1、项目 8 热电偶测温传感器的安装与测试项目描述 本项目安装并测试一台热电偶测温传感器。 把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶。热电偶测量精度高，测量范围广，构造简单，使用方便，在工业测温中得到了广泛应用。 知识和能力目标； 掌握热电效应概念及热电偶基本定律。 熟悉热电偶传感器的基本结构、类型及常用热电偶。 能正确熟练查找热电偶分度表。 熟悉电偶补偿导线的作用，掌握热电偶冷端补偿方法。知识准备 一、熟悉热电效应 （一）热电效应及基本概念 1热电效应 将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，如图 8-1所示，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，这种现象称为 “
2、热电效应 ”。两种导体组成的回路称为 “热电偶 ”，这两种导体称为 “热电极 ”，产生的电势则称为 “热电势 ”，热电偶的两个结点，一个称为测量端（工作端或热端），另一个称为参考端（自由端或冷端）。热电势由两部分组成，一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单一导体的温差电势。图 8-1 热电偶回路原理 2接触电势 当 A和 B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子密度不同），因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。 3温差电动势 如图 8-2（ b）所示，将某一导体两端分别置于不同的温度场 T、 T0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从
3、而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。 4热电偶的电势 设导体 A、 B组成热电偶的两结点温度分别为 T和 T0，热电偶回路所产生的总电动势包括接触电动势 、 ；温差电动势 、 一般地，在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势，所以温差电动势可以忽略不计，上式可改写成 （ 5-4） 综上所述，可以得出以下结论 : （ 1）如果热电偶两材料相同，则无论结点处的温度如何，总电势为 0; （ 2）如果两结点处的温度相同，尽管 A、 B材料不同，总热电势为 0; （ 3）热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便
4、是两结点电势差 ; （ 4）如果使冷端温度 0保持不变，则热电动势便成为热端温度 的单一函数。用实验方法求取这个函数关系。通常令 0=0 ，然后在不同的温差（ T T0）情况下，精确地测定出回路总热电动势，并将所测得的结果列成表格（称为热电偶分度表，见附录），供使用时查阅。 （二）热电偶基本定律 1均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中，不论导体的截面和长度如何以及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。 这一定律说明，热电偶必须采用两种不用材料的导体组戒，民热电偶的热电动势仅与两接点的温度有关，而与洽热电极的撇度分布无关。 2中间导体定律 在热电偶中接入第 3种均质导体，只要第 3种导体
5、的两结点温度相同，则热电偶的热电势不变。 热电偶的这种性质在实用上有很重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面测量。 推论：在热电偶中接入第 4、 5 种导体，只要保证插入导体的两结点温度相同，且是均质导体，则热电偶的热电势仍不变。 3标准电极定律（参考电极定律） 如图 8-4所示，已知热电极 A、 B分别与标准电极 C组成热电偶在结点温度为（ T， T0）时的热电动势分别为和，则在相同温度下，由 A、 B两种热电极配对后的热电动势为 参考电极定律大大简化了热电偶的选配工作。只要获得有关热电极与参
6、考电极配对的热电动势，那么任何两种热电极配对时的热电动势均可利用该定律计算，而不需要逐个进行测定。 例 8.1 已知铂铑 30-铂热电偶的 EAC（ 1 084.5,0） =13.937（ mV），铂铑 6-铂热电偶的 EBC（ 1 084.5,0） =8.354（mV）。求铂铑 30-铂铑 6在相同温度条件下的热电动势。 解：由标准电极定律可知，所以 EAB（ 1 084.5,0） =EAC（ 1 084.5,0） EBC（1 084.5,0） =13.9378.354=5.583（ mV） 4中间温度定律 热电偶在两结点温度分别为 T、 T0时的热电势等于该热电偶在结点温度为 T、 Tn和 Tn、 T0相应热电势的代数和，即 中间温度定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。 :只要远配与热电偶热电特性相同的补偿导线，便可使热电偶的参考端延长，使之远离热源到达一个温度相对稳定的地方而不会影响测温的准确性。 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据，其等效示意图如图 8-5所示。
