熱電偶探測器熱電偶雖然是發(fā)明于1826年的古老紅外探測器件，然而至今得到廣泛的應用。尤其在高、低溫的溫度探測領域的應用是其他探測器件無法取代的。1、熱電偶工作原理①定義：熱電偶是利用物質溫差產生電動勢的效應探測入射輻射的。②溫差熱電偶：SeebeckEffect熱電效應6.2熱電偶和熱電堆兩種材料的金屬A和B組成的一個回路時，若兩金屬連接點的溫度一端高而另一端低，則在回路中會有電流產生。即由于溫度差而產生的電位差?；芈冯娏?/p>

其中R

稱為回路電阻。這一現象稱為溫差熱電效應（塞貝克熱電效應SeebeckEffect）。原理xt由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當兩種不同的金屬導體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生電子擴散。電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關并和接觸區(qū)的溫度成正比。

設導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且有NA＞NB，電子擴散的結果使導體A失去電子而帶正電，導體B則因獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散，達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢。③輻射熱電偶：測量輻射能的熱電偶稱為輻射熱電偶。它與測溫熱電偶的原理相同，結構不同。

的大小與A、B材料有關，通常由鉍和銻所構成的一對金屬有最大的溫度電位差，約為，用接觸的方式來測量溫度的測溫熱電偶，常用鉑、鐒等合金組成，它具有較寬的測量范圍，一般為，測量準確度高達輻射熱電偶的熱端接收入射輻射，因此在熱端裝有一塊涂黑的金箔，當入射輻射通量被金箔吸收后，金箔的溫度升高，形成熱端，產生溫差電勢，在回路中將有電流流過,電流的數值就間接反映了光照能量大小。由于入射輻射引起的溫升很小，因此對熱電偶材料要求很高，結構也非常嚴格和復雜，成本昂貴。④半導體材料輻射熱電偶：用涂黑的金箔將N型和P型半導體材料連在一起構成熱結，另一端（冷端）將產生溫差電勢，P型半導體的冷端帶正電，N型半導體的冷端帶負電。開路電壓

與入射輻射使金箔產生的溫升的關系：M12稱為塞貝克常數（溫差電勢率)溫升導致載流子動能增加，使多數載流子由熱端向冷端擴散，結果是P型半導體材料的熱端帶負電、冷端帶正電，N型半導體材料的情況則正好相反熱電偶的被測物理量是溫差或溫度梯度，而不是溫度本身A、輻射熱電偶在恒定輻射作用下，用負載電阻將其構成回路，將有電流流過，并產生電壓降，則有：為總熱導（）為熱電偶的內阻為金箔的吸收系數B、若入射輻射為交流輻射信號分別為熱容、時間常數、熱阻、熱導

與材料及周圍環(huán)境有關，為使熱電導穩(wěn)定，將其封裝在真空管中，稱為真空熱電偶。2、熱電偶的基本特性參數①靈敏度（響應率）A、在直流輻射作用下，熱電偶的靈敏度B、在交流輻射作用下，熱電偶的靈敏度提高靈敏度的措施：對交流靈敏度②響應時間熱電偶的響應時間約為幾毫秒到幾十毫秒左右，在BeO襯底上制造Bi-Ag結結構的熱電偶有望得到更快的時間響應，可達到或超過10-7s。③最小可探測功率熱電偶的最小可探測功率NEP取決于探測器的噪聲，它主要由熱噪聲和溫度起伏噪聲，電流噪聲幾乎被忽略。半導體熱電偶的最小可探測功率NEP一般為10-11W左右。要提高熱電偶的電壓靈敏度Sc，可以有多種方法，如選用塞貝克系數M值較大的熱敏材料、將光敏面涂黑（以增大對光輻射的吸收率α）、減小內阻Rci等。另外，還可減小調制頻率ω，特別是在低頻調制時（ωτcT<<1），可通過減小等效熱導Gc?值來達到提高Sc的目的。例如，在實際中常常將熱電偶封裝在真空管中，就可使熱導值減小并保持穩(wěn)定，因此熱電偶也常稱為真空熱電偶。對于高頻調制情況，ωτcT>>1，此時Sc∝1/ω，靈敏度將隨調制頻率的提高而減小，所以熱電偶適用于低頻情況。熱電堆探測器1、熱電堆為了減小熱電偶的響應時間，提高靈敏度，常把輻射接收面分為若干塊，每塊都接一個熱電偶，并把它們串聯起來構成如下的熱電堆。在鍍金的銅基上蒸鍍一層絕緣層，在上面蒸發(fā)制造工作結和參考結，參考結與銅基之間要保證電氣絕緣和熱結觸，而工作結與銅基之間是電氣和熱都要絕緣的，熱電材料敷在絕緣層上，把這些熱電偶串接或并接構成熱電堆。熱電堆的主要特點熱電堆的內阻是所有串聯熱電偶的內阻之和,熱電堆的內阻

較大，可達幾十千歐姆，易于與放大器的阻抗匹配熱電堆的電壓靈敏度熱電堆的內阻在相同的溫差時，熱電堆的開路輸出電壓Upo是所有串聯熱電偶的溫差電動勢之和熱電偶的數目越多，熱電堆的溫差電動勢就越大。熱電堆能檢測到的最小溫差就是單個熱電偶的1/n。因此，熱電堆對溫度的分辨能力大大增強?！?-3

測輻射熱計1、熱敏電阻的原理、材料、結構一、熱敏電阻①定義：凡吸收入射輻射后引起溫升而使電阻值改變，導致負載兩端電壓的變化，并給出電信號的器件，叫做熱敏電阻。②原理：半導體材料對光的吸收有本征吸收、雜質吸收、晶格吸收、自由電子吸收等，并且不同程度地轉變?yōu)闊崮埽鹁Ц裾駝拥募觿?，器件溫度的上升，即器件的電阻值發(fā)生變化。③材料：金屬材料與半導體材料熱敏電阻金屬材料組成的熱敏電阻具有正溫度系數，而由半導體材料組成的熱敏電阻具有負溫度特性。白金的電阻溫度系數大約為±0.37%左右；半導體材料熱敏電阻的溫度系數大約為-3%~-6%，所以熱敏電阻探測器常用半導體材料。④熱敏電阻的特點A、熱敏電阻的溫度系數大，靈敏度高，熱敏電阻的溫度系數常比一般金屬電阻大10～

100倍。B、結構簡單，體積小，可以測量近似幾何點的溫度。C、熱慣性小，適宜做動態(tài)測量。D、阻值與溫度的變化關系呈非線性。E、不足之處是穩(wěn)定性較差。2、熱敏電阻探測器的參數①電阻—溫度特性指熱敏電阻的實際阻值與電阻體溫度之間的關系A、表達式正溫度系數的熱敏電阻：負溫度系數的熱敏電阻：

為材料常數。

分別為背景環(huán)境下的阻值，是與電阻的幾何尺寸和材料物理特性有關的常數。例：標稱阻值是指環(huán)境溫度為25℃時的實際阻值，若偏離，而不好測量，則：對于正溫度系數的熱敏電阻：對于負溫度系數的熱敏電阻：B、電阻溫度系數表示溫度每變化1℃時，熱敏電阻的實際阻值的相對變化。對于正溫度系數的熱敏電阻：對于負溫度系數的熱敏電阻：（6-23）由式（6-23）可知：對于金屬材料測輻射熱計，電阻RT

與溫度T成線性關系，耐高溫能力也較強，因此適用于溫度的模擬測量。測輻射熱計的型號常用PTC（PositiveTemperatureCoefficient）表示。由半導體材料制成的測輻射熱計（常常也稱為熱敏電阻，Thermistor），電阻RT與溫度T的關系是非線性的，且電阻RT

隨溫度T的升高而減小，另外其耐高溫能力也較差，