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熱電偶測溫原理及其應用重點:
1、掌握熱電偶測溫原理
2、了解熱電偶測量電路及其補償方法
3、了解熱電偶應用
一、熱電偶簡介
熱電溫度記錄儀常以熱電偶作為測溫元件.它廣泛用來測量-200℃~1300℃范圍內的溫度,特殊情況下,可測至2800℃的高溫或4K的低溫.它具有結構簡單,價格便宜,準確度高,測溫范圍廣等特點.由于熱電偶將溫度轉化成電量進行檢測,使溫度的測量、控制、以及對溫度信號的放大變換都很方便,適用于遠距離測量和自動控制。在接觸式測溫法中,熱電溫度計的應用很普遍。
二、熱電偶測溫原理:
1.定義:由兩種導體組合而成,將溫度轉化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。2.測溫原理:熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路,當兩個接點1和2的溫度不同時,如果T>T0(如上圖12-1熱電效應),在回路中就會產生熱電動勢,在回路中產生一定大小的電流,此種現象稱為熱電效應。熱電動勢記為EAB,導體A、B稱為熱電極。接點1通常是焊接在一起的,測量時將它置于測溫場所感受被測溫度,故稱為測量端(或工作端,熱端)。 接點2要求溫度恒定,稱為參考端(或冷端)。3.熱電效應:導體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處分別由eAB(T)與eAB(T0)兩個接觸電勢,又因為T>T0,在導體A和B中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB(T,T0)應為接觸電動勢和溫差電勢的代數和,即:4.閉合回路總熱電動勢對于已選定的熱電偶,當參考溫度恒定時,總熱電動勢就變成測量端溫度T的單值函數,即EAB(T,T0)=f(T)。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。在實際測溫時,必須在熱電偶閉合回路中引入連接導線和儀表。
三、有關熱電偶測溫的基本原則
由一種均質導體組成的閉合回路,不論導體的橫截面積,長度以及溫度分布如何均不產生熱電動勢。如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質導體組成,那么,熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關,與熱電偶的溫度分布無關;如果熱電極為非均質電極,并處于具有溫度梯度的溫場時,將產生附加電勢,如果僅從熱電偶的熱電動勢大小來判斷溫度的高低就會引起誤差。1、均質導體定則: 2、中間導體定則: 在熱電偶回路中接入第三種材料的導體,只要兩端的溫度相等,該導體接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據這一定則,可以將熱電偶的一個接點斷開接入第三種導體,也可以將熱電偶的一種導體斷開接入第三種導體,只要每一種導體的兩端溫度相同,均不影響回路的總熱電動勢。在實際測溫電路中,必須有連接導線和顯示儀器,若把連接導線和顯示儀器看成第三種導體,只要他們的兩端溫度相同,則不影響總熱電動勢。3、參考電極定則:兩種導體A,B分別與參考電極C(或稱標準電極)組成熱電偶,如果他們所產生的熱電動勢為已知,A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得由此可見,只要知道兩種導體分別與參考電極組成熱電偶時的熱電動勢,就可以依據參考電極定則計算出兩導體組成熱電偶時的熱電動勢。從而簡化了熱電偶的選配工作。由于鉑的物理化學性質穩定,熔點高,易提純,所以人們多采用高純鉑作為參考電極。
四、常用熱電偶
適于制作熱電偶的材料有300多種,其中廣泛應用的有40~50種。國際電工委員會向世界各國推薦8種熱電偶作為標準化熱電偶.我國標準化熱電偶也有8種。分別是:鉑銠10-鉑(分度號為S)、鉑銠13-鉑(R)、鉑銠30-鉑銠6(B)、鎳鉻-鎳硅(K)、鎳鉻-康銅(E)、鐵-康銅(J)、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N)。下面簡要介紹其中幾種
五、幾種常用的熱電偶
1、鉑銠10-鉑熱電偶 1.組成:由φ0.5mm的純鉑絲和直徑相同的鉑銠絲制成,分度號為S鉑銠絲為正極,純鉑絲為負極。2.特點:熱電性能好,抗氧化性強,宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用。長期適用的溫度為1400℃,超過此溫度時,即使在空氣中純鉑絲也將再結晶而使晶粒增大。短期使用溫度為1600℃。在所有的熱電偶中,它的準確度等級很高,通常用作標準或測量高溫的熱電偶,其使用溫度范圍廣(0~1600℃),均質性及互換性好。
其缺點是價格昂貴,熱電勢較小,需配靈敏度高的顯示儀表。
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