熱電偶最終版

1、熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理主講教師主講教師 ： 姜姜 豐豐 長(zhǎng)春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院長(zhǎng)春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院 銅絲鐵絲0.000.11-0.110.00熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 熱電偶原理圖兩種不同材料的導(dǎo)體兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)組成一個(gè)閉合電路閉合電路，若若兩接點(diǎn)溫度不同兩接點(diǎn)溫度不同，在該電路中會(huì)產(chǎn)生在該電路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)。熱電動(dòng)勢(shì)的組成熱電動(dòng)勢(shì)的組成 兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì) 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)溫差溫差電勢(shì)電勢(shì)很小很小接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決的數(shù)值取決于

2、兩種導(dǎo)體于兩種導(dǎo)體的的性質(zhì)性質(zhì)和和接接觸點(diǎn)的溫度觸點(diǎn)的溫度而與導(dǎo)體的而與導(dǎo)體的形狀及尺寸形狀及尺寸無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) 熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)總熱電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式總熱電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與熱端溫度則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與熱端溫度t t 成成單值函數(shù)關(guān)系，即單值函數(shù)關(guān)系，即 0( ,)( )( )ABABEt tetCf t00( , )( )( )ABABABEt tetet0000( , )( )( , )( )( , )ABABBABAEt tetet tetet t溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)很小，可很小，可忽略不計(jì)忽略不計(jì) 總熱電總熱電勢(shì)表達(dá)勢(shì)表達(dá)式式t to o 恒定恒定e eABAB（

3、t to o）= = C C熱端接熱端接觸電勢(shì)觸電勢(shì) 冷端接冷端接觸電勢(shì)觸電勢(shì) A A導(dǎo)體的導(dǎo)體的溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) B B導(dǎo)體的導(dǎo)體的溫差電勢(shì)溫差電勢(shì) K K型熱電偶分度表型熱電偶分度表K型（鎳鉻型（鎳鉻鎳硅）鎳硅） 熱電偶溫度范圍（熱電偶溫度范圍（-901300） （參考端溫度為（參考端溫度為0） 0 0101020203030404050506060707080809090-0-0-0.000-0.000-0.392-0.392-0.777-0.777-1.156-1.156-1.527-1.527-1.889-1.889-2.243-2.243-2.586-2.586-2.920-2.9

4、20-3.242-3.242+0+00.0000.0000.3970.3970.7980.7981.2031.2031.6111.6112.0222.0222.4362.4362.8502.8503.2663.2663.6813.6811001004.0954.0954.5084.5084.9194.9195.3275.3275.7335.7336.1376.1376.5396.5396.9396.9397.387.387.7377.7372002008.1378.1378.5368.5368.9388.9389.3419.3419.7459.74510.15110.15110.56110.5

5、6110.96910.96911.38111.38111.79311.79330030012.20712.20712.62312.62313.03913.03913.45613.45613.87413.87414.29214.29214.72114.72115.13215.13215.55215.55215.97415.97440040016.39516.39516.81816.81817.24117.24117.66417.66418.08818.08818.51318.51318.93818.93819.36319.36319.78819.78820.21420.21450050020.6

6、4020.64021.06621.06621.49321.49321.91921.91922.34622.34622.77222.77223.19823.19823.62423.62424.05024.05024.47624.47660060024.90224.90225.32725.32725.75125.75126.17626.17626.59926.59927.02227.02227.44527.44527.86727.86728.28828.28828.70928.70970070029.12829.12829.54729.54729.96529.96530.38330.38330.7

7、9930.79931.21431.21431.62931.62932.04232.04232.45532.45532.86632.86680080033.27733.27733.68633.68634.09534.09534.50234.50234.90934.90935.31435.31435.71835.71836.12136.12136.52436.52436.92536.92590090037.32537.32537.72437.72438.12238.12238.51938.51938.81738.81739.31039.31039.70339.70340.09640.09640.4

8、8840.48840.89740.8971000100041.29641.29641.65741.65742.04542.04542.43242.43242.81742.81743.20243.20243.58543.58543.96843.96844.34944.34944.72944.7291100110045.10845.10845.48645.48645.86345.86346.23846.23846.61246.61246.98546.98547.35647.35647.72647.72648.09548.09548.46248.4621200120048.82848.82849.1

9、9249.19249.5549.5549.91649.91650.27650.27650.63350.63350.99050.99051.34451.34451.69751.69752.04952.0491300130052.39852.398熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律（1 1） 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱點(diǎn)偶回路中接入第三種導(dǎo)在熱點(diǎn)偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等兩端溫度相等，則對(duì)熱電偶回路總的，則對(duì)熱電偶回路總的熱電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響熱電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響 。同樣加入第四、第五種導(dǎo)體后，只。同樣加入第四、第五種導(dǎo)體后，只要其兩端溫度相同，同樣不影響電路中的總熱電動(dòng)勢(shì)要

10、其兩端溫度相同，同樣不影響電路中的總熱電動(dòng)勢(shì)。EABC（t,to）= EAB（t，to）第三第三種導(dǎo)種導(dǎo)體體中間導(dǎo)體定律的證明中間導(dǎo)體定律的證明00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet000( )( )( )ABBCCAetetet000( , )( )( )( )ABCABBCCAEt tetetet0000( , )( )( )( )( )( )ABCABBCCAABABEt tetetetetet當(dāng)當(dāng)t=t0時(shí)時(shí)中間導(dǎo)體定律的意義中間導(dǎo)體定律的意義 根據(jù)這個(gè)定律，我們可采取任何方式焊接根據(jù)這個(gè)定律，我們可采取任何方式焊接導(dǎo)線(xiàn)，可以將熱電動(dòng)勢(shì)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)接

11、至測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，可以將熱電動(dòng)勢(shì)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)接至測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量, ,且不影響測(cè)量精度。且不影響測(cè)量精度。 可采用可采用開(kāi)路熱電偶開(kāi)路熱電偶對(duì)對(duì)液態(tài)金屬液態(tài)金屬和和金屬壁面金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量，只要保證兩熱電極插入地進(jìn)行溫度測(cè)量，只要保證兩熱電極插入地方的方的溫度相同溫度相同即可。即可。熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律（2）中間溫度定律在熱電偶測(cè)量電路中，在熱電偶測(cè)量電路中，測(cè)量端溫度為測(cè)量端溫度為t t，自由端為，自由端為t to o，中間溫度為，中間溫度為tt，則（，則（t t，t to o）的熱電勢(shì)等于（）的熱電勢(shì)等于（t t，tt）與（與（tt，t to o）熱電勢(shì)代數(shù)和。即）熱電勢(shì)

12、代數(shù)和。即00( , )( , )( , )ABABABEt tEt tEt ttt0ttABtt0t tABAB+中間溫度定律中間溫度定律00( , )( , )( , )ABABABEt tEt tEt t( , )( )( )ABABABEt tetet00( , )( )( )ABABABEt tetet000( , )( , )( )( )( , )ABABABABABEt tEt tetetEt t兩式相加得兩式相加得 中間溫度定律的證明中間溫度定律的證明中間溫度定律的意義中間溫度定律的意義 熱電勢(shì)只取決于熱電勢(shì)只取決于冷、熱接點(diǎn)的溫度冷、熱接點(diǎn)的溫度，而與，而與熱電極上的溫度分布

13、無(wú)關(guān)。熱電極上的溫度分布無(wú)關(guān)。 利用該定律，可對(duì)利用該定律，可對(duì)參考端溫度不為參考端溫度不為00的熱的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。電勢(shì)進(jìn)行修正。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn) 為了使為了使冷端不受測(cè)量端溫度的影響冷端不受測(cè)量端溫度的影響，可將，可將熱熱電偶加長(zhǎng)電偶加長(zhǎng)，但同時(shí)也增加了測(cè)量費(fèi)用。所以，但同時(shí)也增加了測(cè)量費(fèi)用。所以一般采用在一般采用在一定溫度范圍內(nèi)（一定溫度范圍內(nèi)（0 0100100）與）與熱電偶熱電特性相近且廉價(jià)的材料代替熱電熱電偶熱電特性相近且廉價(jià)的材料代替熱電偶來(lái)延長(zhǎng)熱電極偶來(lái)延長(zhǎng)熱電極，這種導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。，這種導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)mVAABBttt0補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)如圖所示。如圖所示。AA、BB為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)

14、。為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。00( , )( , )ABABEt tEt t 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律 (3)(3)參考電極定律參考電極定律 已知熱電極已知熱電極A A、B B與參考電極與參考電極C C 組成的熱電偶在接點(diǎn)溫度為（組成的熱電偶在接點(diǎn)溫度為（t t，toto）時(shí)的熱電動(dòng)）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為勢(shì)分別為 E EACAC（t t，toto），），E EBCBC（t t，toto），則相同溫度下，由），則相同溫度下，由A A，B B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)E EABAB可按下面公可按下面公式計(jì)算為式計(jì)算為 000( , )( , )( , )ABACBCEt tEt

15、tEt t參考參考電極定律的意義電極定律的意義 參考電極定律大大簡(jiǎn)化了熱電偶選配電極參考電極定律大大簡(jiǎn)化了熱電偶選配電極的工作，只要獲得有關(guān)電極與參考電極配的工作，只要獲得有關(guān)電極與參考電極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么任何兩種電極配對(duì)后的對(duì)的熱電勢(shì)，那么任何兩種電極配對(duì)后的熱電勢(shì)均可利用該定理計(jì)算，而不需要逐熱電勢(shì)均可利用該定理計(jì)算，而不需要逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。由于純鉑絲的物理化學(xué)性能個(gè)進(jìn)行測(cè)定。由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提純，所以目前常用穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提純，所以目前常用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。 如圖所示，用如圖所示，用K K型（鎳鉻型（鎳鉻- -鎳硅）熱電偶測(cè)量煉鋼爐熔融金屬某一點(diǎn)溫度，鎳硅）熱電偶測(cè)量煉鋼爐熔融金屬某一點(diǎn)溫度，AA、BB為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，CuCu為銅導(dǎo)線(xiàn)。為銅導(dǎo)線(xiàn)。 已知已知t t1