l11熱電偶 整理完 例題還沒完

1、自動檢測技術(shù)及儀表Test & Measurement Technologyand Automatic InstrumentationCISTBUCT20111M&T,AI 檢測儀表溫度檢測的基礎(chǔ)知識溫度與溫標(biāo)溫度檢測儀表分類熱電阻溫度計(jì)金屬熱電阻溫度檢測電路二線式三線式四線式2第部分過程參數(shù)檢測第三章檢測儀表溫度檢測儀表熱電偶溫度計(jì)3M&T,AI 檢測儀表熱電效應(yīng)熱電偶熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償 0恒溫法、冷端恒溫法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）、采用不需要冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕?、補(bǔ)正系數(shù)修正法（熱電動勢修正法）、冷端溫度的智能補(bǔ)償熱電偶的安裝4IM&T,AI 檢測儀表熱

2、電效應(yīng)熱電偶的原理基于熱電效應(yīng)，將兩種不同導(dǎo)體A和B兩端連接在一起組成閉合回路，并使兩端處于不同的溫度環(huán)境，在回路中會產(chǎn)生熱電動勢而形成電流, 這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。5M&T,AI 檢測儀表熱電效應(yīng)這樣兩種不同導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，相應(yīng)的電動勢和電流稱為熱電動勢和熱電流，導(dǎo)體A、B稱為熱電極，置于被測溫度T的一端稱為工作端(熱端)，另一端(T0)稱為參考端(冷端)。I6M&T,AI 檢測儀表熱電效應(yīng)熱電勢主要由兩部分組成溫差電勢：同一導(dǎo)體因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電勢原因：高溫端電子能量向能量小的低溫端移動接觸電勢：兩種不同導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生原因：兩者電子密度不同，擴(kuò)散速度不同7M&T,AI 檢測儀

3、表熱電效應(yīng)熱電勢主要由兩部分組成溫差電勢比接觸電勢小得多熱電勢只與兩種導(dǎo)體材料A、B及兩端溫度t，t0有關(guān)，與熱電極的形狀、大小、長短無關(guān)。8M&T,AI 檢測儀表熱電效應(yīng)熱電偶基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。中間溫度定律9M&T,AI 檢測儀表熱電偶它測溫范圍寬、測量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)較好、直接輸出電信號、信號可以遠(yuǎn)傳，是工業(yè)中常用的測溫元件。 10M&T,AI 檢測儀表熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu) 通常由

4、熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等部分組成熱電偶的結(jié)構(gòu)型式普通型熱電偶 鎧裝熱電偶表面型和快速型11M&T,AI 檢測儀表熱電偶任何兩種導(dǎo)體都可組成熱電偶作為測溫的熱電偶需滿足電勢值大、隨溫度單調(diào)上升、最好線性材料易獲得、復(fù)制性好、價格低物理、化學(xué)性穩(wěn)定電極的電阻小、溫度系數(shù)小12M&T,AI 檢測儀表熱電偶熱電偶的種類1977 年國際電工委員會（IEC）對八種熱電偶制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。分度號熱電偶名稱分度號熱電偶名稱S鉑銠10鉑R鉑銠13鉑B鉑銠30鉑銠6N鎳鉻硅鎳硅K鎳鉻鎳硅T銅鎳銅（康銅）E鎳鉻鎳銅（康銅）J鐵鎳銅（康銅）13M&T,AI 檢測儀表熱電偶熱電偶的種類我國也已制定了國家標(biāo)準(zhǔn)

5、GB/T 16839-1997。 分度號材料溫度范圍/ S鉑銠10鉑501768B鉑銠30鉑銠601820K鎳鉻鎳硅2701372E鎳鉻鎳銅（康銅）270100014M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶所產(chǎn)生的總電勢為EAB(t, t0) eAB(t) eAB(t0) 通過熱電偶的理論分析知當(dāng)熱電極A、B選定后，熱電勢 EAB(t, t0) 是兩接點(diǎn)溫度 t 和 t0 的函數(shù)差，如果冷端溫度 t0 保持不變，則 eAB(t0) 為常數(shù)，此時EAB(t, t0) eAB(t) C為t的單值函數(shù)。15M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償0恒溫法冷端恒溫法補(bǔ)償導(dǎo)線

6、法冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）采用不需要冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕佳a(bǔ)正系數(shù)修正法（熱電動勢修正法）冷端溫度的智能補(bǔ)償16M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償0恒溫法將熱電偶的冷端保持在0器皿中，例如冰水中。此法適用于實(shí)驗(yàn)室，它能夠使冷端溫度誤差得到完全的克服。EAB(t, 0) eAB(t) 17M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于一恒溫器內(nèi)，如恒定溫度為t0，則冷端誤差為 = EAB(t, t0) EAB(t, 0) = EAB(t0, 0) 是一個定值。只要在回路中加入相應(yīng)的校正電壓，或調(diào)整指示裝置的起始位置，即可達(dá)到

7、完全補(bǔ)償?shù)哪康摹?18M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線法當(dāng)熱電偶冷端由于受熱端溫度影響，在很大范圍內(nèi)變化時，直接采用冷端溫度補(bǔ)償法將很困難。此時，應(yīng)先采用補(bǔ)償導(dǎo)線（對于廉價熱電偶，可以采用延長熱電極的方法），將冷端遠(yuǎn)移至溫度變化比較平緩的環(huán)境中，再采用上述的補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償。19M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線法在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶總要接入測量儀表，這相當(dāng)于在熱電偶回路中接入了第三導(dǎo)體。在引入的第三導(dǎo)體兩端溫度相等時，不會因此而受到影響。20M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線法

8、但是如果引入的第三導(dǎo)體兩端溫度不相等，則熱電偶產(chǎn)生的電勢將要發(fā)生變化，其變化的大小取決于引入的導(dǎo)體性質(zhì)和兩接點(diǎn)的溫度差。因此，第三導(dǎo)體不宜采用與熱電極熱電性質(zhì)相差很大的材料。 21M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（一般為0100）與熱電偶的熱電勢相等或相近；不同型號的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個接點(diǎn)要保持同溫；補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極，分別與熱電偶的正負(fù)極相連；補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延長熱電偶的自由端。22M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線法常用補(bǔ)償導(dǎo)線的特性23M&T,AI 檢

9、測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢，可以補(bǔ)償熱電偶參考端因溫度變化而產(chǎn)生的熱電勢。24M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）橋臂由三個電阻溫度系數(shù)很小的電阻（錳銅絲繞制），及由電阻溫度系數(shù)較大的電阻（銅絲繞制）組成，阻值都是1。 25M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）電橋的輸出u與熱電勢串聯(lián)，只要滿足 u EAB(t0, tB) 回路總電勢為EAB(t, t0) + u = EAB(t, t0) + EAB(t0, tB)

10、 = EAB(t, tB)國產(chǎn)冷端補(bǔ)償器的電橋一般是在 20 時調(diào)平衡的，即 tB = 20。設(shè)計(jì)好電橋參數(shù)，可在 050范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 26M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）27M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償采用不需要冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕寄壳耙呀?jīng)知道，鎳鈷-鎳鋁熱電偶在 300以下，鎳鐵 鎳銅（J 型）在 50以下， 鉑銠30鉑銠6（B 型）在 50以下的熱電勢非常小。 只要實(shí)際的冷端溫度在其范圍內(nèi)，使用這些熱電偶可以不考慮冷端溫差。 28M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)

11、正系數(shù)修正法（熱電動勢修正法）由于熱電偶的熱電動勢與溫度的關(guān)系曲線（即刻度特性或分度表）是參考端保持在 t0=0時獲得的，當(dāng)參考端溫度 t00時 EAB(t, 0) = EAB(t, t0) + EAB(t0, 0)設(shè)冷端溫度為 t0，工作端測得溫度場的溫度為 t1，其實(shí)際溫度應(yīng)為 tt1 + kt0。式中 k 為補(bǔ)正系數(shù)，可以從補(bǔ)正系數(shù)表中查得。 29M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)正系數(shù)修正法（熱電動勢修正法）由于熱電偶的熱電動勢與溫度的關(guān)系曲線（即刻度特性或分度表）是參考端保持在 t0=0時獲得的，當(dāng)參考端溫度 t00時 EAB(t, 0) = EAB(

12、t, t0) + EAB(t0, 0)設(shè)冷端溫度為 t0，工作端測得溫度場的溫度為 t1，其實(shí)際溫度應(yīng)為 tt1 + kt0。式中 k 為補(bǔ)正系數(shù)，可以從補(bǔ)正系數(shù)表中查得。 30M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償補(bǔ)正系數(shù)修正法（熱電動勢修正法）例如，用鎳鉻-考銅熱電偶測得某溫度場溫度為600， 此時，冷端溫度為 30，查表可得 k 值為 0.78，則溫度場的實(shí)際溫度為 t 6000.7830 623.4 31M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端溫度的智能補(bǔ)償利用單片機(jī)或微計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測、控制、誤差修正與冷端溫度補(bǔ)償一體化和

13、智能化。32M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶的輸出電壓很小，通常每度只有數(shù)十微伏，要求測量用的運(yùn)算放大器的漂移必須很小，有些元件也需要認(rèn)真選擇。33M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路電路中，運(yùn)算放大器選用 AD OP07，它與周圍電阻構(gòu)成放大電路，增益為 240.9445；R1R3是 1/4W的金屬膜電阻，精度為 20%；RW1和RW2是 10 圈線繞電位器；C1 是濾波電容，采用精度為 20%，耐壓為 50V 的漏電小的電解電容，它與 R3組成輸入濾波電路。因?yàn)闊犭娕嫉臒犭妱莺苄?，因此如果電容漏電大，就會產(chǎn)生漂移電壓。若 C1 漏電流為 0.1 A，則在電阻 R3 上會產(chǎn)生

14、0.1A1k100mV 的漂移電壓。 34M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路熱電偶的特性都是非線性的。在各類熱電偶中，K 型熱電偶的線性是最好的，溫度從0600時，最大非線性誤差為 1%。因此，熱電偶應(yīng)用時，都要進(jìn)行線性化。 35M&T,AI 檢測儀表熱電偶的測量電路利用熱電偶測量大型設(shè)備的平均溫度時，可將熱電偶串聯(lián)或并聯(lián)使用。 串聯(lián)：串聯(lián)時熱電動勢大，精度高，可測較小的溫度信號或者配用靈敏度較低的儀表。其缺點(diǎn)是只要一支熱電偶發(fā)生斷路則整個電路不能工作，而個別熱電偶的短路將會導(dǎo)致示值偏低。 并聯(lián)：并聯(lián)時總電動勢為各個熱電偶熱電動勢的平均值，可以不必更改儀表的分度。其缺點(diǎn)是若有一支熱電偶斷路

15、，儀表卻反映不出來。 36M&T,AI 檢測儀表熱電偶的安裝 注意插入深度。一般熱電偶的插入深度，對金屬保護(hù)管應(yīng)為直徑的1520倍；對非金屬保護(hù)管應(yīng)為直徑的1015倍。對細(xì)管道內(nèi)流體的溫度測量應(yīng)尤其注意。 如果被測物體很小，安裝時應(yīng)注意不要改變原來的熱傳導(dǎo)及對流條件。 含有大量粉塵氣體溫度的測量，最好選用鎧裝電偶。注意熱電偶與補(bǔ)償器需要配對使用。37M&T,AI 檢測儀表熱電偶的安裝熱電偶與補(bǔ)償器的配對使用E輸出(t, 0) E熱電偶(t, t) + E補(bǔ)償線(t, t0) + E冷端補(bǔ)償(t0, 0) 補(bǔ)償器與所選熱電偶配對時，輸出熱電動勢為熱電偶工作端溫度所對應(yīng)的熱電動勢。顯示儀表的分度也應(yīng)與熱電偶配對。38M&T,AI 檢測儀表熱電偶的安裝熱電偶與補(bǔ)償器的配對使用例1：用分度號為 K 型的熱電偶測量溫度，參考端溫度為80，在沒有冷端補(bǔ)償時顯示儀表指示值為 600，請問實(shí)際溫度為多少？若保持工作端溫度不變，用K 型熱電偶補(bǔ)償線將參考端延長至 23的辦公室，這時儀表示值為多少？若將參考端放入 0的冰點(diǎn)瓶，這時儀表示值為多少？39M&T,AI 檢測儀表熱電偶的安裝熱電偶與補(bǔ)償器的配對使用例2：用 K 型熱電偶組成溫度測量裝置，顯示對象溫度為 150。 后來發(fā)現(xiàn)所用熱電偶為 E 型，實(shí)測此時的熱電動