電氣檢測技術(shù)

電氣檢測技術(shù)第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二主要性能特點熱電偶能滿足溫度測量的各種要求，結(jié)構(gòu)簡單，測溫精度高，測溫范圍寬(-269--2800℃)，響應(yīng)時間較快，穩(wěn)定性較好，在測溫領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電氣檢測技術(shù)2第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二一、熱電偶的測溫原理熱電效應(yīng)：兩不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的閉合回路，兩接點分別置于溫度各為t及t0(t>t0)的熱源中，回路中產(chǎn)生熱電動勢。

A、B為熱電極，t為工作端或熱端，t0為自由端或冷端。熱電勢大小由組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成，熱電動勢的大小與這兩種導(dǎo)體的材料及節(jié)點溫度值有關(guān)。電氣檢測技術(shù)3第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、接觸電動勢

A、B接觸時，由于材料不同，(A自由電子密度，B為，且)，A擴散到B中電子較多，A失電子帶正電，B帶負電接觸處產(chǎn)生接觸電場，該電場阻礙電子擴散，達到電子漂移動態(tài)平衡，接觸電勢大小取決于導(dǎo)體性質(zhì)及接觸點的溫度值，與金屬尺寸無關(guān)。該接觸電勢為：

k–波爾茲曼常數(shù)

t–溫度值e-電子電荷量電氣檢測技術(shù)4第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、溫差電動勢

由于導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的一種電動勢。高溫端電子的能量大，向低溫端漂移，在高溫端由于失電子而帶正電，低溫端帶負電，在同一導(dǎo)體的兩端形成溫差電動勢，溫差電動勢用如下的形式表示：及分別為導(dǎo)體A及B在兩端溫度為t及t0時的溫差電動勢。

電氣檢測技術(shù)5第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3、熱電偶回路的熱電動勢設(shè)工作端溫度為t，冷端溫度t0，取方向為參考正方向，則回路的總電動勢為：

電氣檢測技術(shù)6第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二說明金屬中，自由電子的數(shù)目極多，溫度不能顯著的改變它的自由電子的濃度，所以同一金屬中，溫差電動勢極小，可忽略，因此熱電偶回路中起決定作用的是兩個接點處產(chǎn)生的與材料及該處溫度都有關(guān)的接觸電動勢，上式可以寫成：實際工程應(yīng)用中，一般就采用上式來表示回路的熱電動勢，該電勢比較精確。

電氣檢測技術(shù)7第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二實際使用標(biāo)定熱電偶時，使t0為常數(shù)，此時，熱電偶的電勢可寫為：熱電偶回路一個端點保持溫度不變，回路的總電動勢只隨另一個端點的溫度變化而變化，兩個端點的溫差越大，回路的總熱電勢也越大。電氣檢測技術(shù)8第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二說明不同類型的熱電偶，溫度與輸出電勢間的函數(shù)關(guān)系不同。通常令t0=0℃，在不同的溫差(t-t0)情況下，精確測出回路總熱電勢，繪制成表格或曲線，獲得熱電偶的分度表。電氣檢測技術(shù)9第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二二、熱電偶的基本定律

1、回路熱電勢大小只與組成熱電偶的金屬材料及接點處溫度有關(guān)，與熱電偶形狀、大小無關(guān)。

2、熱電偶必須采用兩種不同的材料，可驗證金屬材料是否勻質(zhì)。

3、接點處溫度相同，熱電偶回路總電勢為零。

4、熱電勢與A、B的中間溫度無關(guān)，只與接點處的溫度有關(guān)。電氣檢測技術(shù)10第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二5、中間導(dǎo)體定律：熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要接入的第三種材料的導(dǎo)線兩端的溫度相等，該導(dǎo)線的引入不會影響回路的熱電勢。據(jù)此，可將第三種導(dǎo)線換成測試儀表或連接導(dǎo)線，只要保持兩接點處溫度相等，就可以對熱電勢進行測量而不影響的結(jié)果。電氣檢測技術(shù)11第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二證明：回路總電動勢為：

電氣檢測技術(shù)12第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二證明：電氣檢測技術(shù)13第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

6、當(dāng)接點處溫度為t，t0，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電勢總和。即：

電氣檢測技術(shù)14第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二三、熱電偶冷端溫度補償為使熱電勢與被測溫度成單值函數(shù)關(guān)系，需把熱電偶冷端的溫度按保持恒定，并消除冷端0℃所產(chǎn)生的誤差。由于熱電偶分度表是以冷端溫度0℃為標(biāo)準的，故實際使用時應(yīng)注意這一點。

電氣檢測技術(shù)15第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、補償導(dǎo)線法

補償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(0-100℃)，熱電性能與其所連接的熱電偶的熱電性能相同的一種廉價的導(dǎo)線。電氣檢測技術(shù)16第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二補償導(dǎo)線的作用

1)用廉價的補償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長線，節(jié)約貴金屬；

2)將冷端遷移至離被測對象(熱源)較遠且環(huán)境溫度較恒定的地方，便于冷端溫度的修正和減小測量誤差；

3)用較粗的補償導(dǎo)線作為熱電偶的延長線，減小熱電偶回路的內(nèi)阻，以利顯示儀表的正常工作。電氣檢測技術(shù)17第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二使用補償導(dǎo)線時注意點

1)各種補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用；使用時必須同極性相連；

2)熱電偶與補償導(dǎo)線連接處的溫度不應(yīng)超過100℃,否則會由于熱電特性不同帶來新的誤差；

3)延長后的冷端的溫度值恒定或。

在熱電偶的補償導(dǎo)線使用中，必須要同極性連接，當(dāng)極性接反時，將會帶來很大的誤差。電氣檢測技術(shù)18第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二例：已知熱電偶的靈敏度為：0.0411mV/℃，A’B’分別為AB的同極補償導(dǎo)線。極性接錯時，相對誤差為多大?電氣檢測技術(shù)19第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二解：如果不接錯極性，回路的電勢為：當(dāng)接錯補償導(dǎo)線時，導(dǎo)線A’與B及A與B’分別組成熱電偶，接觸點溫度為T1，此時回路電勢為：

電氣檢測技術(shù)20第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二極性接錯引入的相對誤差為：熱電偶和補償導(dǎo)線需配套使用，兩者不匹配時，會帶來很大誤差，這是使用熱電偶補償導(dǎo)線時需要注意的。電氣檢測技術(shù)21第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、冷端溫度的修正方法分度表在冷端溫度0℃時獲得，冷端溫度不為0℃時，對儀表示值修正，獲正確讀數(shù)。修正公式為：

EAB(t,t0)是測量獲得的熱電動勢，冷端誤差△為誤差△不為零，但為定值，是可以找出變化規(guī)律的系統(tǒng)誤差，只要在回路中加入相應(yīng)的修正電壓，或加入適當(dāng)?shù)牡男拚娐?，該誤差完全可被消除。

電氣檢測技術(shù)22第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二四、常用熱電偶及其特性

1、鉑銠—鉑熱電偶(S)

鉑銠—鉑熱電偶屬于貴金屬熱電偶，該熱電偶的正極為鉑銠合金，該熱電偶能測量較高的溫度，能長時間在0-1300℃的環(huán)境中進行測量，短時間可測到1600℃，可用于高溫及精密測量。缺點：在還原性氣體中易受損壞，材料為貴金屬，成本較高。電氣檢測技術(shù)23第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、鎳鉻—鎳鋁(鎳鉻—鎳硅)

非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種，應(yīng)用最廣。正極為鎳鉻。高溫下抗氧化的能力很強，可長期工作在1000℃環(huán)境中，短時間內(nèi)可工作在1300℃的環(huán)境中。線性度好，接近直線，熱電動勢大（相同溫差下，熱電勢為鉑銠—鉑熱電偶的4-5倍），價格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的熱電偶。

電氣檢測技術(shù)24第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二鎳鋁電極在長期高溫使用時較易氧化，用鎳硅來取代鎳鋁，鎳硅電極的抗氧化性及熱電性能要優(yōu)于鎳鋁。我國采用鎳鉻—鎳硅作為標(biāo)準熱電偶，用來檢定工業(yè)用鎳鉻—鎳鋁熱電偶。這種熱電偶易受還原性氣體的影響，在不加保護的情況，只能用于低于500℃的工作環(huán)境中。電氣檢測技術(shù)25第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二五、熱電偶常用測量電路

1、基本測量電路

2、溫差測量電路

3、平均溫度測量電路

4、溫度求和電路

電氣檢測技術(shù)26第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、基本測量電路

C、D為補償導(dǎo)線，冷端溫度T0，E為銅導(dǎo)線?；芈房偀犭妱軪AB(T,T0)，流過毫伏表的電流為：式中：RZ為熱電偶內(nèi)阻，RC為導(dǎo)線(包括銅線，補償導(dǎo)線)內(nèi)組，RM為儀表的內(nèi)阻(包括負載電阻)

電氣檢測技術(shù)27第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二六熱電偶實際測溫電路使用熱電偶測量溫度時，選擇或設(shè)計相應(yīng)的測量電路必須要考慮三件事：

1、采用什么樣的放大電路？

2、非線性誤差如何校正?3、冷端如何處理?

電氣檢測技術(shù)28第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、熱電偶放大電路設(shè)測量的溫度范圍為：0-600℃

輸出量程電壓為：0-6V

查表得，K型熱電偶輸出電壓--溫度對應(yīng)如下：溫度：溫差電勢(mV)：

001004.0952008.13730012.20760024.902

可以看出，在量程內(nèi)，輸出是非線性的。

電氣檢測技術(shù)29第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二設(shè)計放大電路如下：電氣檢測技術(shù)30第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二電路說明：

1)電阻R1和電容C構(gòu)成一階無源低通濾波器對輸入信號濾波，A1是同相輸入的比例放大器，采用高精度、低溫漂的OP07運算放大器；

2)為獲得量程輸出，放大電路的增益為：選?。篟2=510歐、R3=120千歐、W1=3千歐即可。電氣檢測技術(shù)31第31頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

3)濾波電容若有較大的漏電流，將產(chǎn)生很大的偏