概述
熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表,它直接測量溫度,并把溫度信號轉換成熱電動勢信號, 通過電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系, 制成分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的具有不同的分度表。
在回路中接入第三種金屬材料時, 只要該材料兩個接點的溫度相同, 所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在測溫時, 可接入測量儀表, 測得熱電動勢后, 即可知道被測介質的溫度。
工作原理
兩種不同成份的導體(稱為絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。就是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出所產(chǎn)生的熱電勢。
實際上是一種能量轉換器,它將熱能轉換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于的熱電勢,應注意如下幾個問題:
1:的熱電勢是工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);
2 :所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當?shù)牟牧鲜蔷鶆驎r,與的長度和直徑無關,只與材料的成份和兩端的溫差有關;
3:當?shù)膬蓚€絲材料成份確定后,熱電勢的大小,只與的溫度差有關;若冷端的溫度保持一定,這進的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路,如圖所示。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。就是利用這一效應來工作的。
特點
◆裝配簡單,更換方便
◆壓簧式感溫元件,抗震性能好
◆測量范圍大
◆ 機械強度高,耐壓性能好
型號 說明
W 溫度儀表
R 熱電阻
M 感溫材料
鎳鉻硅—鎳硅
N 鎳鉻—鎳硅
E 鎳鉻—銅鎳
C 銅—銅鎳
F 鐵—銅鎳
?。?)的種類
常用可分為標準和非標準兩大類。所調(diào)用標準是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化,一般也沒有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標準化我國從1988年1月1日起,和熱電阻全部按IEC標準生產(chǎn),并S、B、E、K、R、J、T七種標準化為我國統(tǒng)一設計型。
(2)的結構形式為了保證可靠、穩(wěn)定地工作,對它的結構要求如下:
①組成的兩個熱電極的焊接必須牢固;
?、趦蓚€熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
?、垩a償導線與自由端的連接要方便可靠;
?、鼙Wo套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
常用材料
分度號 熱電極材料
正極 負極
S 鉑銠10 純鉑
R 鉑銠13 純鉑
B 鉑銠30 鉑銠6
K 鎳鉻 鎳硅
T 純銅 銅鎳
J 鐵 銅鎳
N 鎳鉻硅 鎳硅
E 鎳鉻 銅鎳
的種類:裝配,鎧裝,端面,壓簧固定,高溫,鉑銠,防腐,耐磨,高壓,特殊,手持式,微型,貴金屬 ,快速 ,鎢錸 等等。
的基本定律
1,均質導體定律
由同一種均質材料(導體或半導體)兩端焊接組成閉合回路,無論導體截面如何以及溫度如何分布,將不產(chǎn)生接觸電勢,溫差電勢相抵消,回路中總電勢為零。
可見,必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻,由于溫度梯存在,將會產(chǎn)生附加熱電勢。
2,中間導體定律
在回路中接入中間導體(第三導體),只要中間導體兩端溫度相同,中間導體的引入對回路總電勢沒有影響,這就是中間導體定律。
應用:依據(jù)中間導體定律,在實際測溫應用中,常采用熱端焊接、冷端開路的形式,冷端經(jīng)連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統(tǒng)。
有人擔心用銅導線連接冷端到儀表讀取mV值,在導線與連接處產(chǎn)生的接觸電勢會使測量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個定律,是沒有這個誤差的!
3,中間溫度定律
回路兩接點(溫度為T、T0)間的熱電勢,等于在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。
應用:由于E-T之間通常呈非線性關系,當冷端溫度不為0攝氏度時,不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取的溫度值,再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值,需按中間溫度定律進行修正。初學者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正!
4,參考電極定律
這個定律是專業(yè)人士才研究、關注的,一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解,簡單說明就是:用高純度鉑絲做標準電極,假設鎳鉻-鎳硅的正負極分別和標準電極配對,他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。