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热电偶

热电偶

简要描述:

热电偶是一种感温元件,是一次仪表,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。

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概述  

热电偶是一种感温元件,是一次仪表,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的,不同的具有不同的分度表。

  在回路中接入第三种金属材料时, 只要该材料两个接点的温度相同, 所产生的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此, 在测温时, 可接入测量仪表, 测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。

工作原理

  两种不同成份的导体(称为丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指出所产生的热电势。

  实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对于的热电势,应注意如下几个问题:

  1:的热电势是工作端的两端温度函数的差,而不是冷端与工作端,两端温度差的函数;

 
  2 :所产生的热电势的大小,当的材料是均匀时,与的长度和直径无关,只与材料的成份和两端的温差有关;

  3:当的两个丝材料成份确定后,热电势的大小,只与的温度差有关;若冷端的温度保持一定,这进的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。就是利用这一效应来工作的。

特点

◆装配简单,更换方便
◆压簧式感温元件,抗震性能好
◆测量范围大
◆ 机械强度高,耐压性能好

型号 说明

W 温度仪表
R 热电阻
M 感温材料
镍铬硅—镍硅
N 镍铬—镍硅
E 镍铬—铜镍
C 铜—铜镍
F 铁—铜镍

- 种类及结构形成

(1)的种类

  常用可分为标准和非标准两大类。所调用标准是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化在使用范围或数量级上均不及标准化,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化我国从1988年1月1日起,和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化为我国统一设计型

  (2)的结构形式为了保证可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成的两个热电极的焊接必须牢固;

  ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路

  ③补偿导线与自由端的连接要方便可靠;

  ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
 
常用材料

  分度号 热电极材料

 
  正极 负极

  S铂铑10 纯铂

  R 铂铑13 纯铂

  B 铂铑30 铂铑6

  K 镍铬 镍硅

  T 纯铜 铜镍

  J 铁 铜镍

  N 镍铬硅 镍硅

  E 镍铬 铜镍

  的种类:装配铠装端面,压簧固定,高温,铂铑,防腐,耐磨,高压,特殊,手持式,微型,贵金属 ,快速 ,钨铼 等等。

 
的基本定律

  1,均质导体定律

  由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路,无论导体截面如何以及温度如何分布,将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中总电势为零。

  可见,必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀,由于温度梯存在,将会产生附加热电势。

  2,中间导体定律

  在回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对回路总电势没有影响,这就是中间导体定律。

  应用:依据中间导体定律,在实际测温应用中,常采用热端焊接、冷端开路的形式,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。

  有人担心用铜导线连接冷端到仪表读取mV值,在导线与连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律,是没有这个误差的!

  3,中间温度定律

  回路两接点(温度为T、T0)间的热电势,等于在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。

  应用:由于E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值;也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值,需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律来修正!

  4,参考电极定律

  这个定律是专业人士才研究、关注的,一般生产、使用环节的人士不太了解,简单说明就是:用高纯度铂丝做标准电极,假设镍铬-镍硅的正负极分别和标准电极配对,他们的值相加是等于这支镍铬-镍硅的值。

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