热电偶测温原理及其应用.doc

热电偶测温原理及其应用 重点1、掌握热电偶测温原理2、了解热电偶测量电路及其补偿方法3、了解热电偶应用一、 热电偶简介 热电温度记录仪常以热电偶作为测温元件. 它广泛用来测量 -200 1300 范围内的温度，特殊情况下，可 测至 2800 的高温或 4K 的低温。它具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、 以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。在接触式测温法中，热电温度计的应用最普遍。 二、 热电偶测温原理 1.定义: 由两种导体组合而成,将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。2. 测温原理 : 热电偶的测温原理基于热电效应。 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 1  和 2 的温 度不同时，如果 T T 0 （如上图 12-1热电效应）， 在回路中就会产生热电动势， 在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为 热电效应 。热电动势记为 EAB ，导体 A 、 B 称为热电极。接点 1 通常是焊接在一起的， 测量时将它置于测温场所感受被测温度，故称为测量端（或工作端，热 端）。接点 2 要求温度恒定，称为参考端（或冷端）。 3.热电效应导体 A 和 B 组成的热电偶闭合电路在两个接点处分别由eAB (T) 与 eAB (T0 )两个接触电势 ，又因为 T T0 ，在导体 A 和 B 中还各有一 个温差电势。所以闭合回 路总热电动势 EAB (T,T0 ) 应为接触电动势和温差电势的代数和，即： 4.闭合回路总热电动势对于已选定的热电偶，当参考温度恒定时，总热电动势就变成测量端温度 T 的单值函数，即 EAB ( , T 0 )= f ( T ) 。这就是热电偶测量温度的基本原理。 在实际测温时，必须在热电偶闭合回路中引入连接导线和仪表。 三、 有关热电偶测温的基本原则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积，长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 如果热电偶的两根热电极由两种均质导体组成，那么，热电偶的热电动势仅与两接点的温度有关，与热电偶的温度分布无关； 如果热电极为非均质电极，并处于具有温度梯度的温场时，将产生附加电势，如果仅从热电偶的热电动势大小来判断温度的高低就会引起误差。 1、均质导体定则 :2、中间导体定则: 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要两端的温度相等，该导体接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。根据这一定则，可以将热电偶的一个接点断开接入 第三种导体 ，也可以将热电偶的一种导体断开接入第三种导体，只要每一种导体的两端温度相同，均不影响回路的总热电动势。 在实际测温电路中，必须有连接导线和显示仪器，若把连接导线和显示仪器看成第三种导体 ，只要他们的两端温度相同，则不影响总热电动势 。 3、参考电极定则 : 两种导体 A, B 分别与参考电极 C( 或称标准电极 ) 组成热电偶，如果他们所产生的热电 动势为已知， A 和 B 两极配对后的热电动势可用下式求得 由此可见，只要知道两种导体分别与参考电极组成热电偶时的热电动势，就可以依据参考电极定则计算出两导体组成热电偶时的热电动势。从而简化了热电偶的选配工作。 由于铂的物理化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以人们多采用高纯铂作为参考电极。 四、 常用热电偶 适于制作热电偶的材料有300多种，其中广泛应用的有4050种。 国际电工委员会向世界各国推荐 8 种热电偶作为标准化热电偶. 我国标准化热电偶也有 8 种 。分别是：铂铑 10- 铂 ( 分度号为 S) 、 铂铑 13- 铂 (R) 、铂铑 30- 铂铑 6(B) 、镍铬 - 镍硅 (K) 、镍铬-康铜 (E)、铁-康铜(J)、铜-康铜(T)和镍铬硅-镍硅(N)。下面简要介绍其中几种 五、几种常用的热电偶1、铂铑 10- 铂热电偶 1. 组成 : 由0.5mm 的纯铂丝和直径相同的铂铑丝制成，分度号为 S 。铂铑丝为正 极 , 纯铂丝为负极。 2. 特点 :热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用 。 长期适用 的温度为 1400 ，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶 粒增大。短期使用温度为 1600 。在所有的热电偶中，它的准确度等级最 高 ,通常用作标准或测量高温的热电偶，其使用温度范围广（ 01600 ）， 均质性及互换性好。 其缺点是价格昂贵 , 热电势较小，需配灵敏度高的显示仪表 。 2、 镍铬 - 镍硅 ( 镍铝 ) 热电偶 1.组成 : 镍铬为正极，镍硅为负极，分度号为K。 2.特点 ： 使用温度范围宽（501300），高温下性能较稳定， 热电动势和温度的关系近似线性，价格便宜，因此是 目前用量最大的一种热电偶。它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期使用温 度为1200，长期使用温度为1000 3、镍铬 康铜热电偶 1. 组成 : 镍铬为正极，康铜为负极，分度号为 E 2. 特点 :它的最大特点是在常用热电偶中 热电动势最大 ，即灵 敏度最高， 适宜在250870范围内的氧化性或惰性 气氛中使用 ,尤其适宜在0以下使用。在湿度大的情 况下,较其他热电偶耐腐蚀。 4、铜 - 康铜热电偶 1. 组成 :纯铜为正极，康铜为负极，分度号为 T 。2. 特点： 在金属热电偶中准确度最高，热电丝均匀性好，使用温度范围 为 -200 350 。 此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系列及非金属热电偶等等 。