及选用方法; 4.学会用其进行温度测量; 5.了解常见热电偶测温系统的组成与功能;,第五章 热电偶传感器,第一节 温度测量的基本概念,一、温度测量的基本概念 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,表示物体内部分子热运动越剧烈。,模拟图:在一个密闭的空间里,气体分子在高温时的运动速度比低温时快!,低温,高温,二、温标,1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点(即零点)以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有:摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。,课本 P213定义,第一节 温度测量的基本概念,几种温标的对比,正常体温为37 C ,相当于华氏温度多少度?,二、温标,第一节 温度测量的基本概念,热力学温标(K),热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标,是由开尔文(Kelvin)根据热力学定律提出来的,因此又称开氏温标。它的符号是T,单位是开尔文(K) 。,威廉汤姆逊开尔文勋爵像,二、温标,第一节 温度测
2、量的基本概念,1990国际温标(ITS-90),从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标,简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点,测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式,例如水的三相点为273.16K(0.01C)等。,二、温标,第一节 温度测量的基本概念,按照用途可分为基准温度计和工业温度计; 按照测量方法又可分为接触式和非接触式; 按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等; 按输出方式分,有自发电型、非电测型等。,三、温度测量及传感器分类,第一节 温度测量的基本概念,介绍几种温度测量方法,示温涂料(变色涂料),装满热水后图案变得清晰可辨,三、温度测量及传感器分类,第一节 温度测量的基本概念,变色涂料在电脑内部温度中的示温作用,CPU散热风扇,低温时显示蓝色,温度升高后变为红色,三、温度测量及传感器分类,第一节 温度测量的基本概念,不需要电源,耐用;但感温部件体积较大。,气体的体积与热力学温度成正比,介绍几种温度测量方法,体积热膨胀式,三、温度测量及传感器分类,第一节 温度测量的基本概念,介绍几种温度测量方法,红外温度计,三、温度测量及传感器
3、分类,第一节 温度测量的基本概念,热电偶测温的主要优点:,1、它属于自发电型传感器:测量时可以不需外加电源,可直接驱动动圈式仪表; 2、测温范围广:下限可达-270C ,上限可达1800C以上; 3、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。,三、温度测量及传感器分类,第一节 温度测量的基本概念,热电极A,右端称为:自由端(参考端、冷端),第二节 热电偶的工作原理,左端称为:测量端(工作端、热端),热电极B,热电势,A,B,先看一个实验热电偶工作原理演示,结论: 当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势。,一、热电效应,1821年,德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路,并用酒精灯加热其中一个接触点(称为结点),发现放在回路中的指南针发生偏转(说明什么?),如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热,指南针的偏转角反而减小(又说明什么?) 。 显然,指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动,电流的强弱与两个结点的温差有关。,从实验到理论:热电效应,第二节 热电偶的工作原理,一、热电效应,自由电子,A,B,eAB( T ),T,结点产生热电势的微观解释及图形符号,两种不同
4、的金属互相接触时,由于不同金属内自由电子的密度不同,在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B,使A失去电子带正电,B得到电子带负电,从而产生热电势。,从实验到理论:热电效应,第二节 热电偶的工作原理,一、热电效应,热电效应的定义: 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路,当两个接点温度不同时,在回路中就会产生热电势,形成电流,此现象称为热电效应。,第二节 热电偶的工作原理,一、热电效应,k玻耳兹曼常数,e电子电荷量, T接触处的温度,NA,NB分别为导体A和B的自由电子密度。,接触电动势,不同材料之间: 节点处电子的扩散所致,第二节 热电偶的工作原理,二、热电势 (接触电动势和温差电动势),温差电动势,A,B汤姆逊温度系数。,同种材料: 两端温度不同电子运动速度不同,回路中总电动势:,第二节 热电偶的工作原理,二、热电势 (接触电动势和温差电动势),2)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体,只要其两端的温度相等,该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。,1)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路,不论导
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