熱電偶的基本原理和組成結(jié)構(gòu)演示文稿

熱電偶的基本原理和組成結(jié)構(gòu)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有54頁\編輯于星期二（優(yōu)選）熱電偶的基本原理和組成結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是2頁\一共有54頁\編輯于星期二3在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。特點(diǎn)：在溫度測(cè)量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，測(cè)量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度?，F(xiàn)在是3頁\一共有54頁\編輯于星期二4熱電偶（thermocouple）是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。溫度熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)溫度顯示熱電偶儀器儀表現(xiàn)在是4頁\一共有54頁\編輯于星期二5熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度差時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)?，F(xiàn)在是5頁\一共有54頁\編輯于星期二銅絲鐵絲6現(xiàn)在是6頁\一共有54頁\編輯于星期二0.007現(xiàn)在是7頁\一共有54頁\編輯于星期二0.118現(xiàn)在是8頁\一共有54頁\編輯于星期二-0.119現(xiàn)在是9頁\一共有54頁\編輯于星期二10現(xiàn)在是10頁\一共有54頁\編輯于星期二熱電偶測(cè)溫原理1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。11現(xiàn)在是11頁\一共有54頁\編輯于星期二12熱電偶回路熱電偶回路產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)兩部分組成?，F(xiàn)在是12頁\一共有54頁\編輯于星期二當(dāng)A，B兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí)，兩種金屬A、B的自由電子密度不同分別為nA和nB（設(shè)nA>nB）。當(dāng)兩種金屬相接時(shí)，將產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在A、B之間形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)eAB(t)。兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)示意圖13兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)現(xiàn)在是13頁\一共有54頁\編輯于星期二14接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與接點(diǎn)處溫度高低和導(dǎo)體的電子密度有關(guān)。

溫度越高，接觸電動(dòng)勢(shì)越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電動(dòng)勢(shì)越大?，F(xiàn)在是14頁\一共有54頁\編輯于星期二單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)對(duì)于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為T、TO，且T>TO。單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)示意圖

導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢(shì)。15現(xiàn)在是15頁\一共有54頁\編輯于星期二

熱電偶回路總熱電勢(shì)：EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)式中：eAB(T):熱端接觸電勢(shì)；eB(T,TO):B導(dǎo)體溫差電勢(shì)；eAB(TO):冷端接觸電勢(shì)；eA(T,TO):A導(dǎo)體溫差電勢(shì)。16現(xiàn)在是16頁\一共有54頁\編輯于星期二

在總電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為

EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)顯然，熱電動(dòng)勢(shì)的大小與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。

17現(xiàn)在是17頁\一共有54頁\編輯于星期二當(dāng)熱電偶兩電極材料確定后，熱電動(dòng)勢(shì)便只是兩接點(diǎn)溫度的函數(shù)。當(dāng)參考端溫度TO恒定時(shí)，EAB(TO)=c為常數(shù)，則總的熱電勢(shì)就只與溫度T有關(guān)系，即：

EAB(T,TO)=eAB(T)-c

=f(T)18實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過熱電偶分度表查出溫度值。分度表是在參考端溫度為00C時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)建立的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)現(xiàn)在是18頁\一共有54頁\編輯于星期二19現(xiàn)在是19頁\一共有54頁\編輯于星期二20現(xiàn)在是20頁\一共有54頁\編輯于星期二21可見當(dāng)冷端溫度t0恒定時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只與熱端的溫度有關(guān)，即只要測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)，便可確定熱端的溫度t。由此得到有關(guān)熱電偶的幾個(gè)結(jié)論：（1）熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極，否則無論導(dǎo)體截面如何、溫度分布如何，回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)恒為零。（2）若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管采用了兩種不同的金屬，回路總電動(dòng)勢(shì)恒為零。（3）熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無關(guān)。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)沒有小結(jié)的小結(jié)現(xiàn)在是21頁\一共有54頁\編輯于星期二

熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系表，稱之為分度表。

熱電偶（包括后面要介紹的金屬熱電阻及測(cè)量?jī)x表）分度表是IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）發(fā)表的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際溫標(biāo)）。

該標(biāo)準(zhǔn)以表格的形式規(guī)定各種熱電偶/阻在-271℃～2300℃每一個(gè)溫度點(diǎn)上的輸出電動(dòng)勢(shì)（參考端溫度為0℃）。22分度表現(xiàn)在是22頁\一共有54頁\編輯于星期二23非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)?，F(xiàn)在是23頁\一共有54頁\編輯于星期二標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶/阻命名統(tǒng)一代號(hào)，稱為分度號(hào)。我國(guó)指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。24

常用的4種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶絲材料為鉑銠10－鉑、鉑銠30－鉑銠6、鎳鉻－銅鎳、鎳鉻－鎳硅（我國(guó)通常稱為鎳鉻－康銅）。

組成熱電偶的兩種材料，寫在前面的為正極，寫在后面的為負(fù)極?，F(xiàn)在是24頁\一共有54頁\編輯于星期二1）鉑銠10－鉑熱電偶（分度號(hào)為S，也稱為單鉑銠熱電偶）

特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，精度高，范圍較大、抗氧化性強(qiáng)，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)1000℃，成本較高，熱電動(dòng)勢(shì)較弱。2）鉑銠13－鉑熱電偶（分度號(hào)為R，也稱為單鉑銠熱電偶）

同S型相比，它的熱電動(dòng)勢(shì)率大15%左右，其它性能幾乎相同。25標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料和種類現(xiàn)在是25頁\一共有54頁\編輯于星期二3）鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號(hào)為B，也稱為雙鉑銠熱電偶）

在室溫下，其熱電動(dòng)勢(shì)很小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線，可忽略冷端溫度變化的影響。

長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電動(dòng)勢(shì)較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

即使在還原氣氛下，其壽命也是R或S型的10～20倍。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。26現(xiàn)在是26頁\一共有54頁\編輯于星期二4）鎳鉻－鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號(hào)為K）

是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶，可測(cè)量0～1300℃溫度。

熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性、價(jià)格便宜、熱電動(dòng)勢(shì)大，是目前用量最大的熱電偶。5）銅－銅鎳熱電偶（分度號(hào)為T）

價(jià)格便宜，使用溫度是-200～350℃。27現(xiàn)在是27頁\一共有54頁\編輯于星期二6）鐵－銅鎳熱電偶（分度號(hào)為J）

價(jià)格便宜，適用于真空、氧化或惰性氣氛中，溫度范圍為-200～800℃。7）鎳鉻－銅鎳熱電偶（分度號(hào)為E）

是一種較新的產(chǎn)品，裸露式結(jié)構(gòu)無保護(hù)管，價(jià)格比較便宜，在常用的熱電偶中，其熱電動(dòng)勢(shì)最大。適用于0～600℃溫度范圍。28現(xiàn)在是28頁\一共有54頁\編輯于星期二29現(xiàn)在是29頁\一共有54頁\編輯于星期二30現(xiàn)在是30頁\一共有54頁\編輯于星期二熱電偶的結(jié)構(gòu)形式和標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1.普通型熱電偶普通型熱電偶一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。31凡是在兩個(gè)平面在周邊使用螺栓連接同時(shí)封閉的連接零件，一般都稱為“法蘭”。

現(xiàn)在是31頁\一共有54頁\編輯于星期二32現(xiàn)在是32頁\一共有54頁\編輯于星期二33現(xiàn)在是33頁\一共有54頁\編輯于星期二

絕緣套管：

熱電偶的工作端被焊接在一起，熱電極之間需要用絕緣套管保護(hù)。

通常測(cè)量溫度在1000℃以下選用粘土質(zhì)絕緣套管，

在1300℃以下選用高鋁絕緣套管，

在1600℃以下選用剛玉絕緣套管。34現(xiàn)在是34頁\一共有54頁\編輯于星期二

保護(hù)管：

保護(hù)管的作用是使熱電偶電極不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸。

它不僅可延長(zhǎng)熱電偶的壽命，

還可起到支撐和固定熱電極，增加其強(qiáng)度的作用。

材料主要有金屬和非金屬兩類。35現(xiàn)在是35頁\一共有54頁\編輯于星期二2.鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）鎧裝熱電偶也稱纜式熱電偶，是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物溶鑄在一起，外表再套不銹鋼管等構(gòu)成。這種熱電偶能彎曲、耐高壓、反應(yīng)時(shí)間短、堅(jiān)固耐用。36現(xiàn)在是36頁\一共有54頁\編輯于星期二37現(xiàn)在是37頁\一共有54頁\編輯于星期二1-熱電極;2-絕緣材料;3-金屬套管;4-接線盒;5-固定裝置鎧裝熱電偶示意圖38現(xiàn)在是38頁\一共有54頁\編輯于星期二3.薄膜熱電偶用真空鍍膜技術(shù)或真空濺射等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶稱為薄膜熱電偶。適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。薄膜熱電偶示意圖39（0.01～0.1μm）現(xiàn)在是39頁\一共有54頁\編輯于星期二40熱電偶選型依據(jù)現(xiàn)在是40頁\一共有54頁\編輯于星期二熱電偶選型依據(jù)熱電偶型號(hào)如何選定及注意事項(xiàng)

熱電偶選型關(guān)注點(diǎn)通常為：型號(hào)、分度號(hào)、防爆等級(jí)、精度等級(jí)、裝固定形式、保護(hù)管材質(zhì)、長(zhǎng)度或插入深度等，同時(shí)，在選型時(shí)應(yīng)注意一下幾個(gè)方面：（1）熱電偶的測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍；（2）熱電偶的耐久性及熱響應(yīng)時(shí)間；（3）熱電偶的使用環(huán)境；（4）測(cè)量介質(zhì)的情況；（5）參考相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選型；現(xiàn)在是41頁\一共有54頁\編輯于星期二42（1）熱電偶的測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍，測(cè)量溫度高于1800℃時(shí)，通常選用鎢錸熱電偶；在1300~1800℃之間，要求精度又比較高時(shí)，一般選用B型熱電偶；使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶；低于400℃一般用E型熱電偶；0-250℃測(cè)量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

上述選型僅僅考慮了測(cè)量溫度范圍和測(cè)量精度，最終選型還應(yīng)該綜合考慮其他因素?，F(xiàn)在是42頁\一共有54頁\編輯于星期二43（2）熱電偶的耐久性及熱響應(yīng)時(shí)間。通常線徑大的熱電偶耐久性好，但是熱電偶熱響就會(huì)長(zhǎng)。對(duì)于熱容量大的熱電偶，響應(yīng)較慢，測(cè)量梯度大的溫度時(shí)；因而，作為溫度控制應(yīng)用時(shí)，控制響應(yīng)速度較慢，控溫效果較差。

如果應(yīng)用對(duì)耐久性和熱響應(yīng)時(shí)間有較高的要求，推薦選用鎧裝熱電偶，它具有安裝簡(jiǎn)單、精度高、測(cè)量范圍大、經(jīng)濟(jì)效益好等很多優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在是43頁\一共有54頁\編輯于星期二44（3）熱電偶的使用環(huán)境。如果熱電偶保護(hù)管密封性能比較好，當(dāng)然就對(duì)這方面不太有要求。一般來說B型、S型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用，J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛環(huán)境中現(xiàn)在是44頁\一共有54頁\編輯于星期二相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GB26786-2011《工業(yè)熱電偶和熱電阻隔爆技術(shù)條件》GB/T4990-2010《熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲》GB/T2904-2010《鎳鉻-金鐵、銅-金鐵低溫?zé)犭娕冀z》GB/T2614-2010《鎳鉻-鎳硅熱電偶絲》GB/T4993-2010《鎳鉻-銅鎳(康銅)熱電偶絲》GB/T18034-2000《微型熱電偶用鉑銠細(xì)偶絲規(guī)范》GB/T17615-1998《鎳鉻硅-鎳硅鎂熱電偶絲》GB/T2903-1998《銅-銅鎳(康銅)熱電偶絲》GB/T4994-1998《鐵-銅鎳(康銅)熱電偶絲》GB/T16839.1-1997《熱電偶第1部分:分度表》GB/T16839.2-1997《熱電偶第2部分:允差》GB/T4989-1994《熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線》

JB/T9283-1993《工業(yè)熱電偶技術(shù)條件》現(xiàn)在是45頁\一共有54頁\編輯于星期二46現(xiàn)在是46頁\一共有54頁\編輯于星期二47現(xiàn)在是47頁\一共有54頁\編輯于星期二熱電偶參數(shù)分析及選型（例）在陶瓷產(chǎn)品的燒制過程中，溫度的控制極其重要。傳統(tǒng)的陶瓷燒制，會(huì)有一個(gè)專門的掌火師傅負(fù)責(zé)整個(gè)陶瓷燒制過程溫度的控制。這種掌火師傅往往需要幾十年才能培養(yǎng)出一個(gè)，這不僅需要經(jīng)驗(yàn)的積累，更需要天賦?，F(xiàn)代，即使在景德鎮(zhèn)，這種傳統(tǒng)掌火師傅已經(jīng)寥寥無幾。現(xiàn)代工藝的陶瓷燒制都是靠先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備來進(jìn)行控溫。這些設(shè)備通過測(cè)量外爐壁的溫度來能判斷爐內(nèi)溫度。陶瓷燒制爐外爐壁的表面溫度大概為幾十?dāng)z氏度到1000℃之間。 （選擇一款熱電偶溫度傳感器測(cè)量陶瓷燒制外爐壁