熱電偶基礎(chǔ)知識介紹

1、2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 1 熱電偶傳感器介紹熱電偶傳感器介紹在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測量和控制的重要參在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它數(shù)之一。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點, ,在溫度測量中在溫度測量中占有重要的地位。其測溫范圍較寬，一般為占有重要的地位。其測溫范圍較寬，一般為-50-5016001600，最高的可達到，最高的可達到30003000

2、。 另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 2一、一、 熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理先看一個實驗先看一個實驗熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A右端稱為：右端稱為：自由端自由端（參考端、（參考端、冷端）冷

3、端） 左端稱為：左端稱為：測量端（工測量端（工作端、熱端）作端、熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢A AB B2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 3從實驗到理論：從實驗到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 18211821年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉年，德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結(jié)點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點同時加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ?/p>

4、說明什么？）。南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小（又說明什么？）。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。流在回路中流動，電流的強弱與兩個結(jié)點的溫差有關(guān)。 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 4通過以上演示得出結(jié)論通過以上演示得出結(jié)論有關(guān)熱電偶熱電勢的討論有關(guān)熱電偶熱電勢的討論將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A A、B B組合成閉合回路。組合成閉合回路。若兩結(jié)點處溫度不同，則回路中將有電流流動，即回若兩結(jié)點處溫度不同，則回路中將有電流流動，即回路中有熱電動勢存在。路中有熱電動

5、勢存在。此電動勢的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外此電動勢的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外, ,還還決定于結(jié)點處的溫差，這種現(xiàn)象稱為決定于結(jié)點處的溫差，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)克效應(yīng)。熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢是由接觸量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。電勢和溫差電勢兩部分組成的。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 5（一）接觸電勢（一）接觸電勢產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接

6、觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A A和和B B的接觸點處的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬金屬A A擴散到密度小的金屬擴散到密度小的金屬B B，使，使A A失去電子帶正電，失去電子帶正電，B B得到電子帶負電，從而產(chǎn)生接觸電勢：得到電子帶負電，從而產(chǎn)生接觸電勢：自自由由電電子子ABe eABAB(T)(T)T TBtAtABNNekttEln)(k k：波爾茲曼常數(shù)；：波爾茲曼常數(shù)； e e：單位電荷電量；：單位電荷電量； N NATAT、N NBTBT：溫度為：溫度為T

7、T時時, ,導(dǎo)體導(dǎo)體A A、B B的的自由電子密度。自由電子密度。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 6（二）溫差電動勢（二）溫差電動勢溫度標志著物質(zhì)內(nèi)溫度標志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。運動的劇烈程度。溫度越高，表示物溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動體內(nèi)部分子熱運動越劇烈。越劇烈。 模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！速度比低溫時快！溫度的影響溫度的影響2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 7定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度

8、不同而產(chǎn)生的一種熱電勢勢溫差電動勢溫差電動勢同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時, , 高溫端的電子能量要比低溫高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大端的電子能量大, , 因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多低溫端跑到高溫端的要多, , 結(jié)果高溫端因失去電子而帶正結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電電, , 低溫端因獲得多余的電子而帶負電低溫端因獲得多余的電子而帶負電, , 形成一個靜電場，形成一個靜電場，該靜電場阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。該靜電場阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。因此，因此， 在導(dǎo)體兩端便形

9、成溫差電勢，公式：在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢，公式：E EA A（t t，t t0 0）=U=UAtAt-U-UAt0At0dTdttNdNekUUttEAtAtAttAA),(1),(tt000考慮：如果同一導(dǎo)體各點溫度相同，即考慮：如果同一導(dǎo)體各點溫度相同，即t tt t0 0，則回路總電，則回路總電動勢必為零？動勢必為零？2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 8（三）熱電偶回路的熱電勢（三）熱電偶回路的熱電勢熱電偶回路中總的熱電勢應(yīng)是接觸電勢與溫差電勢之熱電偶回路中總的熱電勢應(yīng)是接觸電勢與溫差電勢之和。和。E EABAB（t t，t t0 0）= =E EABAB（t t） +E

10、EB B（t t，t t0 0） - -E EABAB（t t0 0）- -E EA A（t t，t t0 0）經(jīng)實踐證明，在熱電偶中起主要作用的是接觸電動勢，溫差經(jīng)實踐證明，在熱電偶中起主要作用的是接觸電動勢，溫差電動勢只占極小部分?？梢院雎圆挥嫞弘妱觿葜徽紭O小部分?？梢院雎圆挥嫞篍 EABAB（t t，t t0 0）= = E EABAB（t t）- -E EABAB（t t0 0）dTNNekBtAtlntt02021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 9綜上所述，如下結(jié)論：綜上所述，如下結(jié)論：熱電偶回路中熱電動勢的大小，與組成熱電偶的導(dǎo)熱電偶回路中熱電動勢的大小，與組成熱電偶的導(dǎo)體材

11、料和兩接點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺體材料和兩接點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān)。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便寸無關(guān)。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接點溫度為是兩接點溫度為t t和和t t0 0時的函數(shù)差：時的函數(shù)差：對于已選定的熱電偶對于已選定的熱電偶, , 當參考端溫度當參考端溫度t t0 0恒定時恒定時, , E EABAB(t(t0 0) )為常數(shù)為常數(shù), ,則總的熱電動勢就只與溫度則總的熱電動勢就只與溫度t t成單值成單值函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系, , 即即 ABAB(t,t(t,t0 0)=E)=EABAB(t)-C=(t)-C=(t)(t)E EABAB（t

12、t，t t0 0）= = E EABAB（t t）- -E EABAB（t t0 0）)f(t-f(t)t(t,E00AB2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 10（四）實際應(yīng)用（四）實際應(yīng)用我國從我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標年國際溫標”（簡稱（簡稱ITS-90）的新標準。按）的新標準。按此標準，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化此標準，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對應(yīng)。集成電路與之對應(yīng)。 目前熱電偶統(tǒng)一規(guī)定在目前熱電偶統(tǒng)一規(guī)定在T0=0的條件下，給出測量的條件下，給出測量端溫度與熱電勢的數(shù)值對

13、照表，即分度表自由端（約端溫度與熱電勢的數(shù)值對照表，即分度表自由端（約束條件：冷端溫度必須為束條件：冷端溫度必須為0 ）。實際測溫時，根）。實際測溫時，根據(jù)測出的熱電勢可通過查對應(yīng)的分度表，查得所測的據(jù)測出的熱電勢可通過查對應(yīng)的分度表，查得所測的溫度值。溫度值。本教材本教材p366的的附錄附錄列出了工業(yè)中常用的分度表列出了工業(yè)中常用的分度表 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 11二、有關(guān)熱電偶的幾點結(jié)論二、有關(guān)熱電偶的幾點結(jié)論規(guī)定：規(guī)定：ABAB(t,t(t,t0 0) )的含義，按位置順序的含義，按位置順序A A表示熱電偶正極；表示熱電偶正極；B B表示負極表示負極t t表示測量

14、端溫度；表示測量端溫度；t0t0表示冷端溫度；表示冷端溫度；符號變化，位置規(guī)定的含義不變。符號變化，位置規(guī)定的含義不變。ABAB(t,t(t,t0 0)=-E)=-EBABA(t,t(t,t0 0)=-E)=-EABAB(t(t0 0,t),t)解釋：當解釋：當N NA ANNB B,A,A為正極，為正極，B B為負極。腳注為負極。腳注ABAB的順序表的順序表示電動勢的方向。當腳注順序改變時，電動勢前面的示電動勢的方向。當腳注順序改變時，電動勢前面的符號（、）隨之改變。符號（、）隨之改變。利用熱電偶作為傳感器來檢測溫度時，必須在熱電偶回路中引入顯示或記錄儀表，利用熱電偶作為傳感器來檢測溫度時，

15、必須在熱電偶回路中引入顯示或記錄儀表，并用連接導(dǎo)線將它們連接起來，因此必須掌握下面的基本定律，以保證能夠正確并用連接導(dǎo)線將它們連接起來，因此必須掌握下面的基本定律，以保證能夠正確的選擇和使用熱電偶。的選擇和使用熱電偶。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 121）熱電勢的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點的溫度）熱電勢的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀、大小無關(guān)。有關(guān)，而與熱電偶的形狀、大小無關(guān)。燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測溫。燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測溫。2）如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)）如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，則無論兩結(jié)

16、點溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱導(dǎo)體，則無論兩結(jié)點溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零電勢為零均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律必須采用兩種不同的材料作為熱電極。必須采用兩種不同的材料作為熱電極。0ln),(tt00dTNNekttEAtAtAB溫差電動溫差電動勢只占極小勢只占極小部分部分2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 133 3）如果熱電偶兩結(jié)點溫度相等）如果熱電偶兩結(jié)點溫度相等t=tt=t0 0，熱電偶回路內(nèi)的總，熱電偶回路內(nèi)的總電勢亦為零。電勢亦為零。4 4）熱電偶）熱電偶ABAB的熱電勢與的熱電勢與A A、B B材料的中間溫度無關(guān)，只材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點溫度有關(guān)。與結(jié)點溫度有

17、關(guān)。5 5）中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 利用熱電偶進行測溫利用熱電偶進行測溫, , 必須在回路中必須在回路中引入連接導(dǎo)線和引入連接導(dǎo)線和儀表儀表, , 接入導(dǎo)線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢接入導(dǎo)線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？呢？0ln),(tt00dTNNekttEBtAtAB中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測溫回路內(nèi)溫回路內(nèi), , 接入接入第三種導(dǎo)體第三種導(dǎo)體C C, , 只要其兩端溫度相同只要其兩端溫度相同, , 則對回則對回路的總熱電勢沒有影響。路的總熱電勢沒有影響。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 14l證明證明: :中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 由于溫

18、差電勢可忽略不計由于溫差電勢可忽略不計, , 則回路中的總熱電勢等于則回路中的總熱電勢等于各接點的接觸電勢之和。即各接點的接觸電勢之和。即E EABCABC(T,T(T,T0 0)=e)=eABAB(T)+e(T)+eBCBC(T(T0 0)+e)+eCACA(T(T0 0) ) （* *）當當T=TT=T0 0時時, ,有有E EABCABC(T(T0 0)=e)=eABAB(T(T0 0 )+e )+eBCBC(T(T0 0)+e)+eCACA(T(T0 0)=0)=0由此得由此得e eABAB(T(T0 0 ) )-e-eBCBC(T(T0 0)-e)-eCACA(T(T0 0)=0)=

19、0代入代入（* *）式式ABCABC(T,T(T,T0 0)=e)=eABAB(T)-e(T)-eABAB(T(T0 0)=e)=eABAB(T,T(T,T0 0) ) 同理同理, ,加入第四、第五種導(dǎo)體后加入第四、第五種導(dǎo)體后, ,只要加入的導(dǎo)體兩端溫只要加入的導(dǎo)體兩端溫度相等度相等, ,同樣不影響回路中的總熱電勢。同樣不影響回路中的總熱電勢。 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 15利用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。利用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)中間導(dǎo)體定律只要保證連接導(dǎo)線和顯示儀表各自兩端的溫度根據(jù)中間導(dǎo)體定律只要保證連接導(dǎo)線

20、和顯示儀表各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。因此中間導(dǎo)體定律對熱電相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。因此中間導(dǎo)體定律對熱電偶的實際應(yīng)用有十分重要的意義。圖利用中間導(dǎo)體定律制成開路偶的實際應(yīng)用有十分重要的意義。圖利用中間導(dǎo)體定律制成開路電偶測量金屬和金屬壁面的溫度。電偶測量金屬和金屬壁面的溫度。根據(jù)此定律，除可在熱電偶測溫回路中接入各種類型的顯示儀表根據(jù)此定律，除可在熱電偶測溫回路中接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面的溫度測量，如圖所示。有時為了提高測量精度，或者為了使用的溫度測量，

21、如圖所示。有時為了提高測量精度，或者為了使用上的方便，將熱電極上的方便，將熱電極A A和和B B直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續(xù)測量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測上。例如，用熱電偶連續(xù)測量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測量過程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個定律，就不需量過程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個定律，就不需要先焊接了。要先焊接了。 T0ABT金屬壁面MM連接管熱電偶液態(tài)金屬2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 166）標準電極定律）標準電極定律當結(jié)點溫度為當結(jié)點溫度為t, t0時，用導(dǎo)體時，用導(dǎo)體A，B組成

22、的熱電偶組成的熱電偶的熱電動勢等于的熱電動勢等于AC熱電偶和熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。的代數(shù)和。)t(t,E-)t(t,E)t(t,E0BC0AC0AB+Att0+tt0+tt0CCBBA)(tE-(t)E)t(t,E0ACAC0AC)(tE-(t)E)t(t,E0BCBC0BC如圖，導(dǎo)體如圖，導(dǎo)體A A、B B分別與標準電極分別與標準電極C C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，即熱電動勢為已知，即那么，導(dǎo)體那么，導(dǎo)體A A與與B B組成的熱電偶，其組成的熱電偶，其熱電動勢可由下式求得：熱電動勢可由下式求得：2021-10-29第四

23、章 非電量的電測技術(shù) 17應(yīng)用：標準電極定律是一個極為實用的定律。應(yīng)用：標準電極定律是一個極為實用的定律。純金屬的種類很多，合金類型更多。要得出這些金屬純金屬的種類很多，合金類型更多。要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢，工作量極大。由于之間組合而成熱電偶的熱電動勢，工作量極大。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，易提純，所以，鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標準電極，只要測得各種金屬通常選用高純鉑絲作為標準電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢表與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢表4-24-2，則各種金屬之，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱

24、電動勢可直接計算。間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算。例如：熱端為例如：熱端為100100，冷端為，冷端為00時，鎳鉻合金與純鉑時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV2.95mV，考銅與純鉑組成，考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為的熱電偶的熱電動勢為-4.0mV-4.0mV；則鎳鉻和考銅組合成；則鎳鉻和考銅組合成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢：的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢：2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV用于制造用于制造鉑鉑熱電偶熱電偶的各種的各種鉑鉑熱電偶絲熱電偶絲2021-10-29第四章 非電量

25、的電測技術(shù) 18三、熱電偶冷端溫度補償三、熱電偶冷端溫度補償熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢與熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。必要性：必要性：1 1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)- -溫度時，溫度時，必須滿足必須滿足t t0 0=0=0 C C的條件的條件。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣度而變化，這樣t t0 0不但不是不但不是0 0 C C，而且也不恒定，而且也不恒定，

26、 因因此將產(chǎn)生誤差。此將產(chǎn)生誤差。2 2、 一般情況下，冷端溫度均高于一般情況下，冷端溫度均高于0 0 C C，熱電勢總是偏，熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失小。應(yīng)想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失 。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 19（一）補償導(dǎo)線法（一）補償導(dǎo)線法采用相對廉價的補償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使采用相對廉價的補償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。設(shè)。 所謂補償導(dǎo)線：實際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)所謂補償導(dǎo)線：實際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在線，在0

27、100溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。若利用補償導(dǎo)線，的熱電特性，但價格相對要便宜。若利用補償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室如儀表室)，其實質(zhì)是相當于將熱電極延長。其實質(zhì)是相當于將熱電極延長。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 20補償導(dǎo)線型號補償導(dǎo)線型號書書p70 p70 表表4 43 3 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 21補償導(dǎo)線外形補償導(dǎo)線外形 AABB屏蔽層屏蔽層保護層保護層2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 22在使用延長線時的應(yīng)注意以下

28、幾方面：在使用延長線時的應(yīng)注意以下幾方面：各種延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，而且必各種延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；注意極性，不能接反，否則會造成更大的誤差；注意極性，不能接反，否則會造成更大的誤差；延長線與熱電偶連接的兩個結(jié)點，其溫度必須相同。延長線與熱電偶連接的兩個結(jié)點，其溫度必須相同。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 23例例:采用鎳鉻采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫。熱端溫度為鎳硅熱電偶測量爐溫。熱端溫度為800，冷端溫度為，冷端溫度為50。為了進行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢。為了進行爐溫的調(diào)節(jié)

29、及顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢信號送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為信號送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為20。由鎳鉻由鎳鉻- -鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為0 0，熱端溫度為，熱端溫度為800800時的熱電動勢為時的熱電動勢為E(800E(800，0)0)= =33.275mV33.275mV；熱端溫度為；熱端溫度為5050時的時的熱電動勢為熱電動勢為E(50E(50，0)0)= =2.023mV2.023mV；熱端溫度為；熱端溫度為2020時的熱電動勢為時的熱電動勢為E(20E(20，0)=0.798mV0)=0.798mV。如果熱電偶與儀表之間直接

30、用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，輸入如果熱電偶與儀表之間直接用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，輸入儀表的熱電動勢為：儀表的熱電動勢為：E(800E(800，50)=E(80050)=E(800，0)-E(500)-E(50，0)=(33.277-0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV(2.022)mV=31.255mV(相當于相當于751751) )。如果熱電偶與儀表之間用補償導(dǎo)線連接，相當于將熱電偶延伸到儀表如果熱電偶與儀表之間用補償導(dǎo)線連接，相當于將熱電偶延伸到儀表室，輸入儀表的熱電動勢為室，輸入儀表的熱電動勢為：E(800E(800，20)=E(80020)=E(800，

31、0)-E(200)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(相當于相當于781781) )。與爐內(nèi)的真實溫與爐內(nèi)的真實溫度相差分別為：度相差分別為： 751751-800-800=-49=-49 781 781-800-800=-19=-19 可見，補償導(dǎo)線的作用是很明顯的。可見，補償導(dǎo)線的作用是很明顯的。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 24例例4-82021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 25（二）冷端恒溫法（二）冷端恒溫法A A、00恒溫器恒溫器將熱電偶的冷端置于溫度為將熱電偶的冷端置

32、于溫度為00的恒溫器內(nèi)的恒溫器內(nèi)( (如冰水混如冰水混合物合物) )，使冷端溫度處于，使冷端溫度處于00。這種裝置通常用于實驗。這種裝置通常用于實驗室或精密的溫度測量。室或精密的溫度測量。在冰杯中，冰水混合物的溫在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在度能較長時間地保持在0 0 C C不變。不變。冰浴法，它消除了t0不等于0而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 26B B、其他恒溫器、其他恒溫器將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動而引入誤差。這

33、類恒溫定，避免由于環(huán)境溫度的波動而引入誤差。這類恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類恒溫器的溫性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類恒溫器的溫度不為度不為0，故最后還需對熱電偶進行冷端溫度修正。，故最后還需對熱電偶進行冷端溫度修正。 1 1被測流體管道被測流體管道 2 2熱電偶熱電偶 3 3接線盒接線盒 4 4補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線 5 5銅質(zhì)導(dǎo)銅質(zhì)導(dǎo)線線 6 6毫伏表毫伏表 7 7恒溫器恒溫器 8 8混合物混合物 9 9試管試管 1010新冷端新冷端 2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 27（三

34、）冷端溫度的修正計算（三）冷端溫度的修正計算當熱電偶的冷端溫度當熱電偶的冷端溫度t t0 000時，由于熱端與冷端的溫時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢E EABAB（t t，t t0 0）與冷端為與冷端為00時所測得的熱電勢時所測得的熱電勢E EABAB（t t，00）不等。若）不等。若冷端溫度高于冷端溫度高于00，則，則E EABAB（t t，t t0 0）EEABAB（t t，00）。下）。下式計算并修正測量誤差：式計算并修正測量誤差：E EABAB（t t，0 0）=E=EABAB（t t，t t0 0）+E+EABAB（

35、t t0 0，0 0）E EABAB(t(t，0)0)為熱電偶熱端溫度為為熱電偶熱端溫度為t t，冷端，冷端溫度為溫度為0 0時的熱電動勢；時的熱電動勢；E EABAB(t(t，t t0 0) )為熱電偶熱端溫度為為熱電偶熱端溫度為t t，冷端，冷端溫度為溫度為t t0 0時的熱電動勢；時的熱電動勢；E EABAB(t(t0 0，0)0)為熱電偶熱端溫度為為熱電偶熱端溫度為t t0 0，冷，冷端溫度為端溫度為0 0時的熱電動勢。時的熱電動勢。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 28例：用鎳鉻例：用鎳鉻- -鎳硅熱電偶測爐溫，當冷端溫度為鎳硅熱電偶測爐溫，當冷端溫度為30 30 ( (

36、且為恒定時且為恒定時) )，測出熱端溫度為，測出熱端溫度為t t時的熱電動勢為時的熱電動勢為39.17mV39.17mV，求爐子的真實溫度。，求爐子的真實溫度。由鎳鉻由鎳鉻- -鎳硅熱電偶分度表查出鎳硅熱電偶分度表查出E(30E(30，0)=1.203mV0)=1.203mV根根據(jù)公式計算出據(jù)公式計算出再通過分度表查出其對應(yīng)的實際溫度為：再通過分度表查出其對應(yīng)的實際溫度為：t=977t=9772021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 29（四）電橋補償法（四）電橋補償法電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引

37、起的熱電勢變化值，動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被補償熱電偶對應(yīng)型號的補償電橋?？少徺I與被補償熱電偶對應(yīng)型號的補償電橋。 XT-WBC XT-WBC熱電偶端補償器熱電偶端補償器2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 30四、常用熱電偶及其特性四、常用熱電偶及其特性 國際電工委員會國際電工委員會19751975年向世界各國推薦七種標準型熱電年向世界各國推薦七種標準型熱電偶。我國生產(chǎn)的符合偶。我國生產(chǎn)的符合IECIEC標準的熱電偶有六種，書上介紹：標準的熱電偶有六種，書上介紹：鉑銠鉑銠1010- -鉑熱電偶鉑熱電偶 這種熱電偶分度號為這種熱電偶分度號為“S”S”。它

38、的正極是鉑銠絲。它的正極是鉑銠絲( (鉑鉑90%90%，銠，銠l0%)l0%)，負極是純鉑絲。測溫范圍為，負極是純鉑絲。測溫范圍為0170001700。其特點是熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強，。其特點是熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強，宜 在 氧 化 性 、 惰 性 氣 氛 中 工 作 。 由 于 精 度 高 ， 故 國 際 溫 標 中 規(guī) 定 它 為宜 在 氧 化 性 、 惰 性 氣 氛 中 工 作 。 由 于 精 度 高 ， 故 國 際 溫 標 中 規(guī) 定 它 為630.741064.43630.741064.43溫度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)溫標的標準儀器。常用作標準熱電偶或用于高溫溫度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)溫標的標準儀器。常用

39、作標準熱電偶或用于高溫測量。測量。鎳鉻鎳鉻- -鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶 這種熱電偶分度號為這種熱電偶分度號為“K K”。它的正極是鎳鉻合金。它的正極是鎳鉻合金( (鎳鎳90.5%90.5%，鉻，鉻9.5%)9.5%)，負極為鎳硅，負極為鎳硅( (鎳鎳97.5%97.5%，硅，硅2.5%)2.5%)。測溫范圍為。測溫范圍為-200+1300-200+1300。其特。其特點是測溫范圍很寬、熱電動勢與溫度點是測溫范圍很寬、熱電動勢與溫度關(guān)系近似線性關(guān)系近似線性、熱電動勢大及價格低。缺點是、熱電動勢大及價格低。缺點是熱電動勢的穩(wěn)定性較熱電動勢的穩(wěn)定性較B B型或型或S S型熱電偶差，且負極有明顯的導(dǎo)磁性

40、。型熱電偶差，且負極有明顯的導(dǎo)磁性。鎳鉻鎳鉻- -錳白銅熱電偶錳白銅熱電偶 這種熱電偶分度號為這種熱電偶分度號為“E”E”。它的正極是鎳鉻合金，負。它的正極是鎳鉻合金，負極是銅鎳合金極是銅鎳合金( (銅銅55%55%，鎳，鎳45%)45%)。測溫范圍為。測溫范圍為-200+1000-200+1000。其特點是熱電動勢較其。其特點是熱電動勢較其他常用熱電偶大。適宜在氧化性或惰性氣氛中工作。他常用熱電偶大。適宜在氧化性或惰性氣氛中工作。1.1.鉑銠鉑銠3030- -鉑銠鉑銠6 6熱電偶熱電偶 這種熱電偶分度號為這種熱電偶分度號為“B B”。它的正極是鉑銠絲。它的正極是鉑銠絲( (鉑鉑70%70%，

41、銠銠30%)30%)，負極也是鉑銠絲，負極也是鉑銠絲( (鉑鉑94%94%，銠，銠6%)6%)，故俗稱雙鉑銠。測溫范圍為，故俗稱雙鉑銠。測溫范圍為0170001700。其。其特點是測溫上限高。在冶金反應(yīng)、鋼水測量等高溫領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。特點是測溫上限高。在冶金反應(yīng)、鋼水測量等高溫領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 31K K熱電偶的分熱電偶的分度表度表 比較查出的比較查出的三個熱電勢三個熱電勢，熱電勢是否熱電勢是否線性？線性？2021-10-29第四章 非電量的電測技術(shù) 32如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值？如何由熱電偶的熱電勢查熱端溫度值？設(shè)冷端為設(shè)冷端為0 0 C C，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及K K熱電偶的熱電偶的分度表，查出熱端的溫度分度表，查出熱端的溫度t tx x。2021-