熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一,熱電偶工作原理是基於賽貝克(seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路,如兩連接端溫度不同,則在回路內產生熱電流的物理現象。其優點是:
①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
②測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。
③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限製,外有保護套管,用起來非常方便。
1.熱電偶測溫基本原理
將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路,如圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
常用的熱電偶材料有:
熱電偶分度號 熱電極材料
正極 負極
S 鉑銠10 純鉑
R 鉑銠13 純鉑
B 鉑銠30 鉑銠6
K 鎳鉻 鎳矽
T 純銅 銅鎳
J 鐵 銅鎳
N 鎳鉻矽 鎳矽
E 鎳鉻 銅鎳
2.熱電偶的種類及結構形成
(1)熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關係、允許誤差、並(bing)有(you)統(tong)一(yi)的(de)標(biao)準(zhun)分(fen)度(du)表(biao)的(de)熱(re)電(dian)偶(ou),它(ta)有(you)與(yu)其(qi)配(pei)套(tao)的(de)顯(xian)示(shi)儀(yi)表(biao)可(ke)供(gong)選(xuan)用(yong)。非(fei)標(biao)準(zhun)化(hua)熱(re)電(dian)偶(ou)在(zai)使(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)或(huo)數(shu)量(liang)級(ji)上(shang)均(jun)不(bu)及(ji)標(biao)準(zhun)化(hua)熱(re)電(dian)偶(ou),一(yi)般(ban)也(ye)沒(mei)有(you)統(tong)一(yi)的(de)分(fen)度(du)表(biao),主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)某(mou)些(xie)特(te)殊(shu)場(chang)合(he)的(de)測(ce)量(liang)。
標準化熱電偶我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,並指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
(2)熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:
①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
3.熱電偶冷端的溫度補償
由於熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延(yan)伸(shen)到(dao)溫(wen)度(du)比(bi)較(jiao)穩(wen)定(ding)的(de)控(kong)製(zhi)室(shi)內(nei),連(lian)接(jie)到(dao)儀(yi)表(biao)端(duan)子(zi)上(shang)。必(bi)須(xu)指(zhi)出(chu),熱(re)電(dian)偶(ou)補(bu)償(chang)導(dao)線(xian)的(de)作(zuo)用(yong)隻(zhi)起(qi)延(yan)伸(shen)熱(re)電(dian)極(ji),使(shi)熱(re)電(dian)偶(ou)的(de)冷(leng)端(duan)移(yi)動(dong)到(dao)控(kong)製(zhi)室(shi)的(de)儀(yi)表(biao)端(duan)子(zi)上(shang),它(ta)本(ben)身(shen)並(bing)不(bu)能(neng)消(xiao)除(chu)冷(leng)端(duan)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)對(dui)測(ce)溫(wen)的(de)影(ying)響(xiang),不(bu)起(qi)補(bu)償(chang)作(zuo)用(yong)。因(yin)此(ci),還(hai)需(xu)采(cai)用(yong)其(qi)他(ta)修(xiu)正(zheng)方(fang)法(fa)來(lai)補(bu)償(chang)冷(leng)端(duan)溫(wen)度(du)t0≠0℃時對測溫的影響。
在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。
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