热电偶测温原理及其应用

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。2、镍铬-镍硅(镍铝)热电偶1.组成:镍铬为正极，镍硅为负极，分度号为K。2.特点：使用温度范围宽（50~1300℃），高温下性能较稳定，热电动势和温度的关系近似线性，价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶。它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃3、镍铬—康铜热电偶1.组成:镍铬为正极，康铜为负极，分度号为E2.特点:它的最大特点是在常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高，适宜在250~870℃范围内的氧化性或惰性气氛中使用,尤其适宜在0℃以下使用。在湿度大的情况下,较其他热电偶耐腐蚀。4、铜-康铜热电偶1.组成:纯铜为正极，康铜为负极，分度号为T。2.特点：在金属热电偶中准确度最高，热电丝均匀性好，使用温度范围为-200～350℃。此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系列及非金属热电偶等等。