熱電偶工作原理課件

1、熱電偶工作原理熱電偶工作原理1熱電偶的工作原理熱電偶的熱電勢23熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的測量電路4熱電偶的冷端補償5熱電偶的工作原理 熱電偶溫度傳器是利用導(dǎo)體的“熱電效應(yīng)”制作的儀器，其敏感元件是熱電偶。 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由塞貝克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱塞貝克效應(yīng)。1回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱電偶原理圖TT0ABITT0 熱電偶由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體一端

2、焊接或絞接而成。熱電偶的熱電勢2TABT0T0冷端熱電極熱端熱電偶的熱電勢21） 接觸電勢eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點在溫度T 時形成的接觸電動勢；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān), 溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢也越大。熱電偶的熱電勢22）溫差電勢eA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時形成的溫差電動勢；T，T0高低端的絕對溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在0時，銅

3、的 =2V/。ToTAeA(T,To)熱電偶的熱電勢23）回路總電勢由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點溫度分別為T、T0,如果TT0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：NAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點溫度為T和T0時的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點溫度為T和T0時的電子密度；A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。熱電偶的熱電勢2在工程應(yīng)用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T，0)-EAB(T0，0) 熱電偶

4、的熱電勢，等于兩端溫度分別為T 和零度以及T0和零度的熱電勢之差。熱電偶的熱電勢23熱電偶回路的性質(zhì)（1) 均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動勢)；反之，如果有電流流動，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。（2) 中間導(dǎo)體定律一個由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點溫度相同，則此回路各接點產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零,如圖由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則3熱電偶回路的性質(zhì) E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0TABCTT結(jié)論：可以在回路中接入電氣測量儀表，而且也允許

5、采用任意的方法來焊接熱電偶3熱電偶回路的性質(zhì)（3)中間溫度定律(制定分度表的理論依據(jù)) 熱電偶回路兩接點(溫度為T、T0)間熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。即：EAB(T，T0)=EAB(T，Tn)+EAB(Tn，T0) 熱電偶分度表按冷端溫度為0C時分度，若冷端溫度不為0，則可視實際冷端溫度T0為中間溫度Tn ，則滿足：EAB(T，0)=EAB(T，T0)+EAB(T0，0) 已知由分度表可查3熱電偶回路的性質(zhì)結(jié)論：熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。(同材同溫總電勢為0)只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半

6、導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當(dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。材料確定后，熱電勢大小只與熱電偶兩端溫度有關(guān)。如使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)。3熱電偶回路的性質(zhì)實際測量中：保持冷端溫度T0不變，對于確定材料的熱電偶，E-T之間呈單值關(guān)系，可以用精密實驗法測得，測得E，即可知道熱端溫度T。熱電偶的熱電勢與溫度對應(yīng)關(guān)系通常使用熱電偶分度表來查詢，分度表的編制是在冷端溫度為0oC時進行的，根據(jù)不同的熱

7、電偶類型，分別制成表格形式。利用分度表可以查出E(T,0)，即冷端溫度為0oC時，熱端溫度為T時回路熱電勢。3熱電偶回路的性質(zhì)3熱電偶回路的性質(zhì)熱電偶的測量電路4 1)測量單點溫度的基本測溫線路 熱電偶顯示儀表連接導(dǎo)線熱電偶測量電路42) 測量兩點之間溫差的測溫線路熱電偶測量電路4 3)測量平均溫度的測溫線路熱電偶測量電路4 4) 若干只熱電偶共用一臺儀表的測量線路 熱電偶的冷端補償5 1.熱電偶的冷端處理與溫度補償熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。方法： 冰點

8、槽法 計算修正法 補正系數(shù)法 零點遷移法 冷端補償器法 軟件處理法熱電偶的冷端補償5計算修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算例 用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21,查分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對應(yīng)的熱端溫度T=68。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)注意:既不能只按1.999mV查表，認為T=49，也不能把49加上21，認為T=70。熱電偶的冷端補償52、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗1）熱電偶的選擇、安裝使用 熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護套管。其安裝地點要有代表性，安裝方法要正