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熱電偶的驗溫原理

熱電偶高溫計是一種接觸式的測溫儀表。使用時熱電偶測溫部分直接與被測物體接觸,進行測溫。熱電偶高溫計包括熱電偶,顯示儀表與補償導線等。

熱電偶測溫原理是當兩種不同的金屬,如鉑及鉑銠合金、鎳及鉻、鎳、鋁等金屬組成通路時,由於兩接觸點溫度不同,迴路內便產生溫差電勢,透過顯示儀表(如毫伏計、電位差計等)把溫度顯示出來。注意:製成電熱偶的兩電極材料不同,測溫範圍也不同,鉑鍺-鉑熱電偶可做高溫測量(1300°C以上),而鎳鉻-鎳鋁熱電偶,一般作為低溫測量,如900°C以下的溫度測量計。

熱電偶的驗溫原理

JY-DAM-TC16

熱電偶(thermocouple)是溫度測量儀表中常用的測溫元件,直接測量溫度,並把溫度訊號轉換成熱電動勢訊號,透過電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同,但是基本結構卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成,通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節器配套使用。

在工業生產過程中,溫度是需要測量和控制的重要引數之一。在溫度測量中,熱電偶的應用極為廣泛,具有結構簡單、製造方便、測量範圍廣、精度高、慣性小和輸出訊號便於遠傳等許多優點。另外,由於熱電偶是一種有源感測器,測量時不需外加電源,使用十分方便,所以常被用作測量爐子、管道內的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

熱電偶是熱電效應的具體應用之一,在溫度測量中得到了廣泛的應用,熱電偶具有結構簡單、容易製造、使用方便和測量精度高等優點。可用於快速測溫、點溫測量和表面測量等,但是熱電偶也存在著不足的地方,如使用的參考端溫度必須恆定,否則將歪曲測量結果;在高溫或長期使用中,因受被測介質或氣氛的作用(如氧化、還原等))而發生劣化,降低使用壽命。儘管如此,熱電偶仍在工業生產和科研活動中起著舉足輕重的作用。下面我們從三個熱電效應的i闡述中來討論熱電偶的測溫原理。

熱電偶的驗溫原理

熱電偶測溫示意圖

對於一定的熱電偶,當其參考端溫度TO恆定時,eAB (TO)為一常數,則熱電勢EAB(T,TO)僅是測量端溫度的函式,即:EAB (T,TO) =eAB (T)-常數=fAB(T)-C(1-5)

人們正是利用這種EAB(T,TO)與T-一對應的關係來達到測溫的目的。而熱電偶測量的並不是測量端的溫度T,而是測量溫度差T-TO。在熱電偶分度表上,均規定熱電偶E-T特性曲線以及配熱電偶顯示儀表的參考端溫度為OOC,如果熱電偶在實際應用中參考端溫度不在0OC時,應對參考端溫度進行補償或修正,否則將帶入很大的測量誤差。

熱電偶測溫是透過測定熱電勢來實現的,所以說熱電偶測溫的原理是熱電效應。塞貝克電勢實質上就是熱電偶將熱能轉換成電能來實現測溫目的,而這個電能,實際上是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的,也就是將要討論的珀爾帖電勢和湯姆遜電勢。

熱電偶的驗溫原理

熱點效應

工作原理

當有兩種不同的導體或半導體A和B組成一個迴路,其兩端相互連線時,只要兩結點處的溫度不同,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,迴路中將產生一個電動勢,該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。這種現象稱為“熱電效應”,兩種導體組成的迴路稱為“熱電偶”,這兩種導體稱為“熱電極”,產生的電動勢則稱為“熱電動勢” 。

熱電動勢由兩部分電動勢組成,一部分是兩種導體的接觸電動勢,另一部分是單一導體的溫差電動勢。

熱電偶迴路中熱電動勢的大小,只與組成熱電偶的導體材料和連線點的溫度有關,而與熱電偶的形狀尺寸無關。當熱電偶兩電極材料固定後,熱電動勢便是連線點溫度t和t0的函式差 。

即這一關係式在實際測溫中得到了廣泛應用。因為冷端t0恆定,熱電偶產生的熱電動勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化,即一定的熱電動勢對應著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的。

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成分的材,質導體組成閉合迴路。

當兩端存在溫度梯度時,迴路中就會有電流透過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect)。兩種不同成分的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處於某個恆定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函式關係,製成熱電偶分度表。分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶迴路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入迴路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電動勢後,即可知道被測介質的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端(測量端為熱端,透過引線與測量電路連線的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關係。若測量時,冷端的(環境)溫度變化,將嚴重影響測量的準確性。在冷端採取一定措施補償由於冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連線用專用補償導線。

熱電偶冷端補償計算方法:

從毫伏到溫度:測量冷端溫度,換算為對應毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度;

從溫度到毫伏:測量出實際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度。