热电偶温度传感器

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6.3 热电偶传感器6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.3.6 6.3.7返 回

热电偶测温原理 热电偶的基本定律 热电偶的冷端处理和补偿 标准化热电偶 非标准化热电偶 热电偶结构型式 热电偶安装注意事项上一页 下一页

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6.3.1 热电偶测温原理热电偶：两种不同的金属 和 构成闭合回路 热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路 当两个接触端T﹥ 当两个接触端 ﹥ T0时，回路中会产生热电势

热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定返 回 上一页 下一页

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1. 接触电势

kT N A 接触电势 e AB (T ) = ln e NB

k —— 玻耳兹曼常数； T —— 接触面的绝对温度； e —— 单位电荷量； NA——金属电极A的自由电子密度 NA——金属电极B的自由电子密度下一页

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2. 温差电势

温差电势 e A (T , T0 ) = 汤姆逊电势) (汤姆逊电势)

∫

T

T0

δdT

δ —— 汤姆逊系数，它表示温度为 ℃时所产生的电动势值， 汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生的电动势值， 它与材料的性质有关。 它与材料的性质有关。返 回 上一页 下一页

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3. 热电偶回路的总热电势

E AB ( T ,T0 ) =e AB ( T ) e A ( T ,T0 ) e AB ( T0 ) + eB ( T ,T0 ) = [ e AB ( T ) e AB ( T0 )] [ e A ( T ,T0 ) eB ( T ,T0 )]T N k = ( T T0 ) ln A ∫ ( δ A δ B )dt e N B T0

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热电极A和 为同一种材料时 为同一种材料时， 热电极 和B为同一种材料时，NA=NB, δ A=δB, 则EAB(T, T0)=0。 。 若热电偶两端处于同一温度下， 若热电偶两端处于同一温度下， T=T0 , 则EAB(T, T0)=0 。 热电势存在必须具备两个条件： 热电势存在必须具备两个条件： 一、两种不同的金属材料组成热电偶， 两种不同的金属材料组成热电偶， 二、它的两端存在温差。 它的两端存在温差。

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E AB ( T ,T 0) = [ e AB ( T ) ∫ ( δ A δ B )dt ] [ e AB ( T0 ) ∫ ( δ A δ B )dt ]0 T

T

T0

= f ( T ) f ( T0 )热电势是T和 的温度函数的差，而不是温度的函数。 热电势是 和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。 则有： 当T0=0℃时，f (T0)=0则有： ℃ 则有

E AB (T , T0 ) = f (T )E与T之间有唯一对应的单值函数关系， 与 之间有唯一对应的单值函数关系 之间有唯一对应的单值函数关系， 因此就可以用测量到的热电势E来得到对应的温度值 来得到对应的温度值T, 因此就可以用测量到的热电势 来得到对应的温度值 ， 热电偶热电势的大小，只是与导体A和 的材料有关 的材料有关， 热电偶热电势的大小，只是与导体 和B的材料有关， 与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。 与冷热端的温度有关，与导体的

粗细长短及两导体接触面积无关。

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6.3.2 热电偶的基本定律1. 匀质导体定律 2. 中间导体定律 3. 连接导体定律

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1. 匀质导体定律由一种匀质导体所组成的闭合回路， 由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体 的截面积如何及导体的各处温度分布如何， 的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都 不能产生热电势。 不能产生热电势。 热电偶必须采用两种不用材料的导体组成， 热电偶必须采用两种不用材料的导体组成， 热电偶的热电势仅与两接点的温度有关， 热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与 沿热电极的温度分布无关。 沿热电极的温度分布无关。 如果热电偶的热电极是非匀质导体， 如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀 温度场中测温时将造成测量误差。 温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极 材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指 标之一。 标之一。返 回 上一页 下一页

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2. 中间导体定律在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C 在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体 C , 只 要中间导体的两端温度相同， 要中间导体的两端温度相同 ， 热电偶回路总电动势不 受中间导体接入的影响。 受中间导体接入的影响。

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3. 连接导体定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。 为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。

EABA′B′ (T , Tn , T0 ) = EAB (T , Tn ) + E A′B′ (Tn , T0 )E AB (T , Tn , T0 ) = E AB (T , Tn ) + E AB (Tn , T0 )

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热电偶测量某一温度， 例6.3.1 用(S型)热电偶测量某一温度，若参比 端温度T0=30℃,测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV, 端温度T =30℃,测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV, E(T,Tn)=7.5mV 求测量端实际温度T 求测量端实际温度T。E (T , T0 ) = E (T , Tn ) + E (Tn ,T0 )在E(Tn,T0)中Tn = 30 ° C,T0 = 0°C查分度表有E( , ) 查分度表有 (30,0)= 0.173 mV

E(T,Tn) 7.5mV =E ( T ,)= E ( T , ) E ( 30 , 0 ) = 7 . 5 + 0 . 173 = 7 . 673 mV 0 30 +

反查分度表有T=830℃,测量端实际温度为830℃ 反查分度表有T=830℃,测量端实际温度为830℃ T=830℃

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6.3.3 热电偶的冷端处理和补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关， 热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关， 而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定， 而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定， 通过测量热电势的大小得到热端的温度。 通过测量热电势的大小得到热端的温度。 热电偶的冷端处理和补偿: 热电偶的冷端处理和补偿

当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时， 当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必 须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳 定的地方，再考虑将冷端处理为0 定的地方，再考虑将冷端处理为0℃。返 回 上一页 下一页

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几种冷端处理方法：1. 2. 3. 4. 补偿导线法 热电偶冷端温度恒温法 计算修正法 冷端补偿电桥法

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1. 补偿导线法组成：补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。 组成：补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层。 热电偶补偿导线功能： 热电偶补偿导线功能：– 其一实现了冷端迁移； 其一实现了冷端迁移； – 其二是降低了电路成本。 其二是降低了电路成本。

补偿导线又分为延长型和补偿型两种 补偿导线又分为延长型和补偿型两种 延长型– 延长形：补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与 延长形： 配用的热电偶相同，用字母“ 附在热电偶分度号后表示， 配用的热电偶相同，用字母“X”附在热电偶分度号后表示， – 补偿型：其合金丝的名称化学成分与 …… 此处隐藏：2116字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……