《物理熱電偶》ppt課件

1、2021年12月27日星期一儀表及自動(dòng)化控制電氣信息學(xué)院電氣信息學(xué)院 測(cè)控系測(cè)控系方 挺.;2021年12月27日星期一2溫度檢測(cè)溫度檢測(cè)1. 溫度標(biāo)尺溫度標(biāo)尺 2. 接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫 3.溫度變送器溫度變送器4.非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫5.新型溫度傳感器新型溫度傳感器 2021年12月27日星期一3二、接觸式測(cè)溫二、接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫方法的分類和適用范圍接觸式測(cè)溫方法的分類和適用范圍-50120石英晶體溫度計(jì)石英晶體溫度計(jì)晶體的固有頻率隨溫度的變化而變化晶體的固有頻率隨溫度的變化而變化-50150集成溫度傳感器集成溫度傳感器半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)其他電其他電學(xué)類學(xué)類-

2、50300熱敏電阻熱敏電阻-50150銅熱電阻銅熱電阻-260850鉑熱電阻鉑熱電阻固體材料的電阻隨溫度而變化固體材料的電阻隨溫度而變化電阻類電阻類-2001800熱電偶熱電偶利用熱電效應(yīng)利用熱電效應(yīng)熱電類熱電類-80600雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)利用兩種金屬的熱膨脹差利用兩種金屬的熱膨脹差-100500壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)-200600玻璃液體溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)利用液體氣體的熱膨脹及物質(zhì)的蒸氣利用液體氣體的熱膨脹及物質(zhì)的蒸氣壓變化壓變化膨脹類膨脹類測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍典型儀表典型儀表原理原理類別類別2021年12月27日星期一4二、接觸式測(cè)溫二、接觸式測(cè)溫2. 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電

3、勢(shì)的產(chǎn)生熱電勢(shì)的產(chǎn)生2標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶4什么是熱電偶什么是熱電偶 3 1熱電偶基本定律熱電偶基本定律3 3熱電偶的結(jié)構(gòu)型式熱電偶的結(jié)構(gòu)型式6冷端處理與補(bǔ)償冷端處理與補(bǔ)償3 52021年12月27日星期一5熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)2.1 什么是熱電偶什么是熱電偶 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。它通過將兩種熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。它通過將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體A和和B的兩個(gè)接觸點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生的兩個(gè)接觸點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)

4、勢(shì)，并在回路中形成熱電流，因此，可將溫度的變化轉(zhuǎn)變電動(dòng)勢(shì)，并在回路中形成熱電流，因此，可將溫度的變化轉(zhuǎn)變成熱電勢(shì)或熱電流的變化。成熱電勢(shì)或熱電流的變化。 測(cè)量精度高；測(cè)量精度高； 測(cè)量范圍廣；測(cè)量范圍廣； 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便；構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便； 將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，便于處理和遠(yuǎn)傳。將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，便于處理和遠(yuǎn)傳。 熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的接觸，不受中間介質(zhì)的影響。影響。ATBT0EAB(T，T0)T T0A B常用的熱電偶從常用的熱電偶從-50+1600-50+1600均可邊續(xù)測(cè)均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269

5、-269，最高可達(dá)最高可達(dá)+2800+2800（鎢（鎢- -錸）錸）2021年12月27日星期一62.2 熱電勢(shì)的產(chǎn)生熱電勢(shì)的產(chǎn)生 熱電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)熱電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)！接觸電勢(shì)：接觸電勢(shì)：金屬導(dǎo)體的材料不同，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子密度不同金屬導(dǎo)體的材料不同，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子密度不同 自由自由電子擴(kuò)散電子擴(kuò)散 若若A導(dǎo)體的自由電子密度較大，則導(dǎo)體的自由電子密度較大，則較多的自由電子由較多的自由電子由A至至B，而返回較少，而返回較少平衡時(shí)，平衡時(shí)，A導(dǎo)體失去電子帶正電，導(dǎo)體失去電子帶正電，B導(dǎo)體得到電子導(dǎo)體得到電子帶負(fù)電帶負(fù)電 A、B 接觸處形成一定的電位差，及接觸電勢(shì)（帕爾帖電接觸處形成一定

6、的電位差，及接觸電勢(shì)（帕爾帖電勢(shì)）。勢(shì)）。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBT0EAB(T，T0)T T0A B lnAABBNkTeTeNeAB(T)ABT+-電場(chǎng)電場(chǎng)k：玻爾茲曼常數(shù)：玻爾茲曼常數(shù)（k=1.381023J/K）e：電子電荷量：電子電荷量（e1.6021019）NA：導(dǎo)體：導(dǎo)體A電子密度電子密度NB：導(dǎo)體：導(dǎo)體B電子密度電子密度T：接觸點(diǎn)絕對(duì)溫度：接觸點(diǎn)絕對(duì)溫度2021年12月27日星期一7溫差電勢(shì)：溫差電勢(shì)：?jiǎn)我粚?dǎo)體兩端溫度不同，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子高單一導(dǎo)體兩端溫度不同，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子高溫端具較大動(dòng)能溫端具較大動(dòng)能 自由電子向低溫端擴(kuò)散自由電子向低溫端擴(kuò)散 高溫端失去電高溫端失

7、去電子帶正電，低溫端得到電子帶負(fù)電子帶正電，低溫端得到電子帶負(fù)電 導(dǎo)體內(nèi)部形成靜電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)部形成靜電場(chǎng)，阻止電子繼續(xù)擴(kuò)散阻止電子繼續(xù)擴(kuò)散動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一個(gè)電位差，及溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）。位差，及溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)AT+-電場(chǎng)電場(chǎng)T0eA(T，T0)00,TATeT TdT : :湯姆遜系數(shù)，表示溫差為湯姆遜系數(shù)，表示溫差為11時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，與導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，與導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)。材料的性質(zhì)有關(guān)。2021年12月27日星期一8 000AB0ABA0AB0B00E,e,lnlnTATATBATBTBTT T

8、eTeT TeTT TNkTNkTdteNeN回路總電勢(shì)回路總電勢(shì)熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBT0EAB(T，T0)eAB(T)eAB(T0)eA(T，T0)eB(T，T0) 0AB0ABAB0000E,TTBABAT TeTdteTdtf Tf T熱電勢(shì)是熱電勢(shì)是T T和和T T0 0的溫度函數(shù)的差，而不的溫度函數(shù)的差，而不是溫差的函數(shù)熱電勢(shì)的非線性是溫差的函數(shù)熱電勢(shì)的非線性2021年12月27日星期一9！結(jié)論：熱電勢(shì)的大小只與兩種導(dǎo)體材料！結(jié)論：熱電勢(shì)的大小只與兩種導(dǎo)體材料A、B及冷熱端溫度及冷熱端溫度有關(guān)，與熱電極的形狀、大小、長(zhǎng)短，以及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。有關(guān)，與熱電極的形狀、大小、

9、長(zhǎng)短，以及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)若兩個(gè)電極為同種導(dǎo)體，則若兩個(gè)電極為同種導(dǎo)體，則NA=NB，A= B，則，則EAB(T，T0) 0，即熱電偶必為兩種材料組成；即熱電偶必為兩種材料組成；若若T=T0，則，則EAB(T，T0)0，即產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是兩接點(diǎn)溫，即產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是兩接點(diǎn)溫度不同；導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。度不同；導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。若若T00，則，則EAB(T，T0)f（T）,熱電勢(shì)和溫度之間為唯一對(duì)熱電勢(shì)和溫度之間為唯一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系。應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系。結(jié)論結(jié)論2021年12月27日星期一102.3 幾個(gè)常用的定律幾個(gè)常用的定律 均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由同一種

10、均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和由同一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不產(chǎn)生熱電勢(shì)。長(zhǎng)度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBT0EAB(T，T0)T T0A B在制作熱電偶時(shí)，在制作熱電偶時(shí)，一定要選用均質(zhì)材一定要選用均質(zhì)材料，以防止因材質(zhì)料，以防止因材質(zhì)不均勻而產(chǎn)生附加不均勻而產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，造成測(cè)量熱電勢(shì)，造成測(cè)量誤差。誤差。熱電偶必須采用兩種熱電偶必須采用兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成。不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成。2021年12月27日星期一11中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 A、B構(gòu)成的熱電偶回路接入第三種

11、導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶回路接入第三種導(dǎo)體C，只要中間導(dǎo)體兩，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，那么中間接入的導(dǎo)體對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)端溫度相同，那么中間接入的導(dǎo)體對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)沒有影響。沒有影響。 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBTCCATBT0ACTC根據(jù)此性質(zhì)可在根據(jù)此性質(zhì)可在熱電偶回路中引熱電偶回路中引入各種測(cè)量?jī)x表、入各種測(cè)量?jī)x表、連線等均不影響連線等均不影響熱電勢(shì)的測(cè)量熱電勢(shì)的測(cè)量ATBTCCD如第三種導(dǎo)體兩端溫如第三種導(dǎo)體兩端溫度不等，將造成熱電度不等，將造成熱電勢(shì)變化，變化取決于勢(shì)變化，變化取決于導(dǎo)體熱電性質(zhì)與接點(diǎn)導(dǎo)體熱電性質(zhì)與接點(diǎn)溫度。因此，接入導(dǎo)溫度。因此，接入導(dǎo)體材料要盡量與熱電

12、體材料要盡量與熱電偶熱電性質(zhì)相近偶熱電性質(zhì)相近2021年12月27日星期一12000,ABACCBET TET TET T標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律 如果如果A，B對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極C材料的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則材料的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則A，B構(gòu)成構(gòu)成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為它們分別對(duì)熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為它們分別對(duì)C構(gòu)成的熱電偶時(shí)產(chǎn)生的構(gòu)成的熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)只要通過實(shí)驗(yàn)獲得某些只要通過實(shí)驗(yàn)獲得某些電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電電極與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電動(dòng)勢(shì)，則其中任何兩個(gè)動(dòng)勢(shì)，則其中任何兩個(gè)電極配成的熱電偶電動(dòng)電極配成的熱電偶電動(dòng)勢(shì)可以通過計(jì)算獲得，勢(shì)可以通過計(jì)算獲

13、得，可大大簡(jiǎn)化熱電偶選配可大大簡(jiǎn)化熱電偶選配工作工作BATT0CATT0BCTT0=+2021年12月27日星期一13連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中，如果熱電極在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別和連接導(dǎo)體分別和連接導(dǎo)體A、B相連，其接點(diǎn)溫度分別為相連，其接點(diǎn)溫度分別為T，TC 和和T0，則回路的總熱電勢(shì)，則回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶的熱電勢(shì)和連接導(dǎo)體的熱電勢(shì)的代數(shù)和。即等于熱電偶的熱電勢(shì)和連接導(dǎo)體的熱電勢(shì)的代數(shù)和。即熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)TABT0EAB(T，T0)TCTCAB00,ABB ACABCA BCET T TET TET T 此性質(zhì)為工業(yè)測(cè)溫此性質(zhì)為工業(yè)測(cè)溫引入補(bǔ)償導(dǎo)線

14、提出引入補(bǔ)償導(dǎo)線提出了理論基礎(chǔ)了理論基礎(chǔ)2021年12月27日星期一14中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為在接點(diǎn)溫度為T，T0 時(shí)的熱電勢(shì)等于熱電偶時(shí)的熱電勢(shì)等于熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為在接點(diǎn)溫度為T，TC 和和TC ，T0 的熱電勢(shì)的代數(shù)和，即的熱電勢(shì)的代數(shù)和，即熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBT0EAB(T，T0)TCTCAB00,ABABCABCET TET TET T根據(jù)此性質(zhì)，只要列根據(jù)此性質(zhì)，只要列出熱電勢(shì)在冷端為出熱電勢(shì)在冷端為0 0的分度表，就可以的分度表，就可以求出冷端在其它溫度求出冷端在其它溫度時(shí)的熱電勢(shì)值時(shí)的熱電勢(shì)值2021年12月27日星期一15例：

15、用鎳鉻鎳硅（例：用鎳鉻鎳硅（ K型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若冷端溫度為型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若冷端溫度為25，測(cè)，測(cè)得的熱電勢(shì)為得的熱電勢(shì)為20.54mV，求測(cè)量端的實(shí)際溫度，反之，若已知測(cè)量端，求測(cè)量端的實(shí)際溫度，反之，若已知測(cè)量端實(shí)際溫度為實(shí)際溫度為800 ，其它條件同上，則測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為多少？，其它條件同上，則測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為多少？熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)溫度溫度T()T()K K型熱電偶熱電型熱電偶熱電勢(shì)勢(shì)E(mV)E(mV)25251.0001.00049749720.51620.51649849820.55920.55952152121.54021.54077577532.247

16、32.24780080033.27533.275KE (25,0)=1.00mVKSSET,0 =E T,25 +E 25,0=20.54+1.000=21.54mVKE800,0 =33.275mVKKKE800,25 =E800,0 -E25,0=33.275-1.000=32.275mV 查查K型熱電偶分度表，得設(shè)備真實(shí)溫型熱電偶分度表，得設(shè)備真實(shí)溫度為度為521。2021年12月27日星期一16熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)2.4 標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 任何兩種導(dǎo)體都可組成熱電偶，但作為測(cè)溫的熱電偶需滿足：任何兩種導(dǎo)體都可組成熱電偶，但作為測(cè)溫的熱電偶需滿足：電勢(shì)值大，隨溫度

17、單調(diào)上升，最好線性電勢(shì)值大，隨溫度單調(diào)上升，最好線性材料易獲得，有較好的延展性，易于加工材料易獲得，有較好的延展性，易于加工熱電性質(zhì)穩(wěn)定；復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格低，物理、化學(xué)性穩(wěn)定熱電性質(zhì)穩(wěn)定；復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格低，物理、化學(xué)性穩(wěn)定電極的電阻小，溫度系數(shù)小電極的電阻小，溫度系數(shù)小按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求，可將熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩種。按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求，可將熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩種。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一的分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)化具有統(tǒng)一的分度表并已列

18、入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互換，精度有一定的保證，并有熱電偶可以互換，精度有一定的保證，并有配套的顯示和記錄儀表配套的顯示和記錄儀表可可供選用。供選用。 非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：雖然已有產(chǎn)品，也能夠使用，但沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，雖然已有產(chǎn)品，也能夠使用，但沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使用前仍需個(gè)別標(biāo)定來確定熱電勢(shì)和溫度之間的關(guān)系的熱電偶，其存使用前仍需個(gè)別標(biāo)定來確定熱電勢(shì)和溫度之間的關(guān)系的熱電偶，其存在的主要目的是在的主要目的是進(jìn)一步擴(kuò)展高溫和低溫進(jìn)一步擴(kuò)展高溫和低溫的范圍。的范圍。2021年12月27日星期一17熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電偶名稱熱電偶名稱分度號(hào)分度號(hào)熱電極性識(shí)別

19、熱電極性識(shí)別E(100，0)（mV）測(cè)溫范圍（測(cè)溫范圍（ ）對(duì)分度表允許偏差對(duì)分度表允許偏差新新極性極性識(shí)別識(shí)別長(zhǎng)期長(zhǎng)期短期短期 等級(jí)等級(jí)使用溫度使用溫度允差允差鉑銠鉑銠10鉑鉑S正正亮白較硬亮白較硬0.6460130016006001.5 負(fù)負(fù)亮白較軟亮白較軟6000.25t鉑銠鉑銠13鉑鉑R正正較硬較硬0.6470130016001100 0.25t鉑銠鉑銠30鉑鉑6B正正較硬較硬0.0330160018006008004 負(fù)負(fù)較軟較軟800 0.5t鎳鉻鎳硅鎳鉻鎳硅K正正不親磁不親磁41300-401300 2.5 或或 0.75t負(fù)負(fù)稍親磁稍親磁-200402

20、.5 或或 1.5t鎳鉻硅鎳硅鎳鉻硅鎳硅N正正不親磁不親磁2.774-2001200 1300-401100 1.5 或或 0.4t負(fù)負(fù)稍親磁稍親磁-4013002.5 或或 0.75t鎳鉻康銅鎳鉻康銅E正正暗綠暗綠6.319-200760850-40900 2.5 或或 0.75t負(fù)負(fù)亮黃亮黃-20040 2.5 或或 1.5t銅康銅銅康銅T正正紅色紅色4.279-200350400-403501 或或0.75 t負(fù)負(fù)銀白色銀白色-200401 或或1.5 t鐵康銅鐵康銅J正正親磁親磁5.269-40600750-40750 2.5 或或0.75 t負(fù)負(fù)不親磁不親磁標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

21、熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)價(jià)格便宜，耐價(jià)格便宜，耐H2和和CO2氣體腐蝕，在含碳或鐵的條件氣體腐蝕，在含碳或鐵的條件下使用也很穩(wěn)定，可用于下使用也很穩(wěn)定，可用于真空、氧化、還原和惰性氣真空、氧化、還原和惰性氣氛中氛中，適用于化工生產(chǎn)過程的穩(wěn)定測(cè)量，適用于化工生產(chǎn)過程的穩(wěn)定測(cè)量熱電勢(shì)較大，靈敏度高，線性度和復(fù)現(xiàn)性好，中低溫?zé)犭妱?shì)較大，靈敏度高，線性度和復(fù)現(xiàn)性好，中低溫穩(wěn)定性好，耐磨蝕，價(jià)格便宜，穩(wěn)定性好，耐磨蝕，價(jià)格便宜，廣泛用于中低溫測(cè)量廣泛用于中低溫測(cè)量準(zhǔn)確度較高，準(zhǔn)確度較高，靈敏度靈敏度是所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶中最高的，穩(wěn)是所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶中最高的，穩(wěn)定性好，價(jià)格便宜，廣泛用于低溫測(cè)量，定性好，價(jià)格便宜，廣泛用

22、于低溫測(cè)量，可用于濕度可用于濕度較大的環(huán)境中較大的環(huán)境中在相同條件下，特別是在相同條件下，特別是11001300高溫條件下，高溫條件下，高高溫穩(wěn)定性和使用壽命較溫穩(wěn)定性和使用壽命較K型有成倍提高型有成倍提高，價(jià)格遠(yuǎn)低于，價(jià)格遠(yuǎn)低于S型熱電偶，而性能相近，在型熱電偶，而性能相近，在2001300范圍內(nèi)，有范圍內(nèi)，有全面代替廉價(jià)金屬熱電偶和部分全面代替廉價(jià)金屬熱電偶和部分S型熱電偶的趨勢(shì)型熱電偶的趨勢(shì)熱電勢(shì)大，靈敏度高、線性好，性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好、熱電勢(shì)大，靈敏度高、線性好，性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好、價(jià)格較便宜，廣泛用于高溫測(cè)量，是目前價(jià)格較便宜，廣泛用于高溫測(cè)量，是目前用量最大的用量最大的廉金屬熱電偶

23、廉金屬熱電偶優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限高，穩(wěn)定性好，優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限高，穩(wěn)定性好，在冷端溫度低于在冷端溫度低于100 時(shí)不用考慮溫度補(bǔ)償問題，時(shí)不用考慮溫度補(bǔ)償問題，缺點(diǎn)：熱電勢(shì)小，線性較差，線性差且價(jià)格高，高溫缺點(diǎn)：熱電勢(shì)小，線性較差，線性差且價(jià)格高，高溫情況下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差情況下機(jī)械強(qiáng)度下降，抗污染能力差與與S型熱電偶的綜合性能相當(dāng)，但穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性優(yōu)型熱電偶的綜合性能相當(dāng)，但穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于于S型，熱電勢(shì)比型，熱電勢(shì)比S型大型大15，主要用于，主要用于進(jìn)口設(shè)備的附進(jìn)口設(shè)備的附帶測(cè)溫裝置帶測(cè)溫裝置優(yōu)點(diǎn)：熱電特性穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)優(yōu)點(diǎn)：熱電特性穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)溫

24、范圍廣，測(cè)量精度高溫范圍廣，測(cè)量精度高缺點(diǎn)：熱電勢(shì)小，靈敏度低，線性差且價(jià)格高，高溫缺點(diǎn)：熱電勢(shì)小，靈敏度低，線性差且價(jià)格高，高溫情況下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染敏感情況下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染敏感用途：可做為用途：可做為基準(zhǔn)熱電偶基準(zhǔn)熱電偶，用于，用于精密測(cè)量精密測(cè)量2021年12月27日星期一18熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：貴金屬熱電偶貴金屬熱電偶：鉑銠系列（最高測(cè)溫：鉑銠系列（最高測(cè)溫1850，熱電勢(shì)為線性，穩(wěn)定性，熱電勢(shì)為線性，穩(wěn)定性好）好） 銥銠系列銥銠系列 （最高測(cè)溫（最高測(cè)溫2250，熱電勢(shì)大，線性好），熱電勢(shì)大，線性好） 鉑金（穩(wěn)鉑金（穩(wěn)定性好，主要用于航天

25、技術(shù)和高精度測(cè)量領(lǐng)域）定性好，主要用于航天技術(shù)和高精度測(cè)量領(lǐng)域）貴廉金屬混合式熱電偶貴廉金屬混合式熱電偶：金鐵合金（主要用于低溫測(cè)量，測(cè)溫范圍：金鐵合金（主要用于低溫測(cè)量，測(cè)溫范圍2700 ）雙鉑鉬系列（正負(fù)極均為鉑鉬合金，但合金中元素比例）雙鉑鉬系列（正負(fù)極均為鉑鉬合金，但合金中元素比例不同，如鉑不同，如鉑5鉬鉑鉬鉑1鉬熱電偶可用于核輻射場(chǎng)合中，也可在真空和惰鉬熱電偶可用于核輻射場(chǎng)合中，也可在真空和惰性氣體中長(zhǎng)期使用，最高溫度為性氣體中長(zhǎng)期使用，最高溫度為1600 ）難熔金屬熱電偶難熔金屬熱電偶：鎢錸合金熱電偶（熔點(diǎn)高于：鎢錸合金熱電偶（熔點(diǎn)高于3000 ，最高測(cè)溫，最高測(cè)溫25002800

26、 ，在冶金、建材、航空航天和核能工業(yè)中應(yīng)用廣泛）鎢鉬，在冶金、建材、航空航天和核能工業(yè)中應(yīng)用廣泛）鎢鉬熱電偶（最高測(cè)溫?zé)犭娕迹ㄗ罡邷y(cè)溫2000 ，價(jià)格便宜，但熱電勢(shì)?。瑑r(jià)格便宜，但熱電勢(shì)?。┓墙饘贌犭娕挤墙饘贌犭娕迹耗壳疤幱谘芯侩A段，瓶頸問題是復(fù)現(xiàn)性和機(jī)械強(qiáng)度差，：目前處于研究階段，瓶頸問題是復(fù)現(xiàn)性和機(jī)械強(qiáng)度差，但熱電勢(shì)非常大，如碳硅碳熱電偶在但熱電勢(shì)非常大，如碳硅碳熱電偶在1700 可達(dá)可達(dá)508mV，是金屬熱，是金屬熱電偶的近百倍，測(cè)溫上限可達(dá)電偶的近百倍，測(cè)溫上限可達(dá)3000 2021年12月27日星期一192.5 熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：

27、從熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電勢(shì)的大小不僅和熱端溫度有從熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電勢(shì)的大小不僅和熱端溫度有關(guān)，而且也和冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度固定不變，才能關(guān)，而且也和冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度固定不變，才能通過熱電勢(shì)的大小去判斷熱端溫度的高低。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)較通過熱電勢(shì)的大小去判斷熱端溫度的高低。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)較大時(shí)？大時(shí)？ 解決的辦法：解決的辦法： 將熱電極延長(zhǎng)將熱電極延長(zhǎng)冷端引到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，然后再考慮冷端引到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，然后再考慮將冷端溫度處理為將冷端溫度處理為0 熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償! 常用的方法：常用的方法：補(bǔ)償導(dǎo)線法，冰點(diǎn)槽法，計(jì)算修正法

28、，冷端補(bǔ)償器法，軟件補(bǔ)償導(dǎo)線法，冰點(diǎn)槽法，計(jì)算修正法，冷端補(bǔ)償器法，軟件修正法修正法熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)2021年12月27日星期一20補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法 采用一定溫度范圍內(nèi)（如采用一定溫度范圍內(nèi)（如20100），熱電性質(zhì)與熱電），熱電性質(zhì)與熱電偶的熱電性質(zhì)基本相同，但材料不同、價(jià)格較便宜的金屬導(dǎo)體偶的熱電性質(zhì)基本相同，但材料不同、價(jià)格較便宜的金屬導(dǎo)體將熱電偶的熱電極延長(zhǎng)，由于將熱電偶的熱電極延長(zhǎng)，由于A、B的熱電性質(zhì)與的熱電性質(zhì)與A、B相近，相近，可將其視為可將其視為A、B電極的延長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。電極的延長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)ATBCAB0T 0T T0T

29、0用到的定律：用到的定律：連接導(dǎo)線定律連接導(dǎo)線定律000,allABA BEET TET T 0000,ABABABET TET TET T中間溫度定律中間溫度定律0000,A BABET TET T 0,allABEET T2021年12月27日星期一21補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償導(dǎo)線的特點(diǎn)特點(diǎn)通常由補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層組成，通常由補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層組成，在一定溫度范圍內(nèi)具有和所匹配的熱電偶熱電勢(shì)標(biāo)稱值在一定溫度范圍內(nèi)具有和所匹配的熱電偶熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同的特性相同的特性;采用補(bǔ)償導(dǎo)線可改善熱電偶測(cè)溫線路的物理性能和機(jī)械采用補(bǔ)償導(dǎo)線可改善熱電偶測(cè)溫線路的物理性能和機(jī)械性能

30、。采用多股線芯或小線徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路撓性，性能。采用多股線芯或小線徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路撓性，接線方便，也可調(diào)節(jié)線路電阻和屏蔽外界的干擾接線方便，也可調(diào)節(jié)線路電阻和屏蔽外界的干擾;采用補(bǔ)償導(dǎo)線可降低線路成本，節(jié)約熱電偶材料。采用補(bǔ)償導(dǎo)線可降低線路成本，節(jié)約熱電偶材料。補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償導(dǎo)線的分類分類延長(zhǎng)型延長(zhǎng)型：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱：補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，字母值與配用的熱電偶相同，字母“X”表示表示補(bǔ)償型補(bǔ)償型：其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，：其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在但其熱電勢(shì)值在100下與配

31、用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相下與配用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，用字母同，用字母“C”表示表示熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)補(bǔ)補(bǔ)償償導(dǎo)導(dǎo)線線合合金金絲絲2021年12月27日星期一22熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)、線芯材質(zhì)和絕緣層著色 2021年12月27日星期一23熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)必須注意的問題必須注意的問題補(bǔ)償導(dǎo)線只能在補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（一般為內(nèi)（一般為0100）與熱電偶的熱電勢(shì)與熱電偶的熱電勢(shì)相等或相近相等或相近；不同型號(hào)的熱電偶有不同型號(hào)的熱電偶有不同的不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償導(dǎo)線；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)要保持熱

32、電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)要保持同溫同溫；補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極有正負(fù)極，分別與熱電偶的正負(fù)極相連；，分別與熱電偶的正負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端溫，當(dāng)自由端溫度不等于度不等于0時(shí)，還需要進(jìn)行其他的補(bǔ)償與修正；時(shí)，還需要進(jìn)行其他的補(bǔ)償與修正；不同的補(bǔ)償導(dǎo)線有不同的不同的補(bǔ)償導(dǎo)線有不同的顏色顏色。 2021年12月27日星期一24參比端恒溫法參比端恒溫法 在工業(yè)應(yīng)用時(shí)，一般把補(bǔ)償導(dǎo)線的末端在工業(yè)應(yīng)用時(shí)，一般把補(bǔ)償導(dǎo)線的末端(即熱電偶的自由端即熱電偶的自由端)引至電加引至電加熱的熱的恒溫器恒溫器中，使其維持在某一恒定的溫度。通常一個(gè)恒

33、溫器可供多中，使其維持在某一恒定的溫度。通常一個(gè)恒溫器可供多支熱電偶同時(shí)使用。在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把自由端放在盛有支熱電偶同時(shí)使用。在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把自由端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的容器中，以使自絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的容器中，以使自由端溫度保持為由端溫度保持為0，這種方法稱為冰點(diǎn)槽法。，這種方法稱為冰點(diǎn)槽法。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)2021年12月27日星期一25熱電偶溫度熱電偶溫度計(jì)算修正法計(jì)算修正法用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的自由端延長(zhǎng)到用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的自由端延長(zhǎng)到t0處處(通常是環(huán)境溫度通常是環(huán)境溫度)，只要知道該溫度值，并

34、測(cè)出熱電偶回路的電勢(shì)值，通過查熱電只要知道該溫度值，并測(cè)出熱電偶回路的電勢(shì)值，通過查熱電偶分度表計(jì)算的方法，就可以求得被測(cè)實(shí)際溫度。偶分度表計(jì)算的方法，就可以求得被測(cè)實(shí)際溫度。mV,0E t0,0E t00tt C0,E t t冷端冷端熱端熱端由于熱電勢(shì)的非線性，熱電勢(shì)是溫度函數(shù)的差，而不是溫由于熱電勢(shì)的非線性，熱電勢(shì)是溫度函數(shù)的差，而不是溫差的單值函數(shù)差的單值函數(shù)2021年12月27日星期一26例：用分度號(hào)為例：用分度號(hào)為S型的鉑銠鉑熱電偶測(cè)量某設(shè)備溫度，測(cè)得型的鉑銠鉑熱電偶測(cè)量某設(shè)備溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為的熱電勢(shì)為12mV，冷端溫度為，冷端溫度為25，求設(shè)備的真實(shí)溫度，求設(shè)備的真實(shí)溫度，如改

35、用如改用K型熱電偶，在相同的條件下，測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為型熱電偶，在相同的條件下，測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為多少？多少？熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)溫度溫度T()T()熱電勢(shì)熱電勢(shì)E(mV)E(mV)K K型熱電偶型熱電偶S S型熱電偶型熱電偶25251.0001.0000.143014312.1432.3052.30530330312.33312.3332.3542.35431931913.00013.0002.4972.49732432413.20313.2032.5342.5341204120448.98448.98411.99911.9991216121649.42049.42

36、012.14312.1431219121949.52949.52912.17312.173SE (25,0)=0.143mVSE T,0 =12+0.143=12.143mVKE1216,0 =49.420mVKKKE1216,25 =E1216,0 -E25,0=49.420-1.000=48.420mV 查查S型熱電偶分度表，得設(shè)備型熱電偶分度表，得設(shè)備真實(shí)溫度為真實(shí)溫度為1216。改用改用K型熱電偶，相同條件下，型熱電偶，相同條件下，測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為48.420mV。2021年12月27日星期一27冷端補(bǔ)償器法冷端補(bǔ)償器法 采用一個(gè)銅電阻，三個(gè)錳銅電阻構(gòu)成不平衡電橋。且采

37、用一個(gè)銅電阻，三個(gè)錳銅電阻構(gòu)成不平衡電橋。且 UEAB(t，t0)Uab 冷端冷端t00 回路熱電勢(shì)回路熱電勢(shì)EAB(t，t0)減小減小 RCu增大增大電橋不再平衡電橋不再平衡 Uba增大增大 Uba和熱電勢(shì)串聯(lián)，電勢(shì)疊加，起補(bǔ)償作用。擇合適的和熱電勢(shì)串聯(lián)，電勢(shì)疊加，起補(bǔ)償作用。擇合適的R值，使值，使Uba增加增加值等于值等于EAB(t，t0)減小值，可完全消除冷端變化影響。減小值，可完全消除冷端變化影響。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫元件測(cè)溫元件要求：要求：1 1）不同分度號(hào)的熱電偶配用不同的冷端補(bǔ)償器）不同分度號(hào)的熱電偶配用不同的冷端補(bǔ)償器2 2）補(bǔ)償器中銅電阻必須與冷端同溫）補(bǔ)償器中銅電阻

38、必須與冷端同溫3 3）補(bǔ)償范圍有限（一定精度內(nèi)，一般為）補(bǔ)償范圍有限（一定精度內(nèi)，一般為0 050 50 ）4 4）極性不能接反）極性不能接反AtB0t0tmV 0,Et taCuR2R1R3RbbaUUdc2021年12月27日星期一28例：有一個(gè)實(shí)際的熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，兩個(gè)熱電極的材料為鎳鉻和鎳硅，例：有一個(gè)實(shí)際的熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，兩個(gè)熱電極的材料為鎳鉻和鎳硅，L1和和L2分別為分別為配鎳鉻鎳硅熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，測(cè)量系統(tǒng)配配鎳鉻鎳硅熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，測(cè)量系統(tǒng)配K型熱電偶的溫度顯示儀表型熱電偶的溫度顯示儀表(帶補(bǔ)償電橋帶補(bǔ)償電橋)來顯示被測(cè)溫度的大小，設(shè)來顯示被測(cè)溫度的大小，設(shè)t 300。tc5

39、0，t020，求測(cè)量回路的總電勢(shì)及，求測(cè)量回路的總電勢(shì)及溫度儀表的讀數(shù)；溫度儀表的讀數(shù)；解：由題意可知，使用的熱電偶分度號(hào)為解：由題意可知，使用的熱電偶分度號(hào)為K型，則回路總電勢(shì)型，則回路總電勢(shì)式中，式中， 為為K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)，型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)， 為配為配K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生的熱電型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生的熱電勢(shì)，勢(shì)， 為補(bǔ)償電橋提供的電勢(shì)。由于補(bǔ)償導(dǎo)線和補(bǔ)償電橋都是配為補(bǔ)償電橋提供的電勢(shì)。由于補(bǔ)償導(dǎo)線和補(bǔ)償電橋都是配K型熱電偶的，型熱電偶的，因此，這兩部分產(chǎn)生的電勢(shì)可近似為因此，這兩部分產(chǎn)生的電勢(shì)可近似為 和和 ，所以總電勢(shì)可進(jìn)一步寫為，所以總電勢(shì)可進(jìn)一步寫為把把t 300帶入上式

40、，并查帶入上式，并查K型熱電偶型熱電偶分度表，得分度表，得E=12.209mV，顯示儀表讀數(shù)，顯示儀表讀數(shù)仍為仍為300熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)補(bǔ)償電橋補(bǔ)償電橋 補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線顯示儀表顯示儀表鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅熱電偶熱電偶tct0t1L2L00,0KccKKEEt tEt tEt補(bǔ)補(bǔ),KcEt t0,cKEt t補(bǔ)0,0KEt補(bǔ)0,0KE t0,KcEt t00,0,0KcKcKKEEt tEt tEtEt溫度溫度T()T()熱電勢(shì)熱電勢(shì)E(mV)E(mV)K K型熱電偶型熱電偶E E型熱電偶型熱電偶20200.7980.7981.1921.19250502.0232.0233.0483.04

41、81881887.6597.65912.53712.5371891897.6997.69912.61012.61027027010.97310.97318.71318.71327127111.02111.02118.79018.79030030012.20912.20921.03621.0362021年12月27日星期一29如補(bǔ)償導(dǎo)線為普通的銅導(dǎo)線，或顯示儀表為配如補(bǔ)償導(dǎo)線為普通的銅導(dǎo)線，或顯示儀表為配E型熱電偶的，則測(cè)量回路的總電型熱電偶的，則測(cè)量回路的總電勢(shì)和溫度的顯示值為多少。勢(shì)和溫度的顯示值為多少。當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線為普通銅導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線為普通銅導(dǎo)線時(shí)，(顯示儀表配顯示儀表配K型熱電偶型熱電偶)，則，則 ，那么，那么回路總電勢(shì)為：回路總電勢(shì)為： 查查K型熱電偶分度表，得型熱電偶分度表，得當(dāng)顯示儀表為配當(dāng)顯示儀表為配E型熱電偶型熱電偶(補(bǔ)償導(dǎo)線連接正確時(shí)補(bǔ)償導(dǎo)線連接正確時(shí))，則，則 ，那，那么回路總電勢(shì)為么回路總電勢(shì)為 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)0,0cKEt t 補(bǔ)0,0300,5012.2092.023 0.79810.984KcKKEEt tEtEmV補(bǔ)270.3tC示顯00,0,0EtE tE補(bǔ)00,012.209 2.023 2.023 0.798 1.19212.603KccEKEEt tEt tEtmV補(bǔ)由于顯示儀