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熱電(diàn)偶(ǒu)測溫原(yuán)理及其(qí)應用

更新(xīn)時間:2013-08-04   點擊次(cì)數(shù):6725次

相(xiāng)關知識
熱電(diàn)偶測溫原理及其(qí)應(yīng)用(yòng)

 


 

一,熱電(diàn)偶(ǒu)簡(jiǎn)介

  熱電溫度記錄儀(yí)常(cháng)以熱電偶作為(wéi)測溫(wēn)元(yuán)件,它(tā)廣泛用(yòng)來(lái)測量 -200 ~1300 範圍(wéi)內的溫度,特(tè)殊情況下,可(kě)測至 2800 的(dí)高溫(wēn)或 4K 的(dí)低(dī)溫(wēn)。它(tā)具有(yǒu)結(jié)構簡單,價格便宜,準確度高,測(cè)溫範圍(wéi)廣(guǎng)等(děng)特點。由(yóu)於(yú)熱(rè)電偶將(jiāng)溫(wēn)度轉(zhuǎn)化(huà)成電(diàn)量進(jìn)行(háng)檢測(cè),使(shǐ)溫(wēn)度的(dí)測(cè)量,控製, 以及對(duì)溫(wēn)度(dù)信號(hào)的放大(dà)變換(huàn)都很方(fāng)便,適用於遠距(jù)離測量和自動控(kòng)製。在(zài)接觸(chù)式測溫法中,熱電溫(wēn)度計的應(yīng)用zui普(pǔ)遍(biàn)。

二,熱電偶測(cè)溫原理(lǐ)

1.定(dìng)義(yì): 由兩種導體(tǐ)組合而成,將(jiāng)溫度轉化為熱(rè)電動勢(shì)的傳(chuán)感(gǎn)器叫(jiào)做熱(rè)電偶。

2. 測溫(wēn)原理(lǐ) : 熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的測(cè)溫(wēn)原理基(jī)於熱電效應。

將(jiāng)兩(liǎng)種(zhǒng)不同(tóng)材料的導(dǎo)體(tǐ) A 和(hé) B 串(chuàn)接成一個閉合(hé)回(huí)路,當兩(liǎng)個(gè)接(jiē)點 1 和 2 的溫 度不(bù)同(tóng)時(shí),如(rú)果 T > T 0 (如(rú)上圖(tú) 12-1熱電效應), 在回路中就(jiù)會(huì)產(chǎn)生(shēng)熱電動(dòng)勢, 在回路中產生一定(dìng)大小(xiǎo)的電流,此(cǐ)種(zhǒng)現(xiàn)象稱為(wéi) 熱(rè)電(diàn)效應 。

熱(rè)電(diàn)動(dòng)勢記(jì)為(wéi) EAB ,導體 A , B 稱為(wéi)熱電極。接(jiē)點 1 通常是焊接(jiē)在(zài)一起(qǐ)的(dí), 測量時將它置於(yú)測溫場所感受(shòu)被測溫(wēn)度,故稱(chēng)為測量端(或(huò)工(gōng)作(zuò)端,熱 端(duān))。

接點 2 要(yào)求溫(wēn)度恒定(dìng),稱(chēng)為(wéi)參考端(或冷(lěng)端(duān))。

3.熱電(diàn)效應

  導(dǎo)體(tǐ) A 和 B 組(zǔ)成的熱(rè)電偶(ǒu)閉合電(diàn)路(lù)在兩個接點(diǎn)處(chǔ)分別(bié)由(yóu)eAB (T) 與(yǔ) eAB (T0 )兩(liǎng)個接觸(chù)電(diàn)勢 ,又因(yīn)為 T > T0 ,在(zài)導體 A 和 B 中還各有一 個(gè)溫差(chà)電(diàn)勢(shì)。所以閉合回 路總(zǒng)熱(rè)電(diàn)動(dòng)勢(shì) EAB (T,T0 ) 應為(wéi)接觸(chù)電動勢和(hé)溫(wēn)差電勢(shì)的(dí)代數(shù)和,即:

4.閉合(hé)回路(lù)總(zǒng)熱(rè)電(diàn)動勢

 

  對(duì)於(yú)已(yǐ)選(xuǎn)定的(dí)熱電(diàn)偶,當參考溫度恒(héng)定時,總熱電動(dòng)勢就變成測量端(duān)溫度(dù) T 的單值函數,即 EAB ( T , T 0 )= f ( T ) 。這(zhè)就是熱電(diàn)偶(ǒu)測量(liáng)溫度(dù)的(dí)基本原理(lǐ)。

  在實(shí)際測(cè)溫時,必(bì)須在熱電偶(ǒu)閉合回(huí)路(lù)中(zhōng)引(yǐn)入(rù)連(lián)接導綫和(hé)儀表。

三(sān),有(yǒu)關(guān)熱(rè)電偶測溫的(dí)基(jī)本原(yuán)則

  由一種均質導(dǎo)體(tǐ)組成(chéng)的閉合回路(lù),不論(lùn)導(dǎo)體的橫(héng)截(jié)麵積,長(cháng)度以及(jí)溫度分布(bù)如(rú)何均不產生熱(rè)電動勢。

  如果熱(rè)電(diàn)偶的(dí)兩(liǎng)根熱(rè)電極由兩種(zhǒng)均質導(dǎo)體組成(chéng),那麼(mó),熱(rè)電(diàn)偶的(dí)熱電(diàn)動(dòng)勢僅與兩(liǎng)接點的(dí)溫度(dù)有(yǒu)關(guān),與(yǔ)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的溫(wēn)度(dù)分(fēn)布(bù)無(wú)關;

  如果(guǒ)熱(rè)電極(jí)為(wéi)非(fēi)均(jūn)質(zhì)電極(jí),並(bìng)處(chǔ)於(yú)具有溫(wēn)度梯度(dù)的(dí)溫場時,將產(chǎn)生附加電(diàn)勢(shì),如(rú)果僅從(cóng)熱(rè)電(diàn)偶的熱(rè)電動(dòng)勢大(dà)小來(lái)判斷(duàn)溫度的(dí)高(gāo)低就(jiù)會(huì)引(yǐn)起誤差。

  1.中間(jiān)導體定則(zé):

    2. 均(jūn)質導體定(dìng)則

  ,

  在(zài)熱(rè)電偶回路中(zhōng)接入第三種(zhǒng)材料(liào)的導體,隻要兩(liǎng)端的(dí)溫(wēn)度相(xiāng)等(děng),該(gāi)導體接入就不會影(yǐng)響熱電偶(ǒu)回路(lù)的總熱(rè)電(diàn)動勢(shì)。根據(jù)這(zhè)一(yī)定則,可(kě)以將(jiāng)熱電偶的(dí)一(yī)個(gè)接點斷開接(jiē)入 第(dì)三(sān)種導(dǎo)體 ,也(yě)可以將(jiāng)熱電偶的(dí)一種導體斷(duàn)開接入第(dì)三種導體,隻要每(měi)一種導體的兩端溫度相(xiāng)同,均不(bù)影(yǐng)響回路的總(zǒng)熱(rè)電(diàn)動(dòng)勢。

  在實(shí)際(jì)測溫(wēn)電(diàn)路中,必須有連(lián)接導綫(xiàn)和顯(xiǎn)示儀器(qì),若把(bǎ)連接(jiē)導綫和顯示(shì)儀器(qì)看成第三種導(dǎo)體 ,隻要(yào)他們的兩(liǎng)端(duān)溫(wēn)度相同,則不(bù)影(yǐng)響總(zǒng)熱(rè)電(diàn)動勢 。

3,參考電極定則(zé) :

  兩種(zhǒng)導體 A, B 分別與(yǔ)參考(kǎo)電(diàn)極(jí) C( 或稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)電極(jí) ) 組成熱電偶(ǒu),如果他們(mén)所(suǒ)產(chǎn)生(shēng)的(dí)熱電(diàn) 動(dòng)勢(shì)為已知, A 和 B 兩極(jí)配對後的熱電(diàn)動(dòng)勢(shì)可用下(xià)式求(qiú)得.由此可見,隻要(yào)知道兩(liǎng)種導(dǎo)體分別與參考電(diàn)極(jí)組成(chéng)熱(rè)電偶時的熱(rè)電動(dòng)勢(shì),就(jiù)可(kě)以(yǐ)依據參(cān)考電(diàn)極定(dìng)則計(jì)算出兩導體組(zǔ)成熱電(diàn)偶時(shí)的熱(rè)電動(dòng)勢。從而簡化(huà)了(liǎo)熱電偶的選配(pèi)工(gōng)作。由(yóu)於鉑的(dí)物(wù)理(lǐ)化(huà)學性質穩(wěn)定,熔點(diǎn)高,易(yì)提純,所以(yǐ)人(rén)們(mén)多(duō)采用(yòng)高純(chún)鉑作(zuò)為參(cān)考(kǎo)電極。

四,常用(yòng)熱(rè)電偶(ǒu)

  適於(yú)製作熱電偶(ǒu)的材料(liào)有300多(duō)種(zhǒng),其中(zhōng)廣(guǎng)泛應用的有(yǒu)40~50種(zhǒng)。 電工委(wěi)員(yuán)會向世界(jiè)各國推(tuī)薦(jiàn) 8 種(zhǒng)熱(rè)電(diàn)偶作(zuò)為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶.

  我國(guó)標(biāo)準化熱電偶也有 8 種(zhǒng)。分別是:鉑銠(lǎo) 10- 鉑(bó)(分度號(hào)為 S), 鉑(bó)銠 13- 鉑 (R) ,鉑銠 30- 鉑銠 6(B) ,鎳(niè)鉻(gè) - 鎳矽(guī) (K) ,鎳(niè)鉻(gè)-康銅 (E),鐵-康(kāng)銅(J),銅-康銅(tóng)(T)和鎳(niè)鉻矽(guī)-鎳(niè)矽(guī)(N)。下(xià)麵(miàn)簡要介紹其(qí)中(zhōng)幾種(zhǒng):

五,幾種常(cháng)用的熱電偶

1,鉑(bó)銠 10- 鉑熱電(diàn)偶  組(zǔ)成(chéng):由φ0.5mm 的純鉑(bó)絲(sī)和(hé)直徑(jìng)相(xiāng)同的鉑銠(lǎo)絲製(zhì)成(chéng),分度(dù)號為 S 。鉑(bó)銠絲為正 極(jí) , 純(chún)鉑(bó)絲為負極。

2. 特(tè)點:熱電性能(néng)好,抗氧化(huà)性(xìng)強(qiáng),宜(yí)在氧化(huà)性(xìng),惰(duò)性氣氛中(zhōng)連續(xù)使(shǐ)用(yòng) 。 長(cháng)期適(shì)用 的溫(wēn)度(dù)為(wéi) 1400℃ ,超(chāo)過(guò)此(cǐ)溫度時(shí),即使在空(kōng)氣(qì)中純鉑(bó)絲也將(jiāng)再結晶而使晶 粒增(zēng)大。短期使用溫(wēn)度為 1600℃ 。在所有的(dí)熱(rè)電偶中,它的(dí)準確度(dù)等級(jí)zui 高(gāo) ,通(tōng)常用作(zuò)標(biāo)準或測量(liáng)高溫的熱(rè)電偶,其使用(yòng)溫度範圍廣( 0~1600℃ ), 均(jūn)質(zhì)性及互換性好。其缺(quē)點是(shì)價格昂貴 , 熱電(diàn)勢較小,需(xū)配(pèi)靈敏度(dù)高(gāo)的(dí)顯(xiǎn)示(shì)儀表.

2, 鎳(niè)鉻(gè) - 鎳矽 ( 鎳鋁(lǚ) ) 熱(rè)電偶

1.組(zǔ)成:鎳鉻(gè)為(wéi)正(zhèng)極,鎳(niè)矽為(wéi)負極(jí),分(fēn)度(dù)號(hào)為(wéi)K。

2.特(tè)點: 使用溫度範(fàn)圍(wéi)寬(50~1300℃),高溫(wēn)下(xià)性(xìng)能(néng)較(jiào)穩(wěn)定(dìng), 熱電(diàn)動勢和(hé)溫(wēn)度(dù)的(dí)關(guān)係近似綫性,價格(gé)便(biàn)宜(yí),因此(cǐ)是 目(mù)前用量(liáng)zui大的一(yī)種熱(rè)電偶。它(tā)適(shì)用(yòng)於(yú)在(zài)氧化性和(hé)惰(duò)性氣氛(fēn)中(zhōng)連(lián)續(xù)使用,短期使(shǐ)用溫 度(dù)為(wéi)1200℃,長期(qī)使用溫(wēn)度(dù)為(wéi)1000℃

3,鎳鉻 — 康(kāng)銅熱電(diàn)偶(ǒu)

1. 組(zǔ)成:鎳鉻(gè)為正極(jí),康(kāng)銅為負極,分度(dù)號(hào)為(wéi) E

2. 特(tè)點(diǎn):它的(dí)zui大特(tè)點是在常(cháng)用(yòng)熱電偶中 熱電動(dòng)勢zui大(dà) ,即(jí)靈 敏度zui高, 適宜(yí)在(zài)250~870℃範(fàn)圍內的氧(yǎng)化性或惰性 氣(qì)氛(fēn)中使用 ,尤其適宜在0℃以(yǐ)下使用(yòng)。在濕(shī)度(dù)大(dà)的(dí)情(qíng) 況(kuàng)下,較其他熱電偶耐(nài)腐蝕(shí)。

4,銅(tóng) - 康銅(tóng)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)

1. 組成(chéng):純(chún)銅為(wéi)正極,康(kāng)銅(tóng)為(wéi)負極(jí),分度號為 T 。

2. 特(tè)點(diǎn):在金(jīn)屬熱電偶中(zhōng)準確(què)度zui高(gāo),熱(rè)電絲均匀性(xìng)好(hǎo),使用(yòng)溫(wēn)度(dù)範圍(wéi) 為 -200 ~ 350 ℃。

  此外(wài),還有非(fēi)標準化熱電(diàn)偶(ǒu),有鎢錸係列(屬難(nán)融金屬(shǔ)),鉑銠係列(liè),銥(yī)銠係(xì)列,鉑鉬係(xì)列(liè)及非金屬熱(rè)電偶(ǒu)等等.

 

 

安(ān)徽天(tiān)康(集團(tuán))股(gǔ)份有(yǒu)限公(gōng)司
:潘(pān)
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