热电偶测量温度原理.

热电偶测量温度原理.
热电偶测量温度原理.

1、2两点的温度不同时,回路中就会产生热电势,因而?就有电流产生,电流表就会?发生偏转,这一现象称为热?电效应(塞贝克效应),产生的电势、电流分别叫热电?势、热电流。

热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度

的,是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t,t0 ),这种现象称为塞贝克效应,即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中,将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处,而将参比端分开,用导线接入

显示仪表,并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。

第一节热电偶的测温原理

在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来,经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文

等科学家的大量研究,热电效应理论得到了不断的发展,并日趋完善。热电偶是热电效应的

具体应用之一,它在温度测量中得到了广泛的应用,热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等,但是热电偶也存在着

不足的地方,如使用的参考端温度必须恒定,否则将歪曲测量结果;在高温或长期使用中,

因受被测介质或气氛的作用(如氧化、还原等)而发生劣化,降低使用寿命。尽管如此,热

电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来

讨论热电偶的测温原理。

一、塞贝克效应和塞贝克电势

热电偶为什么能用来测量温度呢?这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年,塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路(如图1-1)中,如果对

(完整word版)热电偶温度计的测温原理、选型及其应用

《自动检测技术及仪表》课程设计报告 热电偶温度计的测温原理、选型及其应用 学院: 班级: 姓名: 学号:

目录 一摘要 (3) 二热电偶温度计的测温原理 (3) 2.1 热电偶的测温原理 (3) 2.2 接触电势 (4) 2.3 温差电势 (4) 2.4 热电偶温度计闭合回路的总热电势 (4) 三热电偶温度计的组成结构及其作用和特 (5) 3.1 热电偶温度计的组成结构 (5) 3.2 热电偶温度计的作用及特点 (6) 四热电偶温度计测温技术中涉及到的定则 (7) 4.1 均质导体定则 (7) 4.2 中间导体定则 (7) 4.3 连接导体和中间温度定则 (8) 五热电偶温度计的误差分析及选型 (8) 5.1 影响测量误差的主要因素 (8) 5.1.1插入深度 (8) 5.1.2响应时间 (9) 5.1.3热辐射 (10) 5.1.4冷端温度 (11) 5.2 热电偶温度计的选型 (11) 六现场安装及其注意事项 (13) 七总结 (13) 八参考文献 (15)

一、摘要 热电偶温度计是一种最简单﹑最普通,测温范围最广的温度传感器,是科研﹑生产最常用的温度传感器。在使用时不注意,也会引起较大测量误差。针对当前存在的问题,详细探讨影响测量误差的主要因素:热电偶插入深度﹑响应时间﹑热辐射及冷端温度等因素对测量的影响;在使用时应该怎样选择热电偶温度计,以及使用时的一些安装注意事项,这对提高测量精度,延长热电偶寿命,都有一定的意义。 二、热电偶温度计的测温原理 热电偶温度计是一种感温元件 , 把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端温度不同时 , 回路中就会产生电势,这种现象称为热电效应(或者塞贝克效应)。两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系 , 制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在 0°C 时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时 , 只要该材料两个接点的温度相同 , 热电偶所产生的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此 , 在热电偶测温时 , 可接入测量仪表 , 测得热电动势后 , 即可知道被测介质的温度。 热电偶温度计测温原理图如图所示: 其中,T是热端、工作端或者测量端, T

热电偶测量误差分析(精)

热电偶测量误差分析 一、热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来,构成一个闭合回路,就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端,温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0),因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示:EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0) 式中 EAB(t,t0)-热电偶的热电势; EAB(t)-温度为t时工作端的热电势; EAB(t0)-温度为t0时冷端的热电势。 从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,因此,只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t),将热电势送入显示仪表进行指示或记录,或送入微机进行处理,即可获得测量端温度t值。 要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质: 质材料定律:由一种均质材料组成的闭合回路,不论材料长度方向各处温度如何分布,回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的,否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势,从而因热电偶材料不均引入误差。 中间导体定律:在热电偶回路中插入第三种(或多种)均质材料,只要所插入的材料两端连接点温度相同,则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表,只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成,也可以借用均质等温的导体加以连接。 中间温度定律:两种不同材料组成的热电偶回路,其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和,其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时,只要能测得热电势EAB (t,to),且to已知,仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。 连接导体定律:在热电偶回路中,如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接(如下图所示),各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。 中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。 二、各种误差引起的原因及解决方式 2.1 热电偶热电特性不稳定的影响

热电偶测温的使用原理

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。 我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线

热电偶测温基本原理

1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 A,B 两种导体,一端通过焊接形成结点,为工作端,位于待测介质。另一端接测温仪表,为参考端。为更好地理解下面的内容,我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为:A、B两种导体组成的热电偶,工作端温度为T1,参考端温度为T0,形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中,工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2,测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和,即A、B为一段,热电动势为EAB(T1,T2),C、D为另一段,热电动势为ECD(T2,T0), 即: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)

在上图中,如果C、D的材质和A、B完全一样,即C即为A,D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点,此时,回路总电势为: E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定 律) (2) 从式(2)我们可以看出,只要是相同的热电偶,中间产生了连接点,则总电势与连接点的温度(中间温度)无关,而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中,不需要考虑中间有没有连接点,也不需要考虑连接点的温度,而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D,它能满足: ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们,使用了补偿导线,我们将T2延伸到了T0,但最后我们的测量结果与T2无关,这样我们也可以理解为,因为我们使用了导线C、D,是它补偿了T2处连接所产生的附加电势,而使得我们最终测量不需要再考虑T2,这也是C、D为什么叫补偿导线的原因, 2.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

热电偶测温原理及常见故障

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 常用的热电偶材料有: 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2.热电偶的种类及结构形成

(1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时,冷端的(环境)温度变化,将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻,另外有一个桥臂由(铜)热电阻构成。当冷端温度变化(比如升高),热电偶产生的热电势也将变化(减小),而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化(升高)。如果参数选择得好且接线正确,电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等,整个热电偶测量回路的总输出电压(电势)正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。

热电偶测温不准解决方案总结

热电偶测温不准解决方案 总结 Prepared on 22 November 2020

热电偶测温不准解决方案总结 热电偶作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一,在水泥厂和钢铁厂使用的很多,主要用在链篦机和回转窑上等设备上。这次在现场就用到了三种型号的热电阻,分别是K,N和S型的。经过一段时间的使用,发现并不是很理想。经检测,链篦机的一些风箱现场实际温度比中控显示低50℃左右,由此可见热电偶出现测温不准问题还是很常见的。 造成热电偶失准的常见原因: ◆的补偿导线接反。这主要是安装时出现的问题,负责接线的人员一 时的粗心造成,属人为因数。当出现热电偶的接反情况时,中控画 面的显示通常比实际值偏大或偏小。 ◆补偿电阻故障。此类故障表现为热电偶接上后温度显示值缓慢上升 或下降。 ◆的补偿导线绝缘层被磨破,造成信号回路接地。这主要是因为补偿 导线较硬,而且在接线盒内又未被安放平整,处理故障时多次旋拧 接线盒盖碰到补偿导线而将其磨破。此类故障反映在中控画面上其 温度示值一般偏小。 ◆接线盒内接线端子接触不良。因补偿导线和热电偶的导线都比较 硬,所以现场检修时紧固接线比较困难,有时候开始把导线拧紧了 但过段时间随着导线的变形又松了。此类故障反映在操作员控制站 上的温度示值为无显示或显示值超量程。

◆热电偶的头部严重磨损。由于链篦机和回转窑内的粉尘和烟气对热 电偶的头部包括护套管冲刷后严重磨损,将护套管改由耐磨钢材料 制成后,才消除了此类故障隐患。 ◆信号屏蔽系统DCS柜内接地不良。由于热电偶出来的信号时mv级信 号,因此很容易在传到中控时受到干扰,此类故障极容易造成电荷在 信号线上积累,引起信号漂移或晃动。 这次这边的问题主要出现在补偿导线上。 下面对热电偶补偿导线作一个详细的解释: 要了解热电偶的温度补偿问题,就要从热电偶的原理作手,对于已选定的热电偶,当参比端温度恒定时,则总的热电动势就成测量端温度的单值函数。即一定的热电势对应着一定的温度,而热电偶的分度表中,参比端温度均为0度。但在应用现场,参比端温度千差万别,不可能都恒定在0度,这就会产生测量误差,这就是热电偶要进行温度补偿的原因。由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。 热电偶测温使用补偿线时,必须注意以下几点: 1.补偿导线必须与相应型号的热电偶配用;

热电阻与热电偶的测量原理及区别

热电阻与热电偶的测量原理及区别 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50——+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端

实验二十一__热电偶的原理及现象实验

热电偶的原理及现象 一、实验目的:了解热电偶测温原理。 二、基本原理:1821年德国物理学家赛贝克(T?J?Seebeck)发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路,当两个结点温度不相同时,回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应(塞贝克效应)。 热电偶测温原理是利用热电效应。如图21—1所示,热电偶就是将A和B二种不同金属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极,焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端, 也称热端;未焊接的一端处在温度T0称为自由端 或参考端,也称冷端(接引线用来连接测量仪表的图21—1热电偶 两根导线C是同样的材料,可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大,热电偶的输出电动势愈大;温差为0时,热电偶的输出电动势为0;因此,可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上,将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号,并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表;可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度,应用在冶金、化工和炼油行业,用于测量、控制较高的温度。 本实验只是定性了解热电偶的热电势现象,实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶,分度号为T。实验仪有二个热电偶,它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中,二个热电偶串联在一起,产生热电势为二者之和。 三、需用器件与单元:机头平行梁中的热电偶、加热器;显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V电源;调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器;调理电路单元中的差动放大器;室温温度计(自备)。 四、实验步骤: 1、热电偶无温差时差动放大器调零:将电压表量程切换到2V档,按图21—2示意接线,检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底(增益为101倍),再逆时针回转一点点(防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良);再调节差动放大器的调零旋钮,使电压表显示0V左右,再将电压表量程切换到200mV档继续调零,使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。

热电偶测量原理

热电偶测量原理 摘要:温度,无论是在工业还是农业生产过程中都属于很普遍又很重要的指标。测量温度信号使用各种类型的温度传感器实现,如热电偶(TC)、热电阻(RTD)、热敏电阻(NTC)等。本文主要介绍热电偶测量原理及其类型,以及对热电偶选取的简单介绍。 一、何为热电偶 两种不同材料的导体或半导体(通常称为热点极)两端接合(接合点A与B)形成回路时候,当两端的接合点T A≠T B时,在回路中就会产生电动势,通过温度差变化引起电动势的变化称为热电效应,该电动势又被称为热电势,如图 1所示。由于该热电势是由两种不同的导体材料产生的,又称之为热电偶。由热电偶的定义可以发现,热电偶可将温度直接转化电信号,使得测量可以很容易简单的进行。 图 1 热电效应原理 二、热电偶类型 对于热电偶热电势的产生需要达到如下条件: 1.两种不同材料的导体或半导体; 2.温度差的产生,即TA≠TB; 改变T A(称之为测量端,也叫热端)结点温度时,保持T B(称之为参考端,也叫冷端)处于一恒温状态,就能通过热电势与温度关系得出该两种材料所形成的热电偶分度表,由于热电势指的是E AB(T A,T B),两端接合点温度差所对应的电势差有关,而温度差相同但温度段不同时对应的信号大小也是不一致的,例如0~50℃和50~100℃的温度差相同,但信号大小却是不相同,为了准确测量温度信号就必须把其中一头的温度固定下来,通常分度表的T B一般为0℃。所以从理论上讲,任何两种导体都可以配制为热电偶,但得到的并不全是满足测量需求的,如测温精度、测温范围、测温瞬变程度等。在多年的时间测试了许多种热电材料组合的热电特性,经过百多年的发展已经对产品的规格及性能都已标准化。目前常用的热电偶类型有8种,S、R、B、E、T、J、K、N。其中S、R、B属于贵金属材料热电偶;E、T、J、K、N属于廉金属材料热电偶。对于热电偶类型所选用的材料均可在网上找到对应资料。 对于不同型号类型热电偶拥有自己所测量的最优温度区间,将在后续选取中进一步介绍。 三、热电偶测量原理 四个热电偶基本经验定律: 1.均质导体定律:由同一种均质材料两端焊接组成闭合回路时,无论导体两端及其截面温度如何分布,均不产生接触电势,而温差电势相互抵消,总电势为零; 2.中间导体定律:在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响;

热电偶测量温度原理

1、2两点的温度不同时,回路中就会产生热电势,因而?就有电流产生,电流表就会?发生偏转,这一现象称为热?电效应(塞贝克效应),产生的电势、电流分别叫热电?势、热电流。 热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的,是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t,t0 ),这种现象称为塞贝克效应,即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中,将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处,而将参比端分开,用导线接入显示仪表,并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。 第一节热电偶的测温原理 在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来,经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究,热电效应理论得到了不断的发展,并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一,它在温度测量中得到了广泛的应用,热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等,但是热电偶也存在着不足的地方,如使用的参考端温度必须恒定,否则将歪曲测量结果;在高温或长期使用中,因受被测介质或气氛的作用(如氧化、还原等)而发生劣化,降低使用寿命。尽管如此,热电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 一、塞贝克效应和塞贝克电势 热电偶为什么能用来测量温度呢?这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年,塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路(如图1-1)中,如果对

热电偶的测温原理

热电偶的测温原理 摘要:通过对金属的接触电动势和温差电动势来进行简化的数学推导,从根源来阐述热电偶的工作原理,并通过实验来简化。从而系统地解释了热电偶的输入量(温度)和输出量(电流,电压)的线性关系。以及热电偶的选型要求,和材料性能。 关键词:热电效应、电动势、选型、材料; 0 引言 温度测量是通过某些测温物质的各种物理性能变化,例如固体的尺寸,密度,硬度 粘度,电导率,热辐射等的变化来判断被测物体的温度。在许多测量方法中,热电偶测温的应用为最广泛之一。主要优点:①接触式测温,准确度较高;②结构简单,体积小,安装方便;③测量范围广:-150oC----1600oC,采用特殊材料时可达2800oC。④热容量小,响应速度快,热电极不受形状限制 1热电偶传感器的工作原理 1.1 热电效应 如图1所示,由两种导体A,B 构成一个闭合回路,使两端结点处于不同温度下。回路中便产生热电势和电流。这种物理现象称为热电效应。 图 1 定义:导体A,B为热电极;测温结点处在T温度场下为测量端,或工作端,热端。结点处在To温度场下为参考端,或自由端,冷端。 1.2 热电偶中的电势 1.2.1接触电势(伯尔帖电势) 互相接触的两种金属导体内部因自由电子密度不同,当接触时两种导体在接触界面上会发生电子扩散。电子扩散的速率与自由电子的密度及金属所

处的温度呈正比。假定,金属A 的自由电子的密度为NA,金属B 的自由电子的密度为NB. 自由电子的密度大的向自由电子的密度小的方向扩散。 失去电子一方带正电,得到电子一方带负电。 这种扩散运动逐渐在界面上建立电势,类似于势垒,它又阻碍自由电子进一步扩散,产生了一个动态平衡。 图 2 接触电势的关系式: 图 3 K:波尔兹曼常数 J/K T:接触界面处的温度 e:电子电荷量 C NA,NB 分别为金属A,B 的自由电子密度. 对于To 结点有: 回路总接触电势: B A AB N N e kT T e ln )( =

实验三,热电偶与热电阻的温度测量

实验三热电偶与热电阻的温度测量 一、实验目的: 1、了解热电偶测量温度的原理与应用。 2、了解热电偶冷(自由)端温度补偿的原理与方法。 3、了解热电阻的测温原理与特性。 二、实验原理: 将两种不同的金属丝组成回路,如果二种金属丝的两个接点有温度差,在回路内就会产生热电势,这就是热电效应,热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器,置于被测温度场的接点称为工作端,另一接点称为冷端(也称自由端),冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0℃、25℃的模拟温度场。 热电偶是一种温差测量传感器。为直接反映温度场的摄氏温度值,需对其自由端进行温度补偿。热电偶冷端温度补偿的方法有:冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法,常用的是电桥法(图3-2),它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥,称冷端温度补偿器,补偿器电桥在0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0℃)热电偶回路的电势Uab下降,由于补偿器中PN结呈负温度系数,其正向压降随温度升高而下降,促使Uab上升,其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势,达到补偿目的。 热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性,对于热电阻要求其材料电阻温度系数大,稳定性好、电阻率高,电阻与温度之间最好有线性关系。常用的有铂电阻和铜电阻,热电阻阻值Rt与温度t的关系为: Rt=R0(1+At+Bt2) 本实验采用的是Pt100铂电阻,它的R0=100Ω,A=3.9684×10-2/℃,B=5.847×10-7/℃2,铂电阻采用三线连接法,其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。 三、需用器件与单元: K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、温度控制测量仪(9000型)。 温度传感器实验模板、冷端温度补偿器、直流±15V、外接+5V电源适配器。 Pt100铂热电阻。 四、实验步骤: 1、将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中,(K型、E型已装在一个护套内),K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端,用它作为标准传感器,配合温控仪表用于设定温度,注意识别引线标记,K型、E型及正极、负极不要接错。 2、将E型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上,作为被测传感器用于实验,按图3-1接线,热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端,接入“a”点。 图3-1 热电阻(偶)测温特性

热电偶传感器习题及答案

第九章热电偶传感器 一、单项选择题 1)正常人的体温为37C,则此时的华氏温度约为______,热力学温度约为______。 A. 32F,100K B. 99F,236K C .99F,310K D. 37F,310K 2)_____的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A. 热端直径 B. 热端和冷端的温度 C. 热端和冷端的温差 D. 热电极的电导率 3)测量钢水的温度,最好选择______热电偶;测量钢退火炉的温度,最好选择_____热电偶;测量汽轮机高压蒸气(200C左右)的温度,且希望灵敏度高一些,选择______热电偶为宜。 A. R B. B C. S D. K E .E 4)测量CPU散热片的温度应选用______型的热电偶;测量锅炉烟道中的烟气温度,应选用______型的热电偶;测量100m深的岩石钻孔中的温度,应选用______型的热电偶。 A. 普通 B.铠装 C. 薄膜 D. 热电堆 5)在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是______。 A. 补偿热电偶冷端热电势的损失 B. 起冷端温度补偿作用 C. 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D. 提高灵敏度 二、分析与问答 1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。 2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E AB (t , t ),其中A、B、t、t 各代表什么意义? t 在实际应用时常应为多少? 3、用热电偶测温时,为什么要进行冷端补偿?冷端补偿的方法有哪几种? 三、计算题 1、用一K型热电偶测量温度,已知冷端温度为40℃,用高精度毫伏表测得此时 的热电动势为,求被测的温度大小? 2、用一K型热电偶测钢水温度,形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅材料 制成,A`、B`为延长导线。问: 1)满足哪些条件时,此热电偶才能正常工作? 2)A、B开路是否影响装置正常工作?原因? 3)采用A`、B`的好处? 4)若已知t 01=t 02 =40℃,电压表示数为,则钢水温度为多少? 5)此种测温方法的理论依据是什么? 3、试说明下面各图中分别是测量哪些被测温度量? 习题答案:

热电偶测温基本原理

A,B 两种导体,一端通过焊接形成结点,为工作端,位于待测介质。另一端接测温仪表,为参考端。为更好地理解下面的内容,我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为:A、B两种导体组成的热电偶,工作端温度为T1,参考端温度为T0,形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中,工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2,测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和,即A、B为一段,热电动势为EAB(T1,T2),C、D为另一段,热电动势为ECD(T2,T0), 即: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1) 在上图中,如果C、D的材质和A、B完全一样,即C即为A,D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点,此时,回路总电势为: E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出,只要是相同的热电偶,中间产生了连接点,则总电势与连接点的温度(中间温度)无关,而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中,不需要考虑中间有没有连接点,也不需要考虑连接点的温度,而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D,它能满足: ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3 ) 则式(1)成为: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们,使用了补偿导线,我们将T2延伸到了T0,但最后我们的测量结果与T2无关,这样我们也可以理解为,因为我们使用了导线C、D,是它补偿了T2处连接所产生的附加电势,而使得我们最终测量不需要再考虑T2,这也是C、D为什么叫补

热电偶测温原理

热电偶测温原理 教育知识 热电偶测温原理与检定 前言 热电偶是热电效应理论的具体应用,它在温度测量中得到了广泛的应用。热电偶具有结构简单,容易制造,使用方便和测量精度高等优点。 本论文阐述了热电偶的测温原理、热电偶的安装使用方法以及热电偶检定等方面,特别重点讨论了热电偶的测温原理和检定方法,以便能重点突出本论文的写作目的及观点。通过撰写此论文,使自己能更进一步地掌握和熟悉这些关于热电偶的知识点,为以后在工作岗位上的实践和对热电偶进一步的讨论中打下坚实而有力的基础。 撰写人:王彭 2006年1月12日 摘要:热电偶的测温原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 关键词:原理,使用,检定,实例 热电偶测温原理与检定 第一章热电偶测温原理及正确使用 第一节热电偶的测温原理 在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来,经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究,热电效应理论得到了不断的发展,并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一,它在温度测量中得到了广泛的应用,热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等,但是热电偶也存在着不足的地方,如使用的参考端温度必须恒定,否则将歪曲测量结果;在高温或长期使用中,因受被测介质或气氛的作用(如氧化、还原等)而发生劣化,降低使用寿命。尽管如此,热电偶

仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 一、塞贝克效应和塞贝克电势 热电偶为什么能用来测量温度呢?这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年,塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路(如图1—1)中,如果对接点a加热,那么,a,b两接点的温度就会不同,温度不同,就会有电流产生,使得接在电路中的电流表发生偏转。这一现象现今称为温差电效应或塞贝克效应,相应的电势称为温差热电势或塞贝克电势,它在热电偶回路中产生的电流称为热电流。A、B称为热电极,接点a是用焊接的方法连接一起的,测温时,将它置于被测温度场中,称为测量端或者工作端,接点b一般要求恒定在某一温度称为参考端或自由端。 A A T a b T0 图1—1塞贝克效应示意图 不同的导体材料的电子密度不同,即使相同的导体材料,温度不同,其电子密度也不相同,当异质金属A、B组成闭合回路,由于接点a、b的温度不同(设T>T0),则同一导体温度高的地方自由电子密度大,温度低的地方自由电子密度小,即NA,T>NA,T0;NB,T>NB,T0。由于两金属导体的自由电子密度不同(设NA,T>NB,T;NA,T0>NB,T0),所以在闭合回路中,自由电子密度大的要向自由电子密度小的区域扩散,这样在回路中就产生了“净”电荷流动,即回路中有电动势eAB,这就是产生塞贝克电动势原因。实验证明,当热电极材料一定后,则热电势仅与两接点的温度有关,即: dEAB(T,T0)=SABdT (1—1) 式中:SAB——热电势率或塞贝克系数,其随热电极材料和两接点温度而定。 当两接点的温度分别为T,T0时,回路的热电势为: EAB(T,T0)= SABdT=eAB (T)- eAB (T0) (1—2) 式中:eAB (T),eAB (T0)——接点a,b的分热电势或分塞贝克电势 式(1—2)中角标A、B表示不同的热电极材料,按正极写在前,负极写在后的顺序排列。当温度T>T0时,eAB(T)与总电动势的方向一致,eAB (T0)与总热电动势的方向相反。如果接点的分热电势角标颠倒,它不会改变分热电势的大小,而改变热电势的方向,即: eAB (T0)=- eBA(T0) (1—3) 代入式(1—2)得: EAB(T,T0)= eAB (T)+ eBA(T0) (1—4) 由此可知,热电偶回路的总热电动势的大小仅与热电极的材料和两接点的温度有关,与热电极中间温度分布无关。 对于已定的热电偶,当其参考端温度T0恒定时,eAB(T0)为一常数,则热电势EAB(T,T0)仅是测量端温度的函数,即:

热电偶、热电阻工作原理及特点

热电偶、热电阻工作原理及特点 热电偶工作原理 将两种不同的金属导体焊接在一起,构成闭合回路,如在焊接端(即测量端)加热产生温差,则在回路中就会产生热电动势,此种现象称为塞贝克效应(Seebeck-effect)。如将另一端(即参考端)温度保持一定(一般为0℃),那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件,即两种成对的金属导体,称为热电偶。 热电偶产生的热电动势,其大小仅与热电极材料及两端温差有关,与热电极长度、直径无 关。 热电偶工作原理图 热电阻工作原理 工业用热电阻分铂热电阻和铜热电阻两大类。 热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份(感温元件)是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时,所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。 热电偶、热电阻特点 热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点: a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测,对于温度的测量、控制,以及对温度信号的放大、变换等都很方便, ·结构简单,制造容易, ·价格便宜, ·惰性小,热电阻同其它种温度计相比具有如下特点:a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中,准确度最高,可达1mk。 ·输出信号大,灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温,当温度变化1℃时,其电阻值约变化0.4Ω,如果通过电流为2mA,则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下,即使灵敏度比较高的K型热电偶,其热电动势变化也只有

热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点: a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测,对于温度的测量、控制,以及对温度信号的放大、变换等都很方便, ·结构简单,制造容易, ·价格便宜, ·惰性小, ·准确度高, ·测温范围广, ·能适应各种测量对象的要求(特定部位或狭小场所),如点温和面温的测量,·适于远距离测量和控制。 b、缺点 ·测量准确度难以超过0.2℃, ·必须有参考端,并且温度要保持恒定。·在高温或长期使用时,因受被测介质影响或气氛腐蚀作用(如氧化、还原)等而发生劣化。热电阻同其它种温度计相比具有如下特点:a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中,准确度最高,可达1mk。 ·输出信号大,灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温,当温度变化1℃时,其电阻值约变化0.4Ω,如果通过电流为2mA,则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下,即使灵敏度比较高的K型热电偶,其热电动势变化也只有40μV左右。由此可见,热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。 ·测温范围广,稳定性好。在振动小而适宜的环境下,可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性。 ·无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。 ·输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出,显示仪表可均匀刻度。 b、缺点 ·采用细金属丝的热电阻元件抗机械冲击与振动性能差。 ·元件结构复杂,制造困难大,尺寸较大,因此,热响应时间长。·不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。

热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温

热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,尽管其作用相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同. 首先,介绍一下热电偶,热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件,他的主要特点就是测吻范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J 和T,其测量温度的最低可测零下270摄氏度,最高可达1800摄氏度,其中B,R,S属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组

合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。 其次我们介绍一下热电阻,热电阻虽然在工业中应用也比较广泛,但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度,铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿导线,而且比热点偶便宜。

相关文档
最新文档