第三章 熱電偶溫度測量

第三章熱電偶溫度測量第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/212023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882772第一節(jié)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律

一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì)；二、熱電偶的基本定律

第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

一、熱電極材料及其熱電性質(zhì)；二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶；三、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶四、熱電偶的構(gòu)造

第三節(jié)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問題一、計(jì)算法；二、冰點(diǎn)槽法；三、補(bǔ)償電橋法(冷端補(bǔ)償器)；四、多點(diǎn)冷端溫度補(bǔ)償法；五、晶體管PN結(jié)溫度補(bǔ)償法

第四節(jié)熱電偶的校驗(yàn)第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882773第一節(jié)熱電現(xiàn)象和

關(guān)于熱電偶的基本定律熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。測量100～1600℃溫度較高準(zhǔn)確度溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于信號的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測量在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中被廣泛用于測量溫度。第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882774第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882775一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計(jì)由兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)A、B組成的閉合回路中，如果使兩個(gè)接點(diǎn)t、t0處于不同溫度，回路就會出現(xiàn)電動勢，稱為熱電勢，這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象，這是塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的，故又稱為塞貝克效應(yīng)。熱電勢是由溫差電勢和接觸電勢組成的。第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882776溫差電勢(湯姆遜電勢)是一根導(dǎo)體上因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電動勢。當(dāng)同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負(fù)電荷，從而在高、低溫端之間形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場。第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882777溫差電勢該電場阻止電子從高溫端跑向低溫端，同時(shí)加速電子從低溫端跑向高溫端，最后達(dá)到動平衡狀態(tài)，即從高溫端跑向低溫端的電子數(shù)等于從低溫端跑向高溫端的電子數(shù)。動平衡狀態(tài)時(shí)在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢。此電勢只與導(dǎo)體性質(zhì)和導(dǎo)體兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體長度、截面大小、沿導(dǎo)體長度上的溫度分布無關(guān)。第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882778接觸電勢(珀?duì)柼妱?是在兩種不同的導(dǎo)體A和B接觸時(shí)產(chǎn)生的。A、B金屬有不同的電子密度，設(shè)導(dǎo)體A的電子密度NA大于導(dǎo)體B的電子密度NB，則從A擴(kuò)散到B的電子數(shù)要比從B擴(kuò)散到A的多，A因失去電子而帶正電荷，B因得到電子而帶負(fù)電荷，于是在A、B的接觸面上便形成了一個(gè)從A到B的靜電場。第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙874882779這個(gè)電場將阻礙電子擴(kuò)散的繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向轉(zhuǎn)移，即從B回到A的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動平衡狀態(tài)。在動平衡狀態(tài)時(shí)A、B之間形成一個(gè)電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢(見圖3—3)，其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。如導(dǎo)體A和B相接觸，接點(diǎn)溫度為t則接點(diǎn)處的接觸電勢的形式只與A和B的性質(zhì)有關(guān)

第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827710熱電勢

一個(gè)由A、B兩種均勻?qū)w組成的熱電偶，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度分別時(shí)，按順時(shí)針取向，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為溫差電勢和接觸電勢之和。第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827711熱電偶測量溫度的工作原理即熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢E只和溫度有關(guān)，因此，測量熱電勢的大小，就可求得溫度t的數(shù)值了，這就是用熱電偶測量溫度的工作原理。組成熱電偶的兩種導(dǎo)體，稱為熱電極。通常把t0熱電偶的參考端、自由端或冷端，而t端稱為測量端、工作端或熱端(下統(tǒng)稱冷端、熱端)。如果在冷端電流從導(dǎo)體A流向?qū)wB，則稱為正熱電極,B稱為負(fù)熱電極。第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827712二、熱電偶的基本定律在使用熱電偶測量溫度時(shí)，還需要應(yīng)用關(guān)于熱電偶的三條基本定律，它們已由實(shí)驗(yàn)所確立.1．均質(zhì)導(dǎo)體定律2．中間導(dǎo)體定律3．連接溫度定律第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277131．均質(zhì)導(dǎo)體定律

由一種均質(zhì)導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路，不論導(dǎo)體(半導(dǎo)體)的截面積如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。由此定律可以得到如下的結(jié)論：1)熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成2)由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí)，回路如產(chǎn)生熱電勢，便說明該材料是不均勻的。據(jù)此，可檢查熱電極材料的均勻性。第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277142．中間導(dǎo)體定律由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點(diǎn)的溫度都相同，則回路中熱電勢的總和等于零。結(jié)論1)在熱電偶回路中加入第三種均質(zhì)材料，只要它的兩端溫度相同，對回路的熱電勢就沒有影響。第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827715如圖3—5所，利用熱電偶測溫時(shí)，只要熱電偶連接顯示儀表的兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，那么儀表的接入對熱電偶的熱電勢沒有影響。而且對于任何熱電偶接點(diǎn)，只要它接觸良好，溫度均一，不論用何種方法構(gòu)成接點(diǎn)，都不影響熱電偶回路的熱電勢。第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827716第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827717第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827718如果兩種導(dǎo)體A、B對另一種參考導(dǎo)體C的熱電勢為已知。這兩種導(dǎo)體組成熱電偶的熱電勢是它們對參考導(dǎo)體熱電勢的代數(shù)和(見圖3—6)。

第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827719標(biāo)準(zhǔn)電極參考導(dǎo)體亦稱標(biāo)準(zhǔn)電極。鉑的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，復(fù)制性好，所以標(biāo)準(zhǔn)電極常用純鉑絲制作。這個(gè)結(jié)論大大簡化了熱電偶的選配工作。只要取得一些熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對的熱電勢，其中任何兩種熱電極配對時(shí)的熱電勢就可通過計(jì)算求得。第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277203．連接溫度(或中間溫度)定律接點(diǎn)溫度為t1和t3的熱電偶，它的熱電勢等于接點(diǎn)溫度分別為t1,t2和t2,t3的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和，如圖3—7所示，可以寫出它的熱電勢。第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827721在測溫時(shí)，為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定，可以把熱電偶做得很長，使冷端遠(yuǎn)離熱端，并連同測量儀表一起放置到恒溫或溫度波動較小的地方(如集中控制室)。但這種方法要耗費(fèi)許多貴重的熱電極材料，因此。一般是用一種所謂補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶的冷端相連接(如圖3—8所示)。這種補(bǔ)償導(dǎo)線是兩種不同的金屬材料，它在一定的溫度范圍內(nèi)(0～100℃)和所連接的熱電偶具有相同的熱電性質(zhì)，可用它們來做熱電偶的延伸線。第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827722補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線分為補(bǔ)償型和延伸型兩種。補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與對應(yīng)的熱電偶不同，是用賤金屬制成的，但在低溫下它們的熱電性質(zhì)是相同的。延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的材料與對應(yīng)的熱電偶相同，但其熱電性能的準(zhǔn)確度要求略低。補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)與電纜一樣，有單芯、雙芯等,芯線又分單股硬線和多股軟線；芯線外為絕緣層和保護(hù)層，有的還有屏蔽層。補(bǔ)償導(dǎo)線電阻率較小，線徑較粗，這有利于減小熱電偶回路的電阻。第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827723第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827724連接溫度定律的推論

1)已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行的分度，只要引入適當(dāng)?shù)男拚涂稍诹硗獾睦涠藴囟认率褂?。這就為制訂熱電偶的熱電勢——溫度關(guān)系分度表奠定了理論基礎(chǔ)。2)和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶的回路中，相當(dāng)于把熱電偶延長而不影響熱電偶應(yīng)有的熱電勢，這就為工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827725第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶常用的熱電偶是由熱電極(熱偶絲)、絕緣材料(絕緣管)和保護(hù)套管等部分構(gòu)成的。第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827726一、熱電極材料及其熱電性質(zhì)

1)物理性能穩(wěn)定。能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，其熱電性質(zhì)不隨時(shí)間變化；2)化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫下不易被氧化和腐蝕；3)熱電勢和熱電勢率(溫度每變化1℃引起的熱電勢的變化)大，熱電勢與溫度之間呈線性關(guān)系；4)電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)?。?)復(fù)制性好，以便互換；6)價(jià)格便宜。

第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827727二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指制造工藝較成熟、應(yīng)用廣泛、能成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良而穩(wěn)定并已列入專業(yè)或國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中的那些熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化文件對同一型號的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶規(guī)定了統(tǒng)一的熱電極材料及其化學(xué)成分、熱電性質(zhì)和允許偏差。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表。對于同一型號的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有互換性，使用十分方便。第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277281．鉑銠10——鉑熱電偶(分度號s)貴金屬熱電偶，直徑通常釣為0．5mm，它長期使用的最高溫度可達(dá)1300℃，短期使用可達(dá)1600℃。這種熱電偶的復(fù)制性好，測量準(zhǔn)確度高，宜在氧化性及中性氣氛中長期使用，在真空中可短期使用，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸氣中使用，除非外面套有合適的非金屬保護(hù)套管，防止這些氣氛和它直接接觸。在高溫下長期使用時(shí)，其晶粒會過分增大，導(dǎo)致鉑電極折斷。高溫下鉑電極對污染很敏感，熱電勢會下降，而且鉑銠極中的銠會揮發(fā)或向鉑電極擴(kuò)散，熱電勢也會下降。電勢較小，價(jià)格較貴。第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277292．鉑銠13——鉑熱電偶(分度號R)熱電偶的基本性能和使用條件和鉑銠10一鉑熱電偶相同，只是熱電勢略大些，歐美等國家使用較多。第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277303．鉑銠30——鉑銠6熱電偶(分度號B)這也是貴金屬熱電偶，直徑通常為0．5mm，長期使用最高溫度可達(dá)1600℃，短期使用可達(dá)1800℃。它宜在氧化性或中性氣氛中使用，在真空中可短期使用。它不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸氣的氣氛中使用，除非外面套有合適的非金屬保護(hù)套管。與鉑銠10一鉑熱電偶相比。由于它的兩個(gè)熱電極都是鉑銠合金，因此抗污染能力增大，晶粒增大也很小，熱電性質(zhì)更為穩(wěn)定。這種熱電偶的熱電勢及熱電勢率都比鉑銠10一鉑熱電偶更小。由于它在低溫時(shí)的熱電勢很?。虼死涠嗽?0℃以下使用時(shí)，可不必進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277314．鎳鉻——鎳硅(鎳鉻——鎳鋁)熱電偶(分度號K)賤金屬熱電偶，熱電極直徑一般為0．3～3．2mm，直徑不同，它的最高使用溫度也不同。以直徑3．2mm為例，它長期使用的最高溫度為1200℃，短期測溫可達(dá)1300℃。在500℃以下可在還原性、中性和氧化性氣氛中可靠地工作，而在500℃以上只能在氧化性或中性氣氛中工作。鎳鉻—鎳硅熱電偶可用于溫度很低的含氫或氨的氣氛中。而不能用于氧化還原交替的氣氛中，也不能用于含硫的氣氛中。在真空中只能短期使用(因?yàn)殂t將揮發(fā)而改變分度值)。鎳鉻—鎳鋁熱電偶與鎳鉻—鎳硅熱電偶的熱電特性幾乎完全一致，但是鎳硅合金比鎳鋁合金的抗氧化性更好，目前我國基本上已用鎳鉻—鎳硅熱電偶取代鎳鉻—鎳鋁熱電偶。鎳鉻—鎳硅熱電偶的熱電勢率比鉑銠10—鉑熱電偶的大4～5倍，而且溫度和熱電勢關(guān)系較近似于直線關(guān)系。第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277325．鎳鉻—康銅熱電偶(分度號E)這是賤金屬熱電偶，測溫范圍為一200～900℃，熱電極直徑為0．3～3．2mm。直徑不同，最高使用溫度也不同，以直徑3．2mm為例，長期使用最高溫度為750℃，短期使用最高可達(dá)900℃。這種熱電偶適合在氧化性或中性氣氛中使用。在其他氣氛中使用所受的限制與鎳鉻—鎳硅熱電偶相同。這種熱電偶適合在0℃以下測量溫度，因?yàn)樗诟邼穸葰夥罩胁灰赘g。在常用熱電偶中，這種熱電偶每攝氏度對應(yīng)的電勢最高，因此經(jīng)常使用這種熱電偶，第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277336．鐵——康銅熱電偶(分度號J)賤金屬熱電偶，測溫范圍為-40～750℃，熱電極直徑為0．3～3．2mm，它的最高測量溫度與熱電極直徑有關(guān)。它適用于氧化、還原性氣氛中測溫，亦可用在真空、中性氣氛中測溫。它不能在538℃以上的含硫氣氛中使用。這種熱電偶具有穩(wěn)定性好，靈敏度高和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277347．銅——銅熱電偶(分度號T)賤金屬熱電偶，測溫范圍為-200～+400℃，熱電極直徑為0．2～1．6mm，它的最高測量溫度與熱電極直徑有關(guān)。它適合在氧化、還原、真空及中性氣氛中使用，它在潮濕的氣氛中是抗腐蝕的，特別適合于0℃以下溫度的測量。它的主要特點(diǎn)是測溫準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，低溫時(shí)靈敏度高以及價(jià)格低廉。第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277358．鎳鉻—金鐵熱電偶(分度號NiCr—AuFe0．07)

及銅—金鐵熱電偶(分度號Cu—AuFe0．07)這兩種熱電偶適用于低溫測量。其測量范圍前者為-270～0℃，后者為-270~196~℃。這兩種熱電偶在低溫下使用具有穩(wěn)定性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，其分度表可查有關(guān)資料。第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277361)S、R、B的貴金屬來說，長期使用最高溫度是指在干燥空氣中熱電偶在該溫度下經(jīng)過200h作后，其原始分度值的變化不超過0．5％；短期使用的最高溫度、工作氣氛及原始值的變化與上述相同，經(jīng)歷時(shí)間則為20h。2)K、E、J、T的賤金屬來說，其長期使用的最高溫度是指在干燥空氣中熱電偶在該溫度下經(jīng)過1000h工作后，其原始分度值的變化不超過0．75％；短期使用的最高溫度、工作氣氛及原始值的變化與上述相同，經(jīng)歷時(shí)間則為100h。3)分度號為E、J、T熱電偶的負(fù)極雖然都是康銅(銅鎳合金)，但通常含有少量的不同元素，以控制熱電勢，并相應(yīng)減少鎳或銅的含量，或同時(shí)減少二者的含量。第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827737三、非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在高溫、低溫、超低溫、高真空和有核輻射等被測對象中，具有某些特別良好的性能。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶一般沒有統(tǒng)一的分度表。非金屬熱電偶材料的復(fù)制性還很差，故沒有統(tǒng)一的分度表，也不能成批生產(chǎn)。其機(jī)械強(qiáng)度較差，因此在使用中受到較大的限制。第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827738第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827739第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827740四、熱電偶的構(gòu)造1．普通型熱電偶

常用的普通型熱電偶本體是一端焊接的兩根金屬絲(熱電極)?？紤]到兩根熱電極之間的電氣絕緣和防止有害介質(zhì)侵蝕熱電極，在工業(yè)上使用的熱電偶一般都有絕緣管和保護(hù)套管。如果被測介質(zhì)對熱電偶不會發(fā)生侵蝕作用，也可不用保護(hù)套管，以減小接觸測溫誤差與滯后。第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827741(1)熱電極熱電極的直徑由材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率以及熱電偶的用途和測量范圍等決定。貴金屬熱電極的直徑一般是0.3～0.65mm；賤金屬熱電極的直徑一般是0.5～3.2mm。熱電偶的長度根據(jù)熱端在介質(zhì)中的插入深度來決定，通常為350～2000mm。第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827742焊點(diǎn)的形式熱電偶熱端通常采用焊接方式形成。為了減小熱傳導(dǎo)誤差和滯后，焊點(diǎn)宜小，焊點(diǎn)直徑應(yīng)不超過兩倍熱電極直徑。點(diǎn)焊對焊絞狀點(diǎn)焊第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827743(2)絕緣材料熱電偶的兩根熱電極要很好地絕緣，以防短路。在低溫下可用橡膠、塑料等作絕緣材料；在高溫下采用氧化鋁、陶瓷等制成圓形或橢圓形的絕緣管，套在熱電極上。各稱長期使用的溫度上限(℃)名稱長期使用的溫度上限(℃)天然橡膠聚乙烯聚四氟乙烯玻璃和玻璃纖維60~8080250400石英陶瓷氧化鋁氧化鎂1100．120016002000第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827744(3)保護(hù)套管為防止熱電極遭受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷，熱電偶通常都是裝在不透氣的、并帶有接線盒的保護(hù)套管內(nèi)。接線盒內(nèi)有連接熱電極的兩個(gè)接線柱，以便連接補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ь€。對保護(hù)套管材料的要求是能承受溫度的劇變、耐腐蝕、有良好的氣密性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度，有高的熱導(dǎo)率，在高溫下不致和絕緣材料及熱電極起作用，也不產(chǎn)生對熱電極有害的氣體。第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827745主要用于測量氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的熱電偶。按其安裝時(shí)的連接形式可分為螺紋連接和法蘭連接兩種；按其使用時(shí)被測介質(zhì)的壓力大小可分為密封常壓式和高壓固定螺紋式兩種第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827746

還有一種保護(hù)套管結(jié)構(gòu)(稱為焊接固定錐形熱電偶)，其外形如圖3—12(g)所示。它是用在高溫高壓蒸汽管道上測量蒸汽溫度用的。這些熱電偶測溫時(shí)的時(shí)間常數(shù)隨保護(hù)套管的材料及直徑而變化。第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827747(4)接線盒接線盒中有接線端子，它將熱電極和連接導(dǎo)線連接起來。接線盒起密封和保護(hù)接線端子的作用。普通式防濺式防水式隔爆式插座式

第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277482．鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，其結(jié)構(gòu)如圖3一13所示套管材料有銅、不銹鋼及鎳基高溫合金等。熱電偶與套管之間填滿了絕緣材料的粉末，目前采用的絕緣材料絕大部分為氧化鎂。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827749鎧裝熱電偶的熱端有露端形、接殼形、絕緣形、扁變截面形及圓變截面形等。第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827750第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827751鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)熱端熱容量小動態(tài)響應(yīng)快機(jī)械強(qiáng)度高撓性好耐高壓、強(qiáng)烈震動和沖擊可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙87488277523．薄膜熱電偶由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。熱端既小又薄，熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測量；動態(tài)響應(yīng)快，可測量瞬變的表面溫度。片狀結(jié)構(gòu)的薄膜熱電偶，是采用真空蒸鍍法將兩種熱電極材料鍍到絕緣基板上，上面再蒸鍍一層二氧化硅薄膜作絕緣和保護(hù)層。第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827753第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827754如果將熱電極材料直接蒸鍍在被測表面上，其時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級，可用來測量變化極快的溫度。也可將薄膜熱電偶制成針狀，針尖處為熱端，可用來測量點(diǎn)的溫度。

第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827755第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827756第三節(jié)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問題從熱電偶的測溫原理中知道，熱電偶熱電勢的大小不但與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)，只有在冷端溫度恒定的情況下，熱電勢才能正確反映熱端溫度高低。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中。受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動的影響較大，因此冷端溫度不可能是恒定值。為消除冷端溫度變化對測量的影響．可采用下述幾種冷端溫度補(bǔ)償方法。第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827757一、計(jì)算法各種熱電偶的分度關(guān)系是在冷端溫度為0℃的情況下得到的。如果測溫?zé)犭娕嫉臒岫藶閠℃，冷端不是0℃而是t0℃，這時(shí)不能用測得的E(t，0)去查分度表得，而應(yīng)該根據(jù)下式計(jì)算熱端為t℃、冷端為0℃時(shí)的熱電勢：第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827758

熱端為t℃時(shí)的熱電勢，該值可以從熱電偶分度表中查得。然后用E(t，0)從分度表中查得溫度，就是通過計(jì)算法補(bǔ)償了冷端溫度不在0℃所產(chǎn)生的電勢變化后得到的熱端溫度。

用計(jì)算法來補(bǔ)償冷端溫度變化的影響，適用于實(shí)驗(yàn)室測溫;對于現(xiàn)場使用的直讀式儀表測溫，用此方法補(bǔ)償是很不方便的。第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827759二、冰點(diǎn)槽法如果在測溫時(shí)將熱電偶冷端置于0℃下，就不需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償這時(shí)需要設(shè)置一個(gè)溫度恒為0℃的冰點(diǎn)槽。圖3-16所示是一個(gè)簡單的冰點(diǎn)槽，把清潔水制成冰屑，冰屑與清潔水相混合后放在保溫瓶中。在一個(gè)大氣壓下,冰和水的平衡溫度就是0℃。在瓶蓋上插進(jìn)幾根盛有變壓器油的試管是為了保證傳熱性能良好，將熱電偶的冷端插到試管里。冰點(diǎn)槽法是一個(gè)準(zhǔn)確度很高的冷端溫度處理方法，然而需要保持冰水兩相共存，使用起來比較麻煩，因此這個(gè)辦法只用于實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)生產(chǎn)中一般不采用。第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827760第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827761補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。

三、補(bǔ)償電橋法(冷端補(bǔ)償器)第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827762冷端溫度補(bǔ)償電橋是一個(gè)不平衡電橋。橋臂電阻R和Rcu與熱電偶冷端處于相同的環(huán)境溫度。是錳銅線繞電阻Rcu是銅導(dǎo)線繞制的補(bǔ)償電阻。E(=4V)是橋路直流電源選擇Rcu的阻值使橋路在20℃時(shí)處于平衡狀態(tài)，此時(shí)橋路輸出為0。通過改變限流電阻尺，的阻值來改變流過橋臂的電流，可使補(bǔ)償電橋與不同類型的熱電偶配合使用。第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827763機(jī)械零點(diǎn)

如果電橋平衡時(shí)的溫度為20℃，則冷端溫度=20℃。在使用時(shí)，與其配接的動圈表的機(jī)械零點(diǎn)應(yīng)調(diào)至20℃。與熱電偶配接的溫度變送器及電子自動電位差計(jì)中也有溫度補(bǔ)償電路，而且就作為儀表測量線路的一部分，它們都是將熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償至0℃。第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827764第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827765四、多點(diǎn)冷端溫度補(bǔ)償法為了節(jié)省儀表，在同一設(shè)備或同一車間里，可利用多點(diǎn)切換開關(guān)把幾支甚至幾十支同一分度號的熱電偶接到一塊儀表上，這時(shí)只需要用一個(gè)公共的冷端補(bǔ)償器。第65頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2023/5/2西北電力職工培訓(xùn)中心動力系熱工自動化教研室劉曉謙8748827766還有一個(gè)辦法把所有熱電偶的冷端引到一個(gè)接線端子盒里，在這個(gè)盒子里放置著補(bǔ)償熱電偶的熱端。補(bǔ)償熱電偶可以是一支測溫?zé)犭娕蓟蚴怯脺y溫?zé)犭娕嫉难a(bǔ)償導(dǎo)線制成的熱電偶。補(bǔ)償熱電偶和測溫?zé)犭娕纪ㄟ^切換開關(guān)和儀表串接起來，使冷端溫度變化引起測溫?zé)犭娕己脱a(bǔ)償熱電偶的熱電勢變化相互補(bǔ)償。此時(shí)動圈表的機(jī)械零點(diǎn)應(yīng)