热电偶原理测温及其应用定则

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,热电偶原理测温及其应用定则,过程控制系统教学辅助资料,1,1.3.2 工业常用接触式测温仪表,一、热电偶,（Thermocouple）,热电偶传感器在工业中使用极为广泛。其主要优点是测温精度高；热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性和复现性较好，响应时间较快；测温范围宽。热电偶常用测温上限可达,1600,，低温可达,-200,。,1,、热电偶温度计的工作原理,热电偶测温的基本原理是热电效应。两根不同材料的金属导体两端连接在一起，当,1,点与,2,点的温度不同时（,TT,0,），则回路中就会产生热电势，这种物理现象称为,热电效应,。,热电偶原理图,接触电势原理图,2,在实际应用中，温度为,T,的一侧是被测温度侧，又称电偶,工作端,或,热端,；,T,0,的一侧是参考温度侧，又称电偶,参考端,或,冷端,。,根据以上所述，可以得出下面几点结论：,1）,凡是两种不同性质的导体材料均可制成热电偶。,2）,热点偶所产生的热电势在热电极材料一定的条件下，仅决定于测量端和参考端的温度，而与电极形状无关。,3）,热点偶参考端温度必须保持恒定，最好保持为,0,。,其它温度计相比，热电偶温度计具有如下特点：,1） 热电偶可将温度量转换成电量进行检测,因此对于温度的测量、控制,以及对温度信号的放大、变换等都很方便;,2） 结构简单,制造容易,价格便宜;,3） 惰性较小,测温准确可靠,测温范围广;,4） 大多数热电偶性能都相当稳定,并有较好的互换性。,5） 必须有参考端,并且温度要保持恒定;,3,2、热电偶的应用定则,1）均质导体定则,由同一种匀质导体,(,电子密度处处相同,),组成的闭合回路中,不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如何,均不产生热电势。,这条定则说明：两种材料相同的热电极不能构成热电偶。,2）中间导体定则,在热电偶回路中接入第三种导体,只要与第三种导体相连接的两端温度相同,接入第三种导体后,对热电偶回路中的总电势没有影响。,3）中间温度定则,它是指热电偶在两接点温度为,T,、,T,0,时的热电势等于该热电偶在两接点温度分别为,T,、,T,n,和,T,n,、,T,0,时相应热电势的代数和。,4,3、热电偶结构及标准化热电偶,工业热电偶结构图,K,S,5,4、冷端温度处理,在热电偶的分度表中或分度检定时,冷端温度都保持在,0,;,在使用时,往往由于环境和现场条件等原因,冷端温度不能维持在,0,(,T,o,0),使热电偶输出的电势值产生误差,因此需要对热电偶冷端温度进行处理。,1,）补偿导线法,一种类型的补偿导线只能同相应的热电偶配套使用，而且有正负极，极性不可以接反。,2,）计算修正法,当用补偿导线把热电偶冷端延长到某一温度,T,0,处以后，由于,T,o,通常是环境温度且有,T,o,0,，因此还需要对冷端温度进行修正。,假设被测温度为,T,，热电偶冷端温度为,T,0,，所测得的电势值为,E,AB,（,T,T,0,）,。根据中间温度定则有：,利用热电偶分度表先查出,E,AB,（T,0,，0）,的数值，就可以计算出真实电势,E,AB,（T,0）,的数值，按照该值再查询分度表，即可得出被测温度,T,。,6,例,用,K,型热电偶在冷端温度为,25,时，测得热电势为,34.36mV,，求热电偶热端的实际温度。,解：查,K,型热电偶分度表知,E,AB,（,25,，,0,）,=1.00 mV,，测得,E,AB,（,T,25,）,=34.36mV,，则,再查询分度表知，,35.36mV,所对应的实际温度为,851,。（温度区间内查表按线性插值公式计算）,3,）电路补偿法,7,热电偶原理图,接触电势：,回路电势差：,8,接触电势原理图, ,N,A,N,B,电子扩散方向,9,T,C,B,A,T,0,热电偶接入第三种导体,因为,所以,10,习题,1,、,室温20,，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表无冷端补偿功能。测量电路如图所示，当仪表指示为100时，求被测物体的温度T 。（已知：E（20,0）=0.798mV; E（80,0）=3.266mV; E（100,0）=4.095mV; E（120,0）=4.919mV）。,119,2,、,室温20,，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表,具有,冷端补偿功能。测量电路如上图所示，当仪表指示为100时，此时用万用表测量热电偶的实测热电势为多少？（已知：E（20,0）=0.798mV; E（80,0）=3.266mV; E（100,0）=4.095mV; E（120,0）=4.919mV）。,3.297,11,