第三章熱電偶溫度計

第三章熱電偶溫度計前言

熱電偶溫度計由熱電偶、電測儀表和連接導線組成。它被廣泛用來測量100～1600℃范圍內(nèi)的溫度，用特殊材料制成的熱電偶還可以測量更高或更低的溫度。熱電偶測量溫度有較高的準確度。由于熱電偶能把溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于信號的遠傳和實現(xiàn)多點切換測量，因此，它在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領(lǐng)域中被廣泛用于測量溫度。第三章熱電偶溫度計第一節(jié)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律第二節(jié)標準化與非標準化熱電偶第三節(jié)熱電偶冷端溫度補償?shù)谒墓?jié)熱電偶校驗第一節(jié)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律一熱電現(xiàn)象及熱電偶溫度計1熱電現(xiàn)象：

將兩種不同的導體A、B構(gòu)成閉合回路，當兩個連接點溫度不同時，回路中有電流通過，即回路中有熱電勢存在，這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。

2熱電勢的組成：⑴溫差電勢

⑵接觸電勢3熱電偶的測溫原理

在熱電偶回路中，當A、B材料一定，冷端溫度t0一定時，電勢只與被測溫度t有關(guān)，所以通過測量熱電勢來測量t的大小。二熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導體定律

由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，無論導體的截面積以及各處的溫度分布如何都不能產(chǎn)生熱電勢。應用：

⑴組成熱電偶的熱電極材料須滿足各自均質(zhì)的材料⑵在使用過程中，由于發(fā)生腐蝕、污染等化學反應，使熱電極產(chǎn)生不均質(zhì)，從而使熱電偶精度下降，所以應定期對熱電偶進行校驗。2.中間導體定律

（1）

在熱電偶回路中加入第三種均質(zhì)材料，只要它的兩端溫度相同，對回路的熱電勢沒有影響。

（2）如果在兩種導體A、B對另一種參考導體C的熱電勢為已知，則這兩種導體組成熱電偶的熱電勢為：

應用：利用該定律，在熱電偶的使用過程中，需進行信號的傳輸，只要兩個連接點1，2的溫度相同，則可進行信號的等值傳輸，否則會產(chǎn)生附加誤差。.連接溫度（或中間溫度）定律接點溫度為和的熱電偶，它的熱電勢等于接點溫度分別為、和、的兩支相同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和：應用：

熱電偶分度表，只要引入適當?shù)男拚?，就可在另外的冷端溫度下使用。補償導線

在常溫下（0～100℃），與所連接的熱電偶的熱電極具有相同的熱電性質(zhì)的導線，稱其為相應熱電極材料的補償導線。

和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補償導線可以引入熱電偶的回路中，相當于把熱電偶延長而不影響熱電偶應有的熱電勢，這就為工業(yè)測溫中應用補償導線提供了理論依據(jù)。熱電偶及其對應的補償導線見表3-1第二節(jié)標準化與非標準化熱電偶一對熱電極材料的主要要求：1.理化性質(zhì)穩(wěn)定2.熱電勢和熱電勢差大，線性度好3.復制性好，互換性好4.價格便宜二標準化熱電偶1.鉑銠10—鉑熱電偶（S）特性：測量準確度高測溫范圍大：0～1600℃熱電勢小價格貴2.鎳鉻—鎳硅熱電偶（K）特性：熱電勢大線性度好測溫范圍大：0～1200℃價格低3.鎳鉻—康銅熱電偶（E）特性：測溫范圍：0～900℃熱電勢大價格低4.銅—康銅熱電偶（T）特性：0～400℃價格低廉三.熱電偶的構(gòu)造㈠結(jié)構(gòu)：

1、熱電極2、絕緣材料3、保護套管4、接線盒

㈡種類：1、普通熱電偶2、鎧裝熱電偶3、薄膜熱電偶第三節(jié)熱電偶冷端溫度補償問題

從熱電偶的測溫原理中知道，熱電偶熱電勢的大小不但與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)，只有在冷端溫度恒定的情況下，熱電勢才能正確反映熱端溫度高低。在實際應用時，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中，受高溫設備和環(huán)境溫度波動的影響較大，因此冷端溫度不可能是恒定值。為了消除冷端溫度變化對測量的影響，可采用下述幾種冷端溫度補償方法。一.計算法各種熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃的情況下得到的。如果測溫熱電偶的熱端為t℃，冷端不是0℃而是，這時不能用測得的熱電勢去查分度表的t，而應該根據(jù)式計算熱端為t℃，冷端為0℃時的熱電勢：

然后用從分度表中查得溫度t就是通過計算補償了冷端溫度不在0℃所產(chǎn)生的電勢變化后得到的熱端溫度。二.冰點槽法1.冰點槽內(nèi)保持冰水兩相共存，其溫度為0℃，將熱電偶冷端移動至冰點槽內(nèi)，冷端溫度為0℃。2.連接圖見圖3-16。3.由于使用起來比較麻煩，該辦法只用在實驗室，工業(yè)生產(chǎn)中一般不采用。

三.補償電橋法

補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。

1.當t0=20℃時,RCu=R1=R2=R3=1Ω,處于平衡狀態(tài)，此時橋路輸出Uab=0mv,UAB=Uab+EX(t,t0)=EX(t,20)

2.當t0﹤20℃時,RCu↓

，Ub↑,Uab

↓;EX(t,t0)↑UAB=Uab↓

+EX(t,t0)↑=EX(t,20)如果Uab減少量的等于EX(t,t0)的增加量，那么UAB的大小就不隨冷端溫度的減小而變化。3.當t0﹥20℃時RCu↑，Ub↓,Uab↑;EX(t,t0)↓UAB=Uab↑

+EX(t,t0)↓=EX(t,20)如果Uab的增加量等于EX(t,t0)的減少量，那么UAB的大小就不隨冷端溫度增加而變化。注意：1.不同的熱電偶對應相應的補償電橋。2.補償電橋接法有正負極，不能接反。四.多點冷端溫度補償法為了節(jié)省儀表，在同一設備或同一車間里，可利用多點切換開關(guān)把幾支甚至幾十支同一分度號的熱電偶接到一塊儀表上，這時只需要用一個公共的冷端補償器。五.晶體管PN結(jié)溫度補償法第四節(jié)熱電偶的校驗

由于熱電偶在使用過程中熱端發(fā)生氧化、腐蝕及高溫下的再結(jié)晶，依據(jù)均質(zhì)導體