热电偶的基本原理和组成结构.ppt

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1、温度传感器1热电偶传感器23在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。特点：在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。4热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。温度热电动势信号温度显示热电偶仪器仪表5热电偶测温的基本原

2、理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。铜丝铁丝60.0070.118-0.11910热电偶测温原理1.热电效应两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。1112热电偶回路热电偶回路产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。当A，B两种不同导体接触时，两种金属A、B的自由电子密度不同分别为nA和nB（设nA>nB）。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。达到动态平

3、衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势eAB(t)。两种导体的接触电势示意图13两种导体的接触电势14接触电动势的大小与接点处温度高低和导体的电子密度有关。温度越高，接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。单一导体的温差电势对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且T>TO。单一导体温差电势示意图导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势。15热电偶回路总热电势：EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)式中：eAB

4、(T):热端接触电势；eB(T,TO):B导体温差电势；eAB(TO):冷端接触电势；eA(T,TO):A导体温差电势。16在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)显然，热电动势的大小与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关。17当热电偶两电极材料确定后，热电动势便只是两接点温度的函数。当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电势就只与温度T有关系，即：EAB(T,TO)=eAB(T)-c=f(T)18实际应用时可通过热电偶分

5、度表查出温度值。分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)192021可见当冷端温度t0恒定时，热电偶产生的热电动势只与热端的温度有关，即只要测得热电动势，便可确定热端的温度t。由此得到有关热电偶的几个结论：（1）热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。（2）若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。（3）热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有

6、关，与热电偶的尺寸、形状无关。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)没有小结的小结热电偶的热电动势与温度的关系表，称之为分度表。热电偶（包括后面要介绍的金属热电阻及测量仪表）分度表是IEC（国际电工委员会）发表的相关技术标准（国际温标）。该标准以表格的形式规定各种热电偶/阻在-271℃～2300℃每一个温度点上的输出电动势（参考端温度为0℃）。22分度表23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：热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产

7、。标准化热电偶/阻命名统一代号，称为分度号。我国指定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。24常用的4种标准化热电偶丝材料为铂铑10－铂、铂铑30－铂铑6、镍铬－铜镍、镍铬－镍硅（我国通常称为镍铬－康铜）。组成热电偶的两种材料，写在前面的为正极，写在后面的为负极。1）铂铑10－铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热电偶）特点是性能稳定，精度高，范围较大、抗氧化性强，长期使用温度可达1000℃，成本较高，热电动势较弱。2）铂铑13－铂热电偶（分度号为R，也称为单铂铑热电偶）同S型相比，它的热电动势率大

8、15%左右，其它性能几乎相同。25标准化热电偶材料和种类3）铂铑30－铂铑6热电偶（分度号为B，也称为双铂铑热电偶）在室温下，其热电动势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响。长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热电动势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。即使