温度传感器原理(热电偶温度传感器的工作原理及常见问题)

Posted 2023-06-01

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温度传感器原理(热电偶温度传感器的工作原理及常见问题)

热电偶测温的基本原理是由两种不同成分的材料导体组成一个闭合电路。当两端有温度梯度时，电路中会有电流通过。此时，两端发展之间是否存在电势-热电势，这就是我们所谓的塞贝克效应。两种不同组分的均质导体为热电极，高温端为工作端，低温端为自由端，自由端通常处于恒温状态。根据热电势与温度的关系，制作一个热电偶进行分度表；分度表是自由端温度为0℃不同的热电现象偶有出现不同的分度表。

当第三种金属材料接入热电偶电路时，只要两个结处于相同的温度，由热电偶产生的热电电势保持相同，即不受插入电路中的第三金属的影响。因此，当热电偶进行测量工作温度时，可以通过接入技术测量仪器，测量热电势后，可以自己知道被测介质的温度。

K型热电偶测温示意图

　　热电偶温度传感器的工作原理

　　该设备的结构如下所示。它包括两条不同的金属线，并在连接端连接在一起。交界处被认为是测量的终点。结的末端分为三种类型，即不接地，接地和裸露的结。

　　1.不接地的结，在这种类型的连接中，导体与保护盖完全分开。该路口的应用主要包括高压应用工程。使用此功能的主要好处是可以减少杂散磁场的影响。

　　2.接地结，在这种类型的连接中，金属线以及保护盖都连接在一起。此功能用于测量酸性环境中的温度，并提供抗噪声的功能。

　　3.裸结，裸露的结适用于需要快速响应的区域。这种类型的结用于测量气体温度。用于制造温度传感器的金属基本上取决于温度的计算范围。

　　通常，热电偶设计有两条不同的金属线，即铁和康铜，通过在称为热结的一个结处进行连接来构成检测元件。它由两个结点组成，一个结点通过电压表或变送器连接，其中冷结点和第二结点在一个称为热结点的过程中相关联。

　　热电偶温度传感器属于接触式温度传感器，也是一种热电型温度传感器。将物理量温度转换为电势信号，此信号比较微弱属于毫伏级电势信号。最后要配温控仪表或变送器才能实现温度测量及温度信号转换。其原理很简单，基本原理是热电效应。把两种不同材料的导体首尾相连，只要两个节点的温度不同，在此回路中即可产生热电势，则形成热电流，这就是热电效应。

聚英电子 JY-DAM-TC16

　　温度是对物体样本中粒子平均动能的测量方式，其标准单位是“度”。温度可以通过不同方法进行测量，测量的成本和精确度也因此各不相同。热电偶就是其中一种常见的测量温度的传感器，因为热电偶相对而言价格便宜而且精确度高，并且其测量范围相对较宽。

　　热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。这是因为热电偶具有性能稳定、测温范围大、信号可以远距离传输等特点，并且结构简单、使用方便。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。

　　热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。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。

聚英电子 JY-DAM-TC16 产品参数

　　热电偶传感器的构造

一个成型的热电偶只焊接一个节点，即它的工作端或测量端，也称为热端。未焊接的一端称为自由端或参考端，也称为冷端。因此。只要热端和冷端之间的温差越大，输出的热电势就越大，数字万用表串联在电路中，就能清楚地看到电势在变化。

当上述导体接触时，导体中的电子会被电子扩散。由于导体中的自由电子密度不同，导体中的自由电子密度导体会扩散到电子密度较低的导体中。因此，导体中自由电子密度高的导体失去电子，具有正电位，扩散的自由电子导体具有负电位。当扩散达到动态平衡时，电路中会形成电位差，即接触电势。可见，工作端温度越高，导体中自由电子的扩散越剧烈。当达到新的动态平衡时，电路中的电位差越高。一般来说，热电偶的总电位不仅与导体中的自由电子密度有关，还与两个节点的温度有关。导体中的自由电子密度取决于导体材料的特性。