熱電偶基本原理測溫與其應(yīng)用定則

1、熱電偶基本原理測溫與其應(yīng)用定則1.3.2 工業(yè)常用接觸式測溫儀表 一、熱電偶（一、熱電偶（Thermocouple） 熱電偶傳感器在工業(yè)中使用極為廣泛。其主要優(yōu)點是測溫精度高；熱電偶傳感器在工業(yè)中使用極為廣泛。其主要優(yōu)點是測溫精度高；熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時間較快；測溫范圍寬。熱電偶常用測溫上限可達較好，響應(yīng)時間較快；測溫范圍寬。熱電偶常用測溫上限可達16001600，低溫可達低溫可達-200-200。1 1、熱電偶溫度計的工作原理、熱電偶溫度計的工作原理 熱電偶測溫的基本原理是熱電

2、效應(yīng)。兩根不同材料的金屬導(dǎo)體兩端熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。兩根不同材料的金屬導(dǎo)體兩端連接在一起，當(dāng)連接在一起，當(dāng)1點與點與2點的溫度不同時（點的溫度不同時（TT0），則回路中就會產(chǎn)生熱），則回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象稱為電勢，這種物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。熱電偶原理圖熱電偶原理圖接觸電勢原理圖接觸電勢原理圖 在實際應(yīng)用中，溫度為在實際應(yīng)用中，溫度為T T的一側(cè)是被測溫度側(cè)，又稱電偶工作端或熱的一側(cè)是被測溫度側(cè)，又稱電偶工作端或熱端；端；T T0 0的一側(cè)是參考溫度側(cè)，又稱電偶參考端或冷端。的一側(cè)是參考溫度側(cè)，又稱電偶參考端或冷端。 根據(jù)以上所述，可以得出下面幾點結(jié)論：根據(jù)以上

3、所述，可以得出下面幾點結(jié)論： 1 1）凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體材料均可制成熱電偶。凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體材料均可制成熱電偶。 2 2）熱點偶所產(chǎn)生的熱電勢在熱電極材料一定的條件下，僅決定于熱點偶所產(chǎn)生的熱電勢在熱電極材料一定的條件下，僅決定于測量端和參考端的溫度，而與電極形狀無關(guān)。測量端和參考端的溫度，而與電極形狀無關(guān)。 3 3）熱點偶參考端溫度必須保持恒定，最好保持為熱點偶參考端溫度必須保持恒定，最好保持為0。 其它溫度計相比，熱電偶溫度計具有如下特點：其它溫度計相比，熱電偶溫度計具有如下特點： 1） 熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進行檢測熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進行檢測,因此對于溫度的測量、控

4、制因此對于溫度的測量、控制,以以及對溫度信號的放大、變換等都很方便及對溫度信號的放大、變換等都很方便; 2） 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,制造容易制造容易,價格便宜價格便宜; 3） 惰性較小惰性較小,測溫準(zhǔn)確可靠測溫準(zhǔn)確可靠,測溫范圍廣測溫范圍廣; 4） 大多數(shù)熱電偶性能都相當(dāng)穩(wěn)定大多數(shù)熱電偶性能都相當(dāng)穩(wěn)定,并有較好的互換性。并有較好的互換性。 5） 必須有參考端必須有參考端,并且溫度要保持恒定并且溫度要保持恒定;2、熱電偶的應(yīng)用定則 1 1）均質(zhì)導(dǎo)體定則）均質(zhì)導(dǎo)體定則 由同一種勻質(zhì)導(dǎo)體(電子密度處處相同)組成的閉合回路中,不論導(dǎo)體的截面、長度以及各處的溫度分布如何,均不產(chǎn)生熱電勢。 這條定則說明：兩種

5、材料相同的熱電極不能構(gòu)成熱電偶。2 2）中間導(dǎo)體定則）中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體,只要與第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同,接入第三種導(dǎo)體后,對熱電偶回路中的總電勢沒有影響。 3 3）中間溫度定則）中間溫度定則 它是指熱電偶在兩接點溫度為T、T0時的熱電勢等于該熱電偶在兩接點溫度分別為T、Tn 和Tn、T0時相應(yīng)熱電勢的代數(shù)和。 ),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB3、熱電偶結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 1-出線孔密封圈；2-出線孔螺母；3-鏈環(huán)；4-蓋；5-蓋的密封圈；6-接鏈座；7-接線盒；8-保護套管；9-熱電極絕緣子；10-熱電偶測量端 工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)圖工業(yè)熱電偶

6、結(jié)構(gòu)圖K,S4、冷端溫度處理 在熱電偶的分度表中或分度檢定時在熱電偶的分度表中或分度檢定時, ,冷端溫度都保持在冷端溫度都保持在0 0; ;在使用時在使用時, ,往往由往往由于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原因于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原因, ,冷端溫度不能維持在冷端溫度不能維持在0 0( (T To o0),0),使熱電偶輸出的電使熱電偶輸出的電勢值產(chǎn)生誤差勢值產(chǎn)生誤差, ,因此需要對熱電偶冷端溫度進行處理。因此需要對熱電偶冷端溫度進行處理。1）補償導(dǎo)線法）補償導(dǎo)線法 一種類型的補償導(dǎo)線只能同相應(yīng)的熱電偶配套使用，而且有正負極，極性一種類型的補償導(dǎo)線只能同相應(yīng)的熱電偶配套使用，而且有正負極，極性不可以接反。不可以

7、接反。2）計算修正法）計算修正法 當(dāng)用補償導(dǎo)線把熱電偶冷端延長到某一溫度當(dāng)用補償導(dǎo)線把熱電偶冷端延長到某一溫度T T0 0 處以后，由于處以后，由于T To o通常是環(huán)境通常是環(huán)境溫度且有溫度且有 T To o0 0，因此還需要對冷端溫度進行修正。，因此還需要對冷端溫度進行修正。 假設(shè)被測溫度為假設(shè)被測溫度為T，熱電偶冷端溫度為，熱電偶冷端溫度為T0，所測得的電勢值為，所測得的電勢值為EAB（T,T0）。根據(jù)中間溫度定則有：根據(jù)中間溫度定則有： 利用熱電偶分度表先查出利用熱電偶分度表先查出E EABAB（T T0 0，0 0）的數(shù)值，就可以計算出真實電勢的數(shù)值，就可以計算出真實電勢E EABA

8、B（T,0T,0）的數(shù)值，按照該值再查詢分度表，即可得出被測溫度的數(shù)值，按照該值再查詢分度表，即可得出被測溫度T T。 )0 ,(),()0 ,(0OABABABTETTETE例 用用K K型熱電偶在冷端溫度為型熱電偶在冷端溫度為2525時，測得熱電勢為時，測得熱電勢為34.36mV34.36mV，求熱電偶，求熱電偶熱端的實際溫度。熱端的實際溫度。解：查解：查K K型熱電偶分度表知型熱電偶分度表知E EABAB（2525，0 0）=1.00 mV=1.00 mV，測得，測得E EABAB（T,25T,25）=34.36mV=34.36mV，則，則再查詢分度表知，再查詢分度表知，35.36mV所

9、對應(yīng)的實際溫度為所對應(yīng)的實際溫度為851。（溫度區(qū)間內(nèi)查。（溫度區(qū)間內(nèi)查表按線性插值公式計算）表按線性插值公式計算）mVETETEABABAB36.3500. 136.34)0 ,25()25,()0 ,(3）電路補償法）電路補償法熱電偶原理圖 )(ln)(TfNNekTTEBTATAB)()()()(),(000TfTfTETETTEABABAB接觸電勢：回路電勢差：接觸電勢原理圖 NANB電子擴散方向TCBAT0熱電偶接入第三種導(dǎo)體)()()(),(000TETETETTECABCABABC000000000000()()lnlnln()BTCTBTBCCAABCTATATkTNkTNkT

10、NETETETeNeNeN ),()()(),(000TTETETETTEABABABABC因為所以習(xí)題1、室溫室溫20，采用，采用K K型熱電偶測量某物體溫度。與其相配的顯示儀表型熱電偶測量某物體溫度。與其相配的顯示儀表無冷端補償功能。測量電路如圖所示，當(dāng)儀表指示為無冷端補償功能。測量電路如圖所示，當(dāng)儀表指示為100100時，求被測時，求被測物體的溫度物體的溫度T T 。（已知：。（已知：E E（20,020,0）=0.798mV; E=0.798mV; E（80,080,0）=3.266mV; E=3.266mV; E（100,0100,0）=4.095mV; E=4.095mV; E（120,0120,0）=4.919mV=4.919mV）。）。119119顯示儀 表abTTo補 償導(dǎo) 線2、室溫室溫20，采用，采用K K型熱電偶測量某物體溫度。與其相配的顯示儀表型熱電偶測量某物體溫度。與其相配的顯示儀表具有冷端補償功能。測量電路如上圖所示，當(dāng)儀表指示為具有冷端補償功能。測量電路如上圖所示，當(dāng)儀表指示為100100時，此時，此時用萬用表測量熱電偶的實測熱電勢為多少？（已知