熱電效應(yīng)及熱電偶的基本原理分析

1、I昏重點(diǎn)難點(diǎn)熱電效應(yīng)及熱電偶的基本原理分析；熱電偶的四大基本定律; 常用的熱電極材料及其性能特點(diǎn);熱電偶的冷端補(bǔ)償；熱電偶的基 本測(cè)量電路。弱學(xué)習(xí)目標(biāo)了解熱電偶的工作原理;了解常用熱電極材料的類型、性能特 點(diǎn)及其適用場(chǎng)合;掌握熱電偶的選用和維護(hù)方法。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測(cè)量中，熱 電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍廣、精度高、慣性小 和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn).另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需 外加電源，使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及 固體的表面溫度。5。1熱電偶的工作原理與基本結(jié)構(gòu)在工業(yè)

2、生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測(cè)量中，熱電 偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍廣、精度高、慣性小和輸出 信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需外加電源， 使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。、熱電偶的工作原理1、工作原理當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)（如圖5。 1.1）,只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端,另一端溫度為T0，稱 為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo) 體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有

3、關(guān).這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱 電偶”，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)則稱為“熱電動(dòng)勢(shì)”。T-圖5.1。1熱電偶回路熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分電動(dòng)勢(shì)組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)，另一部分是單一 導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)A和B兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同 （即電子密度不同），因此，電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率就不一樣?，F(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體A的 自由電子密度大于導(dǎo)體B的自由電子密度，則導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)要比導(dǎo)體B 擴(kuò)散到導(dǎo)體A的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體A失去電子帶正電荷，導(dǎo)體B得到電子帶負(fù)電荷， 于是，在A、B兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成一個(gè)由A到B

4、的電場(chǎng)。該電場(chǎng)的方向與擴(kuò)散 進(jìn)行的方向相反，它將引起反方向的電子轉(zhuǎn)移，阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行.當(dāng)擴(kuò)散作用與 阻礙擴(kuò)散作用相等時(shí)，即自導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的自由電子數(shù)與在電場(chǎng)作用下自導(dǎo)體B 到導(dǎo)體A的自由電子數(shù)相等時(shí)，便處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài).在這種狀態(tài)下，A與B兩導(dǎo) 體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料、接點(diǎn) 的溫度有關(guān),與導(dǎo)體的直徑、長(zhǎng)度及幾何形狀無(wú)關(guān)。對(duì)于溫度分別為t和t0的兩接點(diǎn)，可得 下列接觸電動(dòng)勢(shì)公式 二 “At奸上of)式中eAB（t，）、eAB（t0）為導(dǎo)體A、B在接點(diǎn)溫度t和t0時(shí)形成的電動(dòng)勢(shì);UAt、UAt0分別為 導(dǎo)體A在接點(diǎn)溫度為t和t0時(shí)的

5、電壓；UBt、UBt0分別為導(dǎo)體B在接點(diǎn)溫度為t和t0時(shí)的 電壓。對(duì)于導(dǎo)體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場(chǎng)t、t0中（tt0）.在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，向冷端移動(dòng)，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電 子帶負(fù)電荷.這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場(chǎng).該電場(chǎng)阻止電子從熱 端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)，最后也達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便 產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體的材料及 兩端的溫度,如下式所示:己E（S）二七-。的（512）式中，eA（t,t0）、eB（t，t0）為導(dǎo)體A和B在兩端溫度分別為t和t0時(shí)形

6、成的電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體A和B頭尾相接組成回路，如果導(dǎo)體A的電子密度大于導(dǎo)體B的電子密度， 且兩接點(diǎn)的溫度不相等，則在熱電偶回路中存在著四個(gè)電勢(shì)，即兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)和兩個(gè) 溫差電動(dòng)勢(shì).熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)為（513）E JCBt口）二。虹（t）-己 AB （比）+ E n（L t Q ） B（L t 口）實(shí)踐證明，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)只占極小部分，可以忽略不計(jì)，故式（53 ）可以寫成E口 JIB=（七）-eAB（5-14）上式中，由于導(dǎo)體A的電子密度大于導(dǎo)體B的電子密度，所以A為正極，B為負(fù)極.腳注AB的順序表示電動(dòng)勢(shì)的方向。不難理解：當(dāng)改變腳注的順序時(shí)，電動(dòng)勢(shì)前面的符號(hào)（

7、指正、負(fù)號(hào)）也應(yīng)隨之改變。因此，式（5-4）也可以寫成E JCBt。）二 eKB （t） + 己EA綜上所述，我們可以得出如下結(jié)論:熱電偶回路中熱電動(dòng)勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)而與熱電偶的形狀尺寸無(wú)關(guān).當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度t和t0。的函數(shù)差.即如果使冷端溫度t0保持不變,則熱電動(dòng)勢(shì)便成為熱端溫度t的單一函數(shù)。即，（515）E 站 1;口） = Rt） - C =伊（t）這一關(guān)系式在實(shí)際測(cè)溫中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)槔涠藅0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只隨熱端（測(cè)量端）溫度的變化而變化，即一定的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)著一定的溫度.我們只要用測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)的方法

8、就可達(dá)到測(cè)溫的目的。2、熱電偶的特性熱電偶的主要特性如下：口穩(wěn)定性 指熱電偶的熱電特性隨使用時(shí)間變化小?？诓痪鶆蛐?指熱電極的不均勻程度，所引起的附加熱電勢(shì)的大小，取決于沿?zé)?電極長(zhǎng)度的溫度梯度分布狀態(tài)、材料的不均勻形式和不均勻程度以及熱電偶在溫度場(chǎng)中 所處的位置。不均勻性降低測(cè)溫的準(zhǔn)確度，影響熱電偶的穩(wěn)定性和互換性。造成不均勻 性的原因有雜質(zhì)分布不均，成份偏析，局部表面金屬的揮發(fā)和氧化,局部的腐蝕和沾污， 應(yīng)力分布不均勻和晶體結(jié)構(gòu)不均勻等?？跓岫栊?指被測(cè)介質(zhì)從某一溫度躍遷到另一溫度時(shí)，熱電偶測(cè)量端的溫度上升 到整個(gè)躍遷的63。2%所需的時(shí)間。二、熱電偶的基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定律如果熱電偶回

9、路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同(稱為同名極檢驗(yàn)法)，也可以 檢查熱電極材料的均勻性。2、中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱 電動(dòng)勢(shì)不變。如圖5.1。2,在熱電偶回路中接人第三種導(dǎo)體C。設(shè)導(dǎo)體A與B接點(diǎn)處的溫度為t,A與C、B與C兩接點(diǎn)處的溫度為t0,則回路中的總電動(dòng)勢(shì)為(5-1-6)Eaec 也 0) e AB eBC(M)+ 己圖5。1.2熱電偶中接入第三種導(dǎo)體如果回路中三接點(diǎn)的溫度相同，即t=t0,則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即 e AB (0 eBC (0)eC

10、A &O)=?；蛘唠酰ǎ?+ 巳上）二一立Jt。）（5-1刀將式（5-7）代人式（56）,可得EKS）二己押一巳京tQ GJ幻可以用同樣的方法證明，斷開熱電偶的任何一個(gè)極，用第三種導(dǎo)體引入測(cè)量?jī)x表，其總電動(dòng)勢(shì)也是不變的。熱電偶的這種性質(zhì)在實(shí)用上有著重要的意義，它使我們可以方便地在回路中直接接入各 種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊 在金屬表面進(jìn)行溫度測(cè)量。3、標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知?jiǎng)t由這兩種導(dǎo)體 組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知.如圖5-3,導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱

11、電動(dòng)勢(shì)為已知，t0) = eBC (t) -e-gC那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)可由下式求得E(trt0) = EAC(t?to)-KBC(trt0)(519)圖5。1。3三種導(dǎo)體分別組成熱電偶標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律?？梢韵胂?，純金屬的種類很多，而合金類型更多.因此，要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)其工作量是極大的。由于伯的物理、 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，我們通常選用高純伯絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得各 種金屬與純伯組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì) 可根據(jù)式（5-9 ）直接計(jì)算出來(lái)。例如:熱端為100C，冷端為0C時(shí)，

12、鎳鉻合金與純伯組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為295mV, 而考銅與純伯組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV，則鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生 的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為 2。95mV （-4。0mV）=6。95mV4、中間溫度定律熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相 應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律可以用下式表示(51-10)E 虹(t,拍)=E 妣(t, tn) + E 配, t0)中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長(zhǎng),只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長(zhǎng)的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間 連接的兩點(diǎn)溫度相同

13、，則總回路的熱電動(dòng)勢(shì)與連接點(diǎn)溫度無(wú)關(guān)，只與延長(zhǎng)以后的熱電偶兩端 的溫度有關(guān).5。2常用熱電偶及測(cè)溫線路二、熱電偶種類1、標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶國(guó)際電工委員會(huì)在1975年向世界各國(guó)推薦七種標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶。我國(guó)生產(chǎn)的符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的熱 電偶有六種，分別是：（1）伯銠30伯銠6熱電偶這種熱電偶分度號(hào)為“B”。它的正極是伯銠絲（伯70%，銠30%），負(fù)極也是伯銠絲（伯94%，銠6%），故俗稱雙伯銠。測(cè)溫范圍為01700C。其特點(diǎn)是測(cè) 溫上限高，性能穩(wěn)定.在冶金反應(yīng)、鋼水測(cè)量等高溫領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.表51伯銠30伯銠6熱電偶（B型）分度表（ITS90）分度號(hào):B參考端溫度:0Ct,C0100200300400

14、500600700800900E,mV0.0000.0330.1780.4310。7871。2421。7922.4313.1543.957t,C100011001200130014001500160017001800E, mV4.8345。7806.7867。8488。95610。09911.26312.43313。820B型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t,C01020304050E, mV0。0000.002-0。 003-0.0020.0000。002（2）伯銠10伯熱電偶 這種熱電偶分度號(hào)為“S”。它的正極是伯銠絲（伯90%,銠10%）, 負(fù)極是純伯絲.測(cè)溫

15、范圍為01700C。其特點(diǎn)是熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣 氛中工作。由于精度高，故國(guó)際溫標(biāo)中規(guī)定它為630.741064。43C溫度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn) 儀器。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。表5-2伯銠一伯熱電偶（S型）分度表（ITS90）分度號(hào)：S參考端溫度：0Ct,C0100200300400500600700800900E,mV0。0000。6461.4412。3233.2594。2335.2396。2757。3458。449t,C10001100120013001400150016001700E,mV9。58710.75711。85113.15914。37315.58

16、216。77717.947S型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t,C01020304050E, mV0.0000.0550.1130。1730.2350。229（3）鎳鉻-鎳硅熱電偶 這種熱電偶分度號(hào)為“K”。它的正極是鎳鉻合金（鎳90.5%,鉻9。 5%）,負(fù)極為鎳硅（鎳97.5%，硅2.5%）。測(cè)溫范圍為一200+1300C.其特點(diǎn)是測(cè)溫范圍很寬、 熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性、熱電動(dòng)勢(shì)大及價(jià)格低。缺點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定性較B型或S型熱 電偶差，且負(fù)極有明顯的導(dǎo)磁性.表53鎳鉻一鎳硅熱電偶（K型）分度表（ITS90）分度號(hào)：K參考端溫度：0Ct,C2001000100

17、200300400500600700E, mV-5.8913.5540。0004。0968。13812。20916.39720。64424.90529.129t,C8009001000110012001300E, mV33。27537.32641。27645.11948.83852。410K型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t,C01020304050E, mV0.0000。3970。7981。2031.6122。023（4）鎳鉻一康銅熱電偶這種熱電偶分度號(hào)為“E”。它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金（銅55%,鎳45%）。測(cè)溫范圍為-200+1000C。其特點(diǎn)是熱電

18、動(dòng)勢(shì)較其他常用熱電偶大。適 宜在氧化性或惰性氣氛中工作.表4鎳鉻一康銅熱電偶（E型）分度表（ITS-90）分度號(hào)：E參考端溫度：0Ct,C200-1000100200300400500600700E, mV8.8255。2370.0006.31913.42121.03628.94637。00545.09353.112t,C8009001000E, mV61。01768.78776。373E型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t,C01020304050E,mV0。0000。5911.1921。8012。4203。048（5）鐵-康銅熱電偶這種熱電偶分度號(hào)為“J”。它的正

19、極是鐵，負(fù)極是銅鎳合金測(cè)溫范圍 為-200+1300C。其特點(diǎn)是價(jià)格便宜，熱電動(dòng)勢(shì)較大，僅次于E型熱電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化.表5-5鎳鉻一鎳硅熱電偶（J型）分度表（ITS90）分度號(hào):J參考端溫度：0Ct,C2001000100200300400500600700E, mV-7。8904。6330.0005.26910。77916。32721。84827.39333.10239。132t,C800900100011001200E, mV45。49451。87757.95363.79269。553J型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t,C01020304050E，mV0

20、.0000。5071。0191。5372。0592。585（6）銅一康銅熱電偶 這種熱電偶分度號(hào)為“T”。它的正極是銅，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè) 溫范圍為一200+400C。特點(diǎn)是精度高，在0-200C范圍內(nèi)，可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，準(zhǔn)確度可達(dá) 土 0.1 C。缺點(diǎn)是銅極易氧化，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過(guò)300C.表5-6銅一康銅熱電偶（T型）分度表（ITS-90）t,C-2001000100200300400E，mV-5.6033.3790。0004.2799。28814。 86220。 872T型熱電偶參考端溫度非0C時(shí)的校正表（修正值加上所查的熱電勢(shì)）t，C01020304050E，mV0

21、。0000。3910。7901。1961。1622.036最后要說(shuō)明的是，IEC公布的標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶中，還有伯銠3一鉑，分度號(hào)為“R”。因在國(guó)際上只有少數(shù)國(guó)家采用，且其溫度范圍與伯銠0一伯重合，所以我國(guó)不準(zhǔn)備發(fā)展這個(gè)品種。2、非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶包括伯銠系、銥銠系及鎢銖系熱電偶等.伯銠系熱電偶有伯銠20-伯銠5、伯銠40一伯銠20等一些種類，其共同的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，適 用于各種高溫測(cè)量。銥銠系熱電偶有銥銠40一銥、銥銠60-銥。這類熱電偶長(zhǎng)期使用的測(cè)溫范圍在2000C以下，且 熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系線性好。鎢銖系熱電偶有鎢銖3-鎢銖25、鎢銖5鎢銖20等種類.它的最高使用溫度受絕緣材料的限制

22、， 目前可使用到2500C左右.主要用于鋼水連續(xù)測(cè)溫、反應(yīng)堆測(cè)溫等場(chǎng)合.3、工業(yè)熱電偶簡(jiǎn)介（1）裝配式熱電偶A、主要技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍：熱電偶能準(zhǔn)確測(cè)出溫度的范圍，即工作溫度有效范圍.基本誤差限：能允許的測(cè)溫誤差范圍。熱電偶時(shí)間常數(shù)：也稱熱惰性，指被測(cè)介質(zhì)從某一溫度躍遷到另一溫度時(shí)，熱電偶測(cè)量端的溫 度上升到整個(gè)躍遷的63.2%所需的時(shí)間表57熱惰性級(jí)別與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系熱惰性級(jí)別時(shí)間常數(shù)（秒）熱惰性級(jí)別時(shí)間常數(shù)（秒）I90 180m10 30II3090W1.5500+10%N 1000可撓度：鎧裝熱電偶的可撓曲率半徑不小于其外徑的5倍。（3）耐磨熱電偶在某些特殊場(chǎng)合，如化工廠、冶煉廠、發(fā)電廠、

23、水泥廠等用普通熱電偶、熱電阻就極易損壞。 因此，在這些場(chǎng)合就必須采用耐磨熱電偶。該熱電偶特別適用硫化床、磨煤機(jī)出口一次，二次風(fēng) 煤及水泥行業(yè)測(cè)溫。特征：耐磨，同時(shí)耐沖刷，耐腐蝕;壽命長(zhǎng)，高溫下可使用6個(gè)月以上,低溫下可使用8個(gè)月以 上.（4）防爆熱電偶工業(yè)用隔爆熱電偶是一種溫度傳感器，在化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中應(yīng)用極廣通過(guò)溫度傳感器，可 將控制對(duì)象的溫度參數(shù)變成電信號(hào)，傳遞給顯示、記錄和調(diào)節(jié)儀對(duì)系統(tǒng)施行檢測(cè)、調(diào)節(jié)和控制。在化工廠，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體、蒸汽，如果使用普通的熱電偶非 常不安全，極易引起環(huán)境氣體爆炸。因此，在這些場(chǎng)合必須使用隔爆熱電偶作溫度傳感器，工作原理：如果由兩種不

24、同成份的均質(zhì)導(dǎo)體（熱電極）組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)， 回路中就有電流通過(guò)，那么兩端之間就存在熱電勢(shì).防爆原理:利用間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度的接線盒等部件，將所有會(huì)產(chǎn)生火花、電弧和 危險(xiǎn)溫度的零部件都密封在接線盒內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，能通過(guò)接合面間隙熄火和冷卻，使爆 炸后的火焰和溫度不傳到腔外。除以上介紹的常見(jiàn)熱電偶之外，目前工業(yè)上廣為應(yīng)用的還有多點(diǎn)熱電偶、吹氣熱電偶、高溫 防腐熱電偶、微細(xì)鎧裝熱電偶、壓簧固定熱電偶、多點(diǎn)隔爆熱電偶、高溫高壓熱電偶、快速熱電 偶等種類,讀者感興趣的話可以自行查閱這方面的資料.5.2常用熱電偶及測(cè)溫線路三、熱電偶的冷端補(bǔ)償方法從熱電效應(yīng)的原理可知，

25、熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定 熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù).由于熱電偶分度表是以冷端溫度為0C時(shí)作出的，因此在使 用時(shí)要正確反映熱端溫度（被測(cè)溫度），最好設(shè)法使冷端溫度恒為0c。但在實(shí)際應(yīng)用中，熱電 偶的冷端通?？拷粶y(cè)對(duì)象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。為此，必 須采取一些相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償或修正，常用的方法有以下幾種：1、冷端恒溫法A、0C恒溫器將熱電偶的冷端置于溫度為0C的恒溫器內(nèi)（如冰水混合物），使冷端溫度處于0C。這種 裝置通常用于實(shí)驗(yàn)室或精密的溫度測(cè)量。B、其他恒溫器將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的

26、波動(dòng)而引入誤 差。這類恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的 恒溫器。這類恒溫器的溫度不為0C,故最后還需對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度修正。2、補(bǔ)償導(dǎo)線法熱電偶由于受到材料價(jià)格的限制不可能做得很長(zhǎng)，而要使其冷端不受測(cè)溫對(duì)象的溫度影響， 必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對(duì)象，采用補(bǔ)償導(dǎo)線就可以做到這一點(diǎn)。所謂補(bǔ)償導(dǎo)線，實(shí)際上是一對(duì)材 料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在0150C溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價(jià)格相對(duì) 要便宜.若我們利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所（如儀表室），其實(shí)質(zhì)是 相當(dāng)于將熱電極延長(zhǎng)。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)溫度一致，

27、是不 會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)輸出的.下面舉例說(shuō)明補(bǔ)償導(dǎo)線的作用.采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫。熱端溫度為800C，冷端溫度為50C.為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié) 及顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為20 C.首先由鎳鉻一鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為0C，熱端溫度為800C時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì) 為E（800，0）=33.275mV;熱端溫度為50C時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為E （50，0）=2。023mV;熱端溫度 為20C時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為E （20,0）=0.798mV。如果熱電偶與儀表之間直接用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)體定律輸入儀表的熱電動(dòng)勢(shì)為E（800，50）=E （800，0） E （50

28、，0）=（33。277-2.022）mV=31。255mV（相當(dāng)于 751C）如果熱電偶與儀表之間用補(bǔ)償導(dǎo)線連接，相當(dāng)于將熱電偶延伸到儀表室，輸入儀表的熱電動(dòng) 勢(shì)為 E （800，20）=E（800，0）E（20,0） =（33。2770.798） mV=32.479mV（相當(dāng)于 781C）與爐內(nèi)的真實(shí)溫度相差分別為751C-800C=-49C781C-800C=-19C可見(jiàn)，補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是很明顯的。補(bǔ)償導(dǎo)線的類型見(jiàn)表510所示。表中，I類型通常是和所配用熱電極相同的合金；II類型 通常是和所配熱電極不相同的合金。表510熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線類型熱電偶類型補(bǔ)償導(dǎo)線類型合金材料溫度范圍（C）磁性正極

29、負(fù)極正極負(fù)極賤金屬鎳鉻-考銅鐵-康銅鎳鉻-鎳硅銅-康銅I類型鎳鉻-考銅補(bǔ)償導(dǎo)線鐵-康銅鎳鉻一鎳硅銅-康銅鎳鉻鐵鎳鉻銅考銅康銅鎳硅康銅0 1500 1500 150 0150無(wú)有無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有無(wú)鎳鉻-鎳硅鎢銖5鎢銖20貴金屬伯銠10鉑II類型銅一康銅補(bǔ)償導(dǎo)線銅-銅鎳硅銅-銅鎳合金銅銅銅康銅銅鎳合金銅鎳合金0 1500 1500 150無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)表511補(bǔ)償導(dǎo)線的分類型號(hào)與分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)配用熱電偶的分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲補(bǔ)償導(dǎo)線顏色正極負(fù)極正極負(fù)極SCS （伯銠10一鉑）SPC（銅）SNC （銅鎳）紅綠KCK （鎳鉻一鎳硅）KPC （銅）KNC （銅鎳）紅藍(lán)KXK （鎳鉻一鎳硅）KPX （鎳鉻）K

30、NX（鎳硅）紅黑 八、EXE （鎳鉻-銅鎳）EPX （鎳鉻）ENX（銅鎳）紅棕JXJ （鐵-銅鎳）JPX （鐵）JNX（銅鎳）紅紫TXT （銅-銅鎳）TPX （銅）TNX （銅鎳）紅白補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)按產(chǎn)品品種劃分為：SC、KC、KX、EX、JX、TX等，具體見(jiàn)表511所示。補(bǔ) 償導(dǎo)線的等級(jí)標(biāo)志見(jiàn)表512所示。其中:a.型號(hào)頭一個(gè)字母與配用熱電偶的分度號(hào)相對(duì)應(yīng)。b。字母“X”表示延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線。c。 字母“C”表示補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線。表512補(bǔ)償導(dǎo)線的分類、等級(jí)及標(biāo)志使用分類標(biāo)志允差等級(jí)標(biāo)志普通級(jí)精密級(jí)一般用GBA耐熱用H補(bǔ)償導(dǎo)線技術(shù)數(shù)據(jù)：a.熱電動(dòng)勢(shì)及允差值見(jiàn)表513所示：表513補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢(shì)

31、及允差值型號(hào)100C熱電動(dòng)勢(shì)及允差（mv）200 C熱電動(dòng)勢(shì)及允差（mv）熱電勢(shì)允差熱電勢(shì)允差普通級(jí)（C）精密級(jí)（C）普通級(jí)（C）精密級(jí)（C）SC0。6450。037 (5)0.023 (3)1.4400.057 (5)KC4。0950.105(2.5)0.063(1.5)KX4。0950.105 (2。5)0。063(1.5)8o 1371.000 (2.5)0o 060(1.5)EX6。3170.170 (2。5)0.102 (1。5)13.4190o 183 (2o5)0。111(1.5)JX5。2680。135 (2。5)0.081 (1。5)10o 7770o 138(2.5)0o

32、083(1o5)TX4。2770.047 (1)0.023(0o 5)9o 2860.053 (1.0)0.027(0o5)b。補(bǔ)償導(dǎo)線的防潮試驗(yàn)的絕緣電阻在40C水中24h后不大于（10m）25MQ.補(bǔ)償導(dǎo)線耐熱老化溫度在2005C, 24h前后進(jìn)行5倍外徑卷繞試驗(yàn),經(jīng)電壓500V/1min 亦不擊穿.d。補(bǔ)償導(dǎo)線技術(shù)依據(jù)符合IEC5843標(biāo)準(zhǔn)，普通的符合GB4989-85標(biāo)準(zhǔn)。3、計(jì)算修正法上述兩種方法解決了一個(gè)問(wèn)題，即設(shè)法使熱電偶的冷端溫度恒定.但是，冷端溫度并非一定為 0C,所以測(cè)出的熱電動(dòng)勢(shì)還是不能正確反映熱端的實(shí)際溫度。為此，必須對(duì)溫度進(jìn)行修正。 修正公式如下 TOC o 1-5

33、h z EAB(t,tu)= E廂(t，h)+ E 她(ti，tj、(521 )式中，EAB（t，t0）為熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為0C時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)；Eab （t,tj）為熱電偶熱 端溫度為t，冷端溫度為七時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì);E （t無(wú)）為熱電偶熱端溫度為七,冷端溫度為0C時(shí)1AB 1 01的熱電動(dòng)勢(shì).例如，用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30C （且為恒定時(shí)），測(cè)出熱端溫度 為t時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為39.17mV，求爐子的真實(shí)溫度。由鎳鉻一鎳硅熱電偶分度表查出E(30,0) =1。203mV根據(jù)式(5-21)計(jì)算出E(t, t0) = (35.17 + 1.203)mV = 40.373mV再

34、通過(guò)分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為：t=977C4、電橋補(bǔ)償法計(jì)算修正法雖然很精確，但不適合連續(xù)測(cè)溫。為此，有些儀表的測(cè)溫線路中帶有補(bǔ)償電橋， 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端波動(dòng)引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化。下面以DBW型 溫度變送器的輸入回路為例加以說(shuō)明。DBW型溫度變送器，能與各種常用熱電偶配合使用，將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成010mA直流電流 統(tǒng)一信號(hào)。其熱電偶輸入回路的簡(jiǎn)化圖見(jiàn)圖5。2.2.圖5。2。2電橋補(bǔ)償法圖中，e為熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，U為回路的輸出電壓?；芈分写恿艘粋€(gè)補(bǔ)償電橋。RR5及rcm均為橋臂電阻.Rcm是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫 度.RR5均用錳銅絲繞

35、成，阻值穩(wěn)定。在橋路設(shè)計(jì)時(shí)，使R=R2,并且*、R2的阻值要比橋路 中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發(fā)生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不 多保持不變，從而認(rèn)為其具有恒流特性。線路設(shè)計(jì)使得I=I2=I/2=0。5mA.回路輸出電壓U為熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)e、橋臂電阻Rcm的壓降Urcm及另一橋臂電阻R5的TT - p -u TT TT壓降uR5三者的代數(shù)和：e + UECM-UfJ當(dāng)熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)將會(huì)減小。與此同時(shí)銅電阻Rcm的 阻值將增大，從而使Urcm增大，由此達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?。自?dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件應(yīng)為慶二】玦訊函* （522）式中，e為熱電偶冷端溫度變化引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化，它