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热电偶基础知识
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热电偶基础知识
 
定义1:基于泽贝克效应在电路中产生电动势的一对不同材料的导电体。电力-->电测与计量
定义2:一端结合在一起的一对不同材料的导体,并应用其热电效应实现温度测量的敏感元件。 机械工程-->仪器仪表元件-->敏感元件
 
概述:
热电偶是一种感温元件,是一种仪表。他直接测量温度,并把温度信号转化为热电动势信号,通过电气仪器转换成被测介质的温度。
 
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端结合成回路时,当两结合点热电偶温度不同时,就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存在温差时,显示仪表会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。各种热电偶通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要组成部分。
 
塞贝克效应:两种不同成分的材料导体组成闭合回路,但两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在热电动势。
 
两种不同成份的均质导体为热电极,温度高的一端为工作端,温度低的一端为自由端,自由端通常处理某个恒温的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表。
 
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,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。
 
热电偶测量温度时需要其冷端的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。故在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。
 
一般对热电偶的电极材料要求是:
A、在测温范围内,热电性质稳定,不随时间而变化,有足够的物理化学稳定性,不易氧化或腐蚀
B、电阻温度系数小,导电率高,比热小
C、测温中产生热电势要大,并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系
D、材料复制性好,机械强度高,制造工艺简单,价格便宜
 
热电偶类别
代号
分度号
测温范围
允许偏差限
铂铑30-铂铑6
WRR
B
0-1800℃
±0.25%t
铂铑10-铂
WRP
S
0-1600℃
±0.25%t
镍铬-镍硅
WRN
K
0-1300℃
±0.75%t
镍铬-康铜
WRE
E
0-800℃
±0.75%t
铂铑13-铂
WRB
R
0-1600℃
±0.25%t
 
 
结构:
组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
两个热电极彼此间应有很好的绝缘、以防短路;
补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离;
 
热电偶的种类:
装配热电偶、铠装热电偶、端面热电偶、压簧固定热电偶、高温热电偶、铂铑热电偶、防腐热电偶、耐磨热电偶、高压热电偶、特殊热电偶、手持式热电偶、微热电偶、贵金属热电偶、快速热电偶、钨铼热电偶、单芯热铠装电偶
 
常用热电偶材料:
热电偶分度号        热电极材料          使用温度
S 铂铑合金(铑含量10 %) 纯铂 0-1400   
R 铂铑合金(铑含量13 %) 纯铂 0-1400
B 铂铑合金(铑含量30%) 铂铑合金(铑含量6% ) 0-1800   
K 镍铬 镍硅 -200-+1000   
T 纯铜 铜镍 -200-+300   
J 铁 铜镍 -200-+600   
N 镍铬硅 镍硅 -200-+1200   
E 镍铬 铜镍 -200-+700
 
一般对热电偶的电极材料要求是:
E、在测温范围内,热电性质稳定,不随时间而变化,有足够的物理化学稳定性,不易氧化或腐蚀
F、电阻温度系数小,导电率高,比热小
G、测温中产生热电势要大,并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系
H、材料复制性好,机械强度高,制造工艺简单,价格便宜
 
热电偶类别
代号
分度号
测温范围
允许偏差限
铂铑30-铂铑6
WRR
B
0-1800℃
±0.25%t
铂铑10-铂
WRP
S
0-1600℃
±0.25%t
镍铬-镍硅
WRN
K
0-1300℃
±0.75%t
镍铬-康铜
WRE
E
0-800℃
±0.75%t
铂铑13-铂
WRB
R
0-1600℃
±0.25%t
 
 
热电偶基本定律:
 
A、均质导体定律:由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路,无论导体截面如何以及温度如何分布,将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中电势为零。
故,热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成,但若热电极材料不均匀,由于温度梯存在,将会产生附加热电势。
 
B、中间导体定律:
在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响
故,在热电偶实际测温应用中,常采用热端焊接、冷端开路的形式,冷端经连接导线与现实仪表连接构成测温系统,所以用铜导线连接热电偶前端到仪表读取mV值,在导线与热电偶连接处的不会产生接触电势。
 
C、中间温度定律:热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势,等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。
故,由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0℃时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值,需要按中间温度定律进行修正;
 
D、参考电极定律
用高纯度铂丝做标准电极,假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对,他们的值相加等于这只镍铬-镍硅的值。
 
 
 
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