测试技术-83-热电偶课件.ppt

1、 8.3 热电偶 8.3 热电偶1 1、热电效应热电效应 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。BAABNNekTTEln)(ABTT0k玻耳兹曼常数，e电子电荷量，T接触处的温度NA，NB分别为导体A和B的自由电子密度。BAABNNekTTEln)(001)1)接触电势接触电势 8.3 热电偶2)2)温差电势温差电势TTAAdTTTE0)(0、A温度系数，与导体材料和温度有关。8.3 热电偶综上所述，由导体A、B组成的闭合回路，当两个接点温度TT0时，回路的总热电势为两个接点的接触电势和两个导体温差电势的代数

2、和，即 dTnnTTeKTTETTETETETTETTBABABAABABAB0)(ln)()()()()()(00000、8.3 热电偶(3)(3)回路总电动势回路总电动势 结论：(1)热电偶必须由两种不同的材料构成。(2)要产生热电势不但要求两个电极材料不同，而且两个接 点必须有温度差。(3)热电极材料相同的热电偶可以互换。dTnnTTeKTTETTETETETTETTBABABAABABAB0)(ln)()()()()()(00000、8.3 热电偶 实践证明，金属中的自由电子很多，温度变化对电子密度的影响很小，所以在同一导体内的温差电势极小，可以忽略不计因此上式可写为 dTnnTTeK

3、TTETTETETETTETTBABABAABABAB0)(ln)()()()()()(00000、BAABnnTTeKTTEln)()(00、n 所以A、B材料选定后，热电势EAB(T、T0)是温度T和T0的函数差，即)()()(00TfTfTTEAB、8.3 热电偶3、热电偶的基本定律（一）（一）均质导体定律均质导体定律由一种性质均匀的导体组成的闭合电路，当有温差时不产生热电势。TT0 8.3 热电偶 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V 8.3 热电偶)()()(00TTETTETTEnABnABAB、8.3 热

4、电偶由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。4)4)标准电极定律标准电极定律 两种导体A,B分别与参考电极C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：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0 8.3 热电偶 8.3 热电偶 普通工业用装配式热电偶作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中01800范围的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。热电偶通常由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几个

5、主要部件组成，其常见外形结构如图所示。实验室使用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。1普通工业用装配式热电偶8.3.2 8.3.2 常用热电偶的结构常用热电偶的结构 8.3 热电偶 它是由热电偶丝、高绝缘材料氧化镁、不锈钢保护套管，经多次一体拉制而成的。铠装热电偶主要有接壳式和绝缘式两种形式，如图8-26所示。图8-26(a)为接壳式，这种形式的热电偶其测量端与金属套管接触并焊接在一起，适用于测量温度高、压力高、腐蚀性较强的介质。图8-26(b)为绝缘式，这种形式的热电偶其测量端焊接后填以绝缘材料再与金属套管焊接，适用范围与接壳式相同，特点是偶丝与保护金属套管不接触，具有电气绝缘性能。2.铠装

6、热电偶的结构 8.3 热电偶 快速反应薄膜热电偶是用真空蒸镀、溅射等方法使两种热电极材料沉积到绝缘基板上而形成的薄膜热电偶，如图所示。其热接点极薄（0.010.1），因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时，用黏结剂将它黏结在被测物体壁面上。目前我国试制的该类型热电偶有铁-镍、铁-铜镍和铜-铜镍三种，尺寸为，绝缘基板为云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等，测温范围在300以下，反应时间仅为几毫秒。3快速反应薄膜热电偶 8.3 热电偶 这是一种专为测量钢水及熔融金属温度而设计的特殊热电偶，使用一次就焚化。其热电极由直径为0.050.1mm的铂铑10-铂锗30(或钨铼6-钨铼20)等材料制成，且装

7、在外径为1mm的U形石英管内，构成测温的敏感元件。其外部用绝缘良好的纸管、保护管及高温绝热水泥加以保护和固定。当其插入钢水后，保护帽瞬间熔化，热电偶工作端即刻暴露于钢水中。由于石英管和热电偶的热容量都很小，因此能很快反映出钢水的温度，反应时间一般为46s。在测出温度后，热电偶和石英保护管都被烧坏，因此它只能一次性使用。它的优点是热惯性小，测量精度可达 。4快速消耗微型热电偶57 热电偶常以热电极材料种类来命名，例如铂铑一铂热电偶。根据热电偶的工作原理，虽然任意两种导体都可以组成热电偶，但在实用中为了工作可靠和具有足够的灵敏度及精度，并不是所有导体都适合作热电偶的。对热电极材料的要求是：(1)在

8、测温范围内热电特性稳定，不随时间变化。(2)组成的热电偶热电势要大，热电势与温度之间为线性或近似为线性关系。(3)电阻温度系数小，导电率高。(4)制造方便，易于复制，有良好的互换性。8.3 热电偶 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表的热电偶，有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某典特殊场合的测量。目前工业上常用的有四种标准化热电偶，即铂铑30-铂铑6、铂铑10-铂、镍铬-镍硅和镍铬-铜镍(我国通常称作镍铬-铜镍)热电偶

9、，现将我国标准热电偶的技术数据列于表8-4，非标准型热电偶的主要性能和特点见表8-5供参考。8.3 热电偶 8.3 热电偶1、冷端恒温法 恒温法就是把热电偶的冷端置于某种温度不变的装置中。将冷端放在冰和水混合的容器中，保持冷端为0不变。这种方法精度高，但在工程中应用很不方便，一般用于实验室。8.3.5 热电偶的冷端温度补偿 2、计算修正法 在使用中，若设法使冷端温度保持不变，然后采用冷端温度修正的方法，可得到冷端为0时的热电势。修正方法如图所示。8.3 热电偶0110(,)(,)(,)ABABABET TET TET T3 3、补偿导线法、补偿导线法 补偿导线在规定温度范围内的热电性能应和相配

10、的热电偶的热电性能一致或相近，即)()(00ttEttEnBAnAB、8.3 热电偶 工业上制成了专用的补偿导线，并以不同的颜色加以区别。常用热电偶的补偿导线见表8-6使用时必须注意：(1)不同的补偿导线只能与相应型号的热电偶配用。(2)正负极性不能接错，否则反会增大误差。(3)热电偶与补偿导线两个连接点的温度必须相等，且不得超过规定的温度范围，一般为0100 。8.3 热电偶4 4、补偿电桥法、补偿电桥法 在热电偶测量回路中串接一个不平衡直流电桥。利用不平衡电桥产生的电势自动补偿热电偶冷端温度波动所产生的热电势变化量，这个直流电桥称为冷端补偿器。8.3 热电偶注意以下几点：(1)不同型号的补偿器只能与相应的热电偶配用。(2)只能在规定的温度范围内使用，一般为040。(3)注意正负极性不能接反。8.3 热电偶