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热电偶应用及测温原理

发布时间:2016/10/26 14:24:46 | 点击:

        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>T0(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,T0)=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40~50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φ0.5mm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(0~1600℃),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。     

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