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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 熱電偶的測(cè)量原理 [打印本頁(yè)]

作者: 兌水 時(shí)間: 2006-3-27 23:48
標(biāo)題: 熱電偶的測(cè)量原理
熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路時(shí)，如果兩連接端溫度不同，則會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。
熱電偶由兩根不同導(dǎo)線(熱電極)組成，它們的一端是互相焊接的，形成熱電偶的測(cè)量端，(也稱工作端)。將它插入待測(cè)溫度的介質(zhì)中；而熱電偶的另一端 (參比端或自由端)則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測(cè)量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。

熱電偶測(cè)溫的應(yīng)用原理

熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：
①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。
③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。
1．熱電偶測(cè)溫基本原理
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2-1-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成
（1）熱電偶的種類
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。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)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，它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(méi)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)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定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。
(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：
① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
3．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。
在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。

溫度測(cè)量?jī)x表的分類
溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來(lái)說(shuō)接觸式測(cè)溫儀表測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高；但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。非接觸式儀表測(cè)溫是通過(guò)熱輻射原理來(lái)測(cè)量溫度的，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫上限的限制，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。

熱電偶測(cè)量原理
熱電偶是一種感溫元件, 它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào), 通過(guò)電氣測(cè)量?jī)x表的配合, 就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。
熱電偶測(cè)溫的基本原理是熱電效應(yīng)。在由兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 所組成的閉合回路中 , 當(dāng) A 和 B 的兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度 T 和 To時(shí), 在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。
導(dǎo)體 A 和 B 稱為熱電極。溫度較高的一端 (T 〉叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；溫度較低的一端 (To 〉叫自由端 ( 通常處于某個(gè)恒定的溫度下〉。
根據(jù)熱電勢(shì)與溫度函數(shù)關(guān)系?？芍瞥蔁犭娕挤侄缺怼７侄缺硎窃谧杂啥藴囟?To=00C 的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí), 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同, 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測(cè)溫時(shí), 可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電勢(shì)后, 即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
從理論上講, 任何兩種導(dǎo)體都可以配制成熱電偶, 但實(shí)際上并不是所有材料都能制作熱電偶, 故對(duì)熱電極材料必須滿足以下幾點(diǎn)：
(1) 熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢(shì), 熱電勢(shì)和溫度之間的關(guān)系最好呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系；
(2)能測(cè)量較高的溫度, 并在較寬的溫度范國(guó)內(nèi)應(yīng)用, 經(jīng)長(zhǎng)期使用后, 物理、化學(xué)性能及熱電特性保持穩(wěn)定；
(3) 要求材料的電阻溫度系數(shù)要小, 電阻率高, 導(dǎo)電性能好, 熱容量要??；
(4) 復(fù)現(xiàn)性要好, 便于大批生產(chǎn)和互換, 便于制定統(tǒng)一的分度表；
(5) 機(jī)械性能好, 材質(zhì)均勻；
(6)資源豐富, 價(jià)格便宜。

作者: notebook 時(shí)間: 2006-4-4 10:29
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作者: 李工 時(shí)間: 2006-4-4 13:01
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作者: shiding 時(shí)間: 2006-4-5 10:48
有幾個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)高手指點(diǎn)一下：
1.是不是電極越細(xì)響應(yīng)時(shí)間越短？粗的話響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)但更耐用？
2.電極的長(zhǎng)度對(duì)熱電偶有什么影響？
3.如何使用簡(jiǎn)便的方法檢測(cè)熱電偶的好壞，即能不能工作？
謝謝！

作者: 李工 時(shí)間: 2006-4-6 11:22
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作者: shiding 時(shí)間: 2006-4-7 16:42
在火場(chǎng)環(huán)境中普通的熱電偶極易損壞，有時(shí)甚至要把電極放在火上來(lái)測(cè)火的溫度，能達(dá)到800攝氏度，在這種情況下，加粗電極是不是有利于延長(zhǎng)熱電偶的壽命？

作者: 李工 時(shí)間: 2006-4-7 18:09
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作者: 大器晚成 時(shí)間: 2006-4-21 12:41

原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 發(fā)表
請(qǐng)問(wèn)一下，熱電偶的測(cè)量端的焊點(diǎn)（一般的焊材料）上是否會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻值，因此對(duì)測(cè)量值有一定的影響呢？
如果我只是將兩根導(dǎo)線很好地纏繞，不砮..

對(duì)于不是很精確測(cè)量來(lái)說(shuō),兩根導(dǎo)線很好地纏繞也是可以的,低溫時(shí)影響不大,但高溫和時(shí)間長(zhǎng)后導(dǎo)線表面會(huì)產(chǎn)生一層氧化層,使造成測(cè)量失準(zhǔn).

作者: 大器晚成 時(shí)間: 2006-4-21 12:54

原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 發(fā)表
在火場(chǎng)環(huán)境中普通的熱電偶極易損壞，有時(shí)甚至要把電極放在火上來(lái)測(cè)火的溫度，能達(dá)到800攝氏度，在這種情況下，加粗電極是不是有利于延長(zhǎng)熱電偶 ...

建議購(gòu)買帶保護(hù)管的熱電偶,可以延長(zhǎng)使用壽命.也有直徑較小的,測(cè)量很方便.
如果熱電偶長(zhǎng)時(shí)間在高溫下且露在空氣中,容易使其材料不純,測(cè)量誤差增大.

作者: 常靖 時(shí)間: 2006-7-17 11:11
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