測(cè)試技術(shù)-83-熱電偶課件

8.3熱電偶主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用的材料廣泛，制造容易?？芍瞥筛鞣N形狀，適應(yīng)不同對(duì)象，體積小，熱慣性小，可測(cè)點(diǎn)溫。測(cè)溫范圍廣，可用于-180

28000C的溫度測(cè)量。便于遠(yuǎn)距離測(cè)量，自動(dòng)記錄及多點(diǎn)測(cè)量。直接輸出電動(dòng)勢(shì)，可在無外加電源的條件下測(cè)量。8.3熱電偶主要優(yōu)點(diǎn)：8.3熱電偶1、熱電效應(yīng)

將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。8.3.1熱電偶的工作原理8.3熱電偶1、熱電效應(yīng)將兩種不同材料的導(dǎo)ABTT0k——玻耳茲曼常數(shù)，e——電子電荷量，T——接觸處的溫度NA，NB——分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。1)接觸電勢(shì)8.3熱電偶ABTT0k——玻耳茲曼常數(shù)，1)接觸電勢(shì)8.3熱電偶2)溫差電勢(shì)σA—溫度系數(shù)，與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。8.3熱電偶2)溫差電勢(shì)σA—溫度系數(shù)，與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。綜上所述，由導(dǎo)體A、B組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度T>T0時(shí)，回路的總熱電勢(shì)為兩個(gè)接點(diǎn)的接觸電勢(shì)和兩個(gè)導(dǎo)體溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即8.3熱電偶(3)回路總電動(dòng)勢(shì)綜上所述，由導(dǎo)體A、B組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度T>T0

結(jié)論：(1)

熱電偶必須由兩種不同的材料構(gòu)成。(2)要產(chǎn)生熱電勢(shì)不但要求兩個(gè)電極材料不同，而且兩個(gè)接點(diǎn)必須有溫度差。(3)熱電極材料相同的熱電偶可以互換。8.3熱電偶結(jié)論：8.3熱電偶實(shí)踐證明，金屬中的自由電子很多，溫度變化對(duì)電子密度的影響很小，所以在同一導(dǎo)體內(nèi)的溫差電勢(shì)極小，可以忽略不計(jì)．因此上式可寫為所以A、B材料選定后，熱電勢(shì)EAB(T、T0)是溫度T和T0的函數(shù)差，即8.3熱電偶實(shí)踐證明，金屬中的自由電子很多，溫度變化對(duì)電子密度的影響很小3、熱電偶的基本定律（一）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種性質(zhì)均勻的導(dǎo)體組成的閉合電路，當(dāng)有溫差時(shí)不產(chǎn)生熱電勢(shì)。TT08.3熱電偶3、熱電偶的基本定律TT08.3熱電偶（二）中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。TT0V8.3熱電偶（二）中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，（三）中間溫度定律

在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和，如圖11-16所示。即8.3熱電偶（三）中間溫度定律在熱電偶回路由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。4)標(biāo)準(zhǔn)電極定律

兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A和B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：ABTT0=ACTT0—CBTT08.3熱電偶由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。4)標(biāo)準(zhǔn)8.3熱電偶普通工業(yè)用裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的變送器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中0~1800℃范圍的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。熱電偶通常由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等幾個(gè)主要部件組成，其常見外形結(jié)構(gòu)如圖所示。實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。1．普通工業(yè)用裝配式熱電偶8.3.2常用熱電偶的結(jié)構(gòu)8.3熱電偶普通工業(yè)用裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的8.3熱電偶

它是由熱電偶絲、高絕緣材料氧化鎂、不銹鋼保護(hù)套管，經(jīng)多次一體拉制而成的。鎧裝熱電偶主要有接殼式和絕緣式兩種形式，如圖8-26所示。圖8-26(a)為接殼式，這種形式的熱電偶其測(cè)量端與金屬套管接觸并焊接在一起，適用于測(cè)量溫度高、壓力高、腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)。圖8-26(b)為絕緣式，這種形式的熱電偶其測(cè)量端焊接后填以絕緣材料再與金屬套管焊接，適用范圍與接殼式相同，特點(diǎn)是偶絲與保護(hù)金屬套管不接觸，具有電氣絕緣性能。2.鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)8.3熱電偶它是由熱電偶絲、高8.3熱電偶

快速反應(yīng)薄膜熱電偶是用真空蒸鍍、濺射等方法使兩種熱電極材料沉積到絕緣基板上而形成的薄膜熱電偶，如圖所示。其熱接點(diǎn)極薄（0.01~0.1），因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí)，用黏結(jié)劑將它黏結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國試制的該類型熱電偶有鐵-鎳、鐵-銅鎳和銅-銅鎳三種，尺寸為，絕緣基板為云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等，測(cè)溫范圍在300℃以下，反應(yīng)時(shí)間僅為幾毫秒。

3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶8.3熱電偶快速反應(yīng)薄膜熱電偶8.3熱電偶

這是一種專為測(cè)量鋼水及熔融金屬溫度而設(shè)計(jì)的特殊熱電偶，使用一次就焚化。其熱電極由直徑為0.05~0.1mm的鉑銠10-鉑鍺30(或鎢錸6-鎢錸20)等材料制成，且裝在外徑為1mm的U形石英管內(nèi)，構(gòu)成測(cè)溫的敏感元件。其外部用絕緣良好的紙管、保護(hù)管及高溫絕熱水泥加以保護(hù)和固定。當(dāng)其插入鋼水后，保護(hù)帽瞬間熔化，熱電偶工作端即刻暴露于鋼水中。由于石英管和熱電偶的熱容量都很小，因此能很快反映出鋼水的溫度，反應(yīng)時(shí)間一般為4~6s。在測(cè)出溫度后，熱電偶和石英保護(hù)管都被燒壞，因此它只能一次性使用。它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，測(cè)量精度可達(dá)~℃。4．快速消耗微型熱電偶8.3熱電偶這是一種專為測(cè)量鋼熱電偶常以熱電極材料種類來命名，例如鉑銠一鉑熱電偶。根據(jù)熱電偶的工作原理，雖然任意兩種導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但在實(shí)用中為了工作可靠和具有足夠的靈敏度及精度，并不是所有導(dǎo)體都適合作熱電偶的。對(duì)熱電極材料的要求是：(1)在測(cè)溫范圍內(nèi)熱電特性穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化。(2)組成的熱電偶熱電勢(shì)要大，熱電勢(shì)與溫度之間為線性或近似為線性關(guān)系。(3)電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高。(4)制造方便，易于復(fù)制，有良好的互換性。8.3熱電偶熱電偶常以熱電極材料種類來命名，例如鉑

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差，并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，有與其配套的顯示儀表可供選用。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，主要用于某典特殊場(chǎng)合的測(cè)量。目前工業(yè)上常用的有四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即鉑銠30-鉑銠6、鉑銠10-鉑、鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-銅鎳(我國通常稱作鎳鉻-銅鎳)熱電偶，現(xiàn)將我國標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的技術(shù)數(shù)據(jù)列于表8-4，非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶的主要性能和特點(diǎn)見表8-5供參考。8.3熱電偶常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱8.3熱電偶1、冷端恒溫法恒溫法就是把熱電偶的冷端置于某種溫度不變的裝置中。將冷端放在冰和水混合的容器中，保持冷端為0℃不變。這種方法精度高，但在工程中應(yīng)用很不方便，一般用于實(shí)驗(yàn)室。8.3.5熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償8.3熱電偶1、冷端恒溫法8.3.5熱電偶的冷端溫度

2、計(jì)算修正法在使用中，若設(shè)法使冷端溫度保持不變，然后采用冷端溫度修正的方法，可得到冷端為0℃時(shí)的熱電勢(shì)。修正方法如圖所示。8.3熱電偶8.3熱電偶3、補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的熱電性能應(yīng)和相配的熱電偶的熱電性能一致或相近，即8.3熱電偶3、補(bǔ)償導(dǎo)線法8.3熱電偶

工業(yè)上制成了專用的補(bǔ)償導(dǎo)線，并以不同的顏色加以區(qū)別。常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線見表8-6使用時(shí)必須注意：(1)不同的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用。(2)正負(fù)極性不能接錯(cuò)，否則反會(huì)增大誤差。(3)熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線兩個(gè)連接點(diǎn)的溫度必須相等，且不得超過規(guī)定的溫度范圍，一般為0~100℃。8.3熱電偶工業(yè)上制成了專用的補(bǔ)償導(dǎo)線，并以不同的顏色加以4、補(bǔ)償電橋法在熱電偶測(cè)量回路中串接一