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[接触式测温类] 热电偶的测量原理

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发表于 2006-3-27 23:48:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路时,如果两连接端温度不同,则会在回路内产生热电流的物理现象。
    热电偶由两根不同导线(热电极)组成,它们的一端是互相焊接的,形成热电偶的测量端,(也称工作端)。将它插入待测温度的介质中;而热电偶的另一端 (参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差,则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。

热电偶测温的应用原理

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是:
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理
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2-1-1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。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2.热电偶的种类及结构形成
(1)热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶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热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
① 组成热电偶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 补偿导线与热电偶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。
3.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵 金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热 电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷 端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到 仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

温度测量仪表的分类   
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚,帮需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大。


热电偶测量原理
热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。
热电偶测温的基本原理是热电效应。在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中 , 当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时, 在回路中就会产生热电势。这就是所谓的塞贝克效应。
导体 A 和 B 称为热电极。温度较高的一 端 (T 〉叫工作端 ( 通常焊接在一起 );温度较低的一端 (To 〉叫自由端 ( 通常处于某个恒定的温度下〉。
根据热电势与温度函数关系。可制成热电偶分度表。分度表是在自由端温度 To=00C 的条件下得到的。不同的热电偶具有不同的分度表。
在热电偶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, 热电偶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, 在热电偶测温时, 可接入测量仪表, 测得热电势后, 即可知道被测介质的温度。
从理论上讲, 任何两种导体都可以配制成热电偶, 但实际上并不是所有材料都能制作热电偶, 故对热电极材料必须满足以下几 点:
(1) 热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势, 热电势和温度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系;
(2)能测量较高的温度, 并在较宽的温度范国内应用, 经长期使用后, 物理、化学性能及热电特性保持稳定;
(3) 要求材料的电阻温度系数要小, 电阻率高, 导电性能好, 热容量要小;
(4) 复现性要好, 便于大批生产和互换, 便于制定统一的分度表;
(5) 机械性能好, 材质均匀;
(6)资源丰富, 价格便宜。

热电偶的测温原理 .rar

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热电偶的测温原理

notebook 该用户已被删除
发表于 2006-4-4 10:29:45 | 显示全部楼层
请问一下,热电偶的测量端的焊点(一般的焊材料)上是否会产生一个阻值,因此对测量值有一定的影响呢?
如果我只是将两根导线很好地缠绕,不焊,是否也有一样的测量结果?
我是个新人,麻烦指点。谢谢~
发表于 2006-4-4 13:01:54 | 显示全部楼层
原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 发表
请问一下,热电偶的测量端的焊点(一般的焊材料)上是否会产生一个阻值,因此对测量值有一定的影响呢?
如果我只是将两根导线很好地缠绕,不砮..

测量端的焊接质量影响测温的可靠性,要求测量端焊接牢固,具有金属光泽,表面圆滑,无沾污变质,夹渣和裂纹等,焊点尺寸尽量小些,通常焊点的直径为热电极直径的两倍。
焊接的方式:
1.电弧焊
2.其它焊接方式:如盐浴焊、盐水焊、水银焊、对焊等等
发表于 2006-4-5 10:48:31 | 显示全部楼层
有几个问题,请高手指点一下:
1.是不是电极越细响应时间越短?  粗的话响应时间长但更耐用?
2.电极的长度对热电偶有什么影响?
3.如何使用简便的方法检测热电偶的好坏,即能不能工作?
谢谢!
发表于 2006-4-6 11:22:01 | 显示全部楼层
原帖由 shiding 于 2006-4-5 10:48 发表
有几个问题,请高手指点一下:
1.是不是电极越细响应时间越短?  粗的话响应时间长但更耐用?
2.电极的长度对热电偶有什么影响?
3.如何使用箠...


首先要理解热电效应
1.2.没任何关系。。可以从汤姆逊电势的公式中看出
3.热电偶好坏光看是看不出来的,必须上设备
发表于 2006-4-7 16:42:23 | 显示全部楼层
在火场环境中普通的热电偶极易损坏,有时甚至要把电极放在火上来测火的温度,能达到800摄氏度,在这种情况下,加粗电极是不是有利于延长热电偶的寿命?
发表于 2006-4-7 18:09:51 | 显示全部楼层
原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 发表
在火场环境中普通的热电偶极易损坏,有时甚至要把电极放在火上来测火的温度,能达到800摄氏度,在这种情况下,加粗电极是不是有利于延长热电偶 ...

个人认为影响不大
发表于 2006-4-21 12:41:04 | 显示全部楼层
原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 发表
请问一下,热电偶的测量端的焊点(一般的焊材料)上是否会产生一个阻值,因此对测量值有一定的影响呢?
如果我只是将两根导线很好地缠绕,不砮..



对于不是很精确测量来说,两根导线很好地缠绕也是可以的,低温时影响不大,但高温和时间长后导线表面会产生一层氧化层,使造成测量失准.

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发表于 2006-4-21 12:54:46 | 显示全部楼层
原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 发表
在火场环境中普通的热电偶极易损坏,有时甚至要把电极放在火上来测火的温度,能达到800摄氏度,在这种情况下,加粗电极是不是有利于延长热电偶 ...


建议购买带保护管的热电偶,可以延长使用寿命.也有直径较小的,测量很方便.
如果热电偶长时间在高温下且露在空气中,容易使其材料不纯,测量误差增大.

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常靖 该用户已被删除
发表于 2006-7-17 11:11:24 | 显示全部楼层

偶丝粗细不影响测试精度,但会影响使用寿命。

影响热电偶寿命的主要原因是氧化,用密封的保护管是一个很好的降低偶丝氧化速度的方法,但是会损失一些响应时间。偶丝的粗细基本不影响响应时间,但是影响使用寿命。
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