❝热电偶:两种不同的金属 和 构成闭合回路,当两个接触温度不同时,回路中会产生热电势。
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「热电势」 由两种材料的 「接触电势」 和电一材料的 「温差电势」 决定。
—— 玻耳兹曼常数;
—— 接触面的绝对温度;
—— 单位电荷量;
——金属电极 的自由电子密度;
——金属电极 的自由电子密度。
「温差电势 (Thomson电势)」
—— 汤姆逊系数,它表示温度为 时所产生的电动势值,它与材料的性质有关。
「热电势:」
热电极A和B为同一种材料时, 。
若热电偶两端处于同一温度下, ,
则 。
「热电势存在必须具备两个条件:」
1)热电偶由两种不同的金属材料组成
2)两端存在温差。
热电势是 和 的温度函数的差。当 时, 则有:
与 之间有唯一对应的单值函数关系,因此可以用测量到的热电势 来得到对应的温度值 。
「1. 匀质导体定律」
由一种「匀质导体」所组成的「闭合回路」,「不论」导体的截面积如何及导体的「各处温度分布如何」,都「不能产生热电势」。
「热电偶的热电势仅与」两接点的温度有关,而与「沿热电极的温度分布无关」。
如果热电偶的热电极「是非匀质导体」,在不均匀温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极「材料的均匀性」是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。
「2. 中间导体定律」
在热电偶回路中接入另一种导体称中间导体 ,只要中间导体的两端温度相同,热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。
「3. 连接导体定律(中间温度定律)」
把热电极与其他导体连接构成热电偶回路,
当 与 , 与 材料分别相同时:
「例题:」
用 型热电偶测量某一温度,若参比端温度 ,测得的热电势 ,求测量端实际温度 。
解:
根据连接导体定律:
已知 , 查分度表有
反查分度表 对应的测量端实际温度为 。
「 型热电偶 (铂铑10-铂)分度表」
热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关,而且也与冷端温度有关,只有当冷端温度恒定,通过测量热电势的大小得到热端的温度。
热电偶的冷端处理和补偿
当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时,必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方,再考虑将冷端处理为 。
「几种冷端处理方法」
「1.」 「补偿导线法」
「(1)」 「组成:补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层」。
「(2)」 「热电偶补偿导线功能」:
「(3)」 「补偿导线又分为」 「延长型」 和 「补偿型」两种
「延长型」:补偿导线合金丝的名义「化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同」,用字母 附在热电偶分度号后表示。
「补偿型」:其合金丝的名称「化学成分与配用的热电偶不同,但其热电势值在 以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同」,有字母 附在热电偶分度号后表示。
「补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色:」
补偿导线只能用在规定的温度范围内 ;
热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同;
不同型号的热电偶配有不同的补偿导线;
补偿导线由正、负极需分别与热电偶正、负极相连;
补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。
「2.」 「计算修正法」
在实际应用中,热电偶的参比端往往不是 ,而是环境温度,这时测量出的回路热电势要小,因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。
因为环境温度一般在 间,可用半导体温度传感器测出环境温度 ,再从分度表中查出的 值,然后加上热电偶回路热电势 ,得到 值,反查分度表可得到准确的被测温度值。这是目前智能化热电偶测温仪的常用方法。
「3.」 「热电偶冷端温度恒温法(冰浴法)」
「适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。」
「4.」 「冷端电路补偿法」
「利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。」
用铜热电阻和锰铜电阻构成直流电桥来补偿。
冷端温度升高,铜热电阻阻值上升,直流电桥输出电压因此增大,补偿了冷端热电势。
问题:
如果把铜电阻换成热敏电阻可以吗?应该用哪一类型的热敏电阻?
(可以用PTC热敏电阻代替)
「标准化热电偶:工艺上比较成熟,能批量生产、性能稳定、应用广泛,具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热电偶可以互相交换,精度有一定的保证。」
「国际电工委员会( )共推荐了 种标准化热电偶 。」
「除标准化热电偶外,还有针对特殊应用开发的非标热电偶。」
「标准化热电偶技术数据表:」
「为保证热电偶的正常工作,热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘,而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。」
「1.」 「普通型装配式结构」
1—接线柱;2—接线座;3—绝缘套管;4—热电极
1—测量端;2—热电极;3绝缘套管;4—保护管;5—接线盒
「2.」 「柔性安装型铠装结构」
测量端的热容量小,响应速度快,绕性好,可弯曲,可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合,耐压、耐振、耐冲击。