物理热电偶PPT学习教案

1、会计学1物理热电偶物理热电偶2021年12月18日星期六2-50120石英晶体温度计晶体的固有频率随温度的变化而变化-50150集成温度传感器半导体器件的温度效应其他电学类-50300热敏电阻-50150铜热电阻-260850铂热电阻固体材料的电阻随温度而变化电阻类-2001800热电偶利用热电效应热电类-80600双金属温度计利用两种金属的热膨胀差-100500压力式温度计-200600玻璃液体温度计利用液体气体的热膨胀及物质的蒸气压变化膨胀类测温范围典型仪表原理类别第1页/共32页2021年12月18日星期六3热电势的产生2标准和非标准热电偶4什么是热电偶 3 1热电偶基本定律3 3热电偶

2、的结构型式6冷端处理与补偿3 5第2页/共32页2021年12月18日星期六4热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。ATBT0EAB(T，T0)T T0A B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，最高可达+2800（钨-铼）第3页/共32页2021年12月18日星期六5ATBT0EAB(T，T0)T T0A B lnAABBNkTeTeNeAB(T)ABT+-电场k：玻尔兹曼常数（k=1.381023J/K）e：电子电荷量（e1.6021019）NA：导体A电子密度NB：导体B电子密度T：接触点绝对温度第4页/共32页2021年12月18日星期六

3、6AT+-电场T0eA(T，T0)00,TATeT TdT:汤姆逊系数，表示温差为1时所产生的电动势值，与导体材料的性质有关。第5页/共32页2021年12月18日星期六7 000AB0ABA0AB0B00E,e,lnlnTATATBATBTBTT TeTeT TeTT TNkTNkTdteNeNATBT0EAB(T，T0)eAB(T)eAB(T0)eA(T，T0)eB(T，T0) 0AB0ABAB0000E,TTBABAT TeTdteTdtf Tf T热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温差的函数热电势的非线性第6页/共32页2021年12月18日星期六8！结论：热电势的大小只与两种导体

4、材料A、B及冷热端温度有关，与热电极的形状、大小、长短，以及两导体接触面积无关。若两个电极为同种导体，则NA=NB，A=B，则EAB(T，T0) 0，即热电偶必为两种材料组成；若T=T0，则EAB(T，T0)0，即产生热电势的条件是两接点温度不同；导体接触面积无关。若T00，则EAB(T，T0)f（T）,热电势和温度之间为唯一对应的单值函数关系。结论第7页/共32页2021年12月18日星期六9ATBT0EAB(T，T0)T T0A B在制作热电偶时，一定要选用均质材料，以防止因材质不均匀而产生附加热电势，造成测量误差。热电偶必须采用两种不同材质的导体组成。第8页/共32页2021年12月18

5、日星期六10ATBTCCATBT0ACTC根据此性质可在热电偶回路中引入各种测量仪表、连线等均不影响热电势的测量ATBTCCD如第三种导体两端温度不等，将造成热电势变化，变化取决于导体热电性质与接点温度。因此，接入导体材料要尽量与热电偶热电性质相近第9页/共32页2021年12月18日星期六11000,ABACCBET TET TET T只要通过实验获得某些电极与标准电极的热电动势，则其中任何两个电极配成的热电偶电动势可以通过计算获得，可大大简化热电偶选配工作BATT0CATT0BCTT0=+第10页/共32页2021年12月18日星期六12TABT0EAB(T，T0)TCTCAB00,ABB

6、 ACABCA BCET T TET TET T 此性质为工业测温引入补偿导线提出了理论基础第11页/共32页2021年12月18日星期六13ATBT0EAB(T，T0)TCTCAB00,ABABCABCET TET TET T根据此性质，只要列出热电势在冷端为0的分度表，就可以求出冷端在其它温度时的热电势值第12页/共32页2021年12月18日星期六14温度温度T()T()K K型热电偶热电型热电偶热电势势E(mV)E(mV)25251.0001.00049749720.51620.51649849820.55920.55952152121.54021.54077577532.24732.

7、24780080033.27533.275KE (25,0)=1.00mVKSSET,0 =E T,25 +E25,0=20.54+1.000=21.54mVKE800,0 =33.275mVKKKE800,25 =E800,0 -E25,0=33.275-1.000=32.275mV 查K型热电偶分度表，得设备真实温度为521。第13页/共32页2021年12月18日星期六15第14页/共32页2021年12月18日星期六16热电偶名称热电偶名称分度号分度号热电极性识别热电极性识别E(100，0)（mV）测温范围（测温范围（ ）对分度表允许偏差对分度表允许偏差新新极性极性识别识别长期长期短期

8、短期 等级等级使用温度使用温度允差允差铂铑铂铑10铂铂S正正亮白较硬亮白较硬0.6460130016006001.5 负负亮白较软亮白较软6000.25t铂铑铂铑13铂铂R正正较硬较硬0.6470130016001100 0.25t铂铑铂铑30铂铂6B正正较硬较硬0.0330160018006008004 负负较软较软800 0.5t镍铬镍硅镍铬镍硅K正正不亲磁不亲磁41300-401300 2.5 或或 0.75t负负稍亲磁稍亲磁-200402.5 或或 1.5t镍铬硅镍硅镍铬硅镍硅N正正不亲磁不亲磁2.774-2001200 1300-401100 1.5 或或

9、0.4t负负稍亲磁稍亲磁-4013002.5 或或 0.75t镍铬康铜镍铬康铜E正正暗绿暗绿6.319-200760850-40900 2.5 或或 0.75t负负亮黄亮黄-20040 2.5 或或 1.5t铜康铜铜康铜T正正红色红色4.279-200350400-403501 或或0.75 t负负银白色银白色-200401 或或1.5 t铁康铜铁康铜J正正亲磁亲磁5.269-40600750-40750 2.5 或或0.75 t负负不亲磁不亲磁价格便宜，耐H2和CO2气体腐蚀，在含碳或铁的条件下使用也很稳定，可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中，适用于化工生产过程的稳定测量热电势较大，灵敏度高

10、，线性度和复现性好，中低温稳定性好，耐磨蚀，价格便宜，广泛用于中低温测量准确度较高，灵敏度是所有标准热电偶中最高的，稳定性好，价格便宜，广泛用于低温测量，可用于湿度较大的环境中在相同条件下，特别是11001300高温条件下，高温稳定性和使用寿命较K型有成倍提高，价格远低于S型热电偶，而性能相近，在2001300范围内，有全面代替廉价金属热电偶和部分S型热电偶的趋势热电势大，灵敏度高、线性好，性能稳定，复现性好、价格较便宜，广泛用于高温测量，是目前用量最大的廉金属热电偶优点：测量上限高，稳定性好，在冷端温度低于100 时不用考虑温度补偿问题，缺点：热电势小，线性较差，线性差且价格高，高温情况下机

11、械强度下降，抗污染能力差与S型热电偶的综合性能相当，但稳定性和复现性优于S型，热电势比S型大15，主要用于进口设备的附带测温装置优点：热电特性稳定，抗氧化性强，使用寿命长，测温范围广，测量精度高缺点：热电势小，灵敏度低，线性差且价格高，高温情况下机械强度下降，对污染敏感用途：可做为基准热电偶，用于精密测量第15页/共32页2021年12月18日星期六17第16页/共32页2021年12月18日星期六18第17页/共32页2021年12月18日星期六19ATBCAB0T 0T T0T0用到的定律：连接导线定律000,allABA BEET TET T 0000,ABABABET TET TET

12、T中间温度定律0000,A BABET TET T 0,allABEET T第18页/共32页2021年12月18日星期六20补偿导线合金丝第19页/共32页2021年12月18日星期六21第20页/共32页2021年12月18日星期六22第21页/共32页2021年12月18日星期六23第22页/共32页2021年12月18日星期六24mV,0E t0,0E t00tt C0,E t t冷端热端由于热电势的非线性，热电势是温度函数的差，而不是温差的单值函数第23页/共32页2021年12月18日星期六25温度温度T()T()热电势热电势E(mV)E(mV)K K型热电偶型热电偶S S型热电偶

13、型热电偶25251.0001.0000.143014312.1432.3052.30530330312.33312.3332.3542.35431931913.00013.0002.4972.49732432413.20313.2032.5342.5341204120448.98448.98411.99911.9991216121649.42049.42012.14312.1431219121949.52949.52912.17312.173SE (25,0)=0.143mVSE T,0 =12+0.143=12.143mVKE1216,0 =49.420mVKKKE

14、1216,25 =E1216,0 -E25,0=49.420-1.000=48.420mV 查S型热电偶分度表，得设备真实温度为1216。改用K型热电偶，相同条件下，测得的热电势应为48.420mV。第24页/共32页2021年12月18日星期六26测温元件要求：1）不同分度号的热电偶配用不同的冷端补偿器2）补偿器中铜电阻必须与冷端同温3）补偿范围有限（一定精度内，一般为050 ）4）极性不能接反AtB0t0tmV 0,Et taCuR2R1R3RbbaUUdc第25页/共32页2021年12月18日星期六27补偿电桥 补偿导线显示仪表镍铬镍硅热电偶tct0t1L2L00,0KccKKEEt

15、tEt tEt补补,KcEt t0,cKEt t补0,0KEt补0,0KE t0,KcEt t00,0,0KcKcKKEEt tEt tEtEt温度温度T()T()热电势热电势E(mV)E(mV)K K型热电偶型热电偶E E型热电偶型热电偶20200.7980.7981.1921.19250502.0232.0233.0483.0481881887.6597.65912.53712.5371891897.6997.69912.61012.61027027010.97310.97318.71318.71327127111.02111.02118.79018.79030030012.20912.2

16、0921.03621.036第26页/共32页2021年12月18日星期六280,0cKEt t 补0,0300,5012.2092.023 0.79810.984KcKKEEt tEtEmV补270.3tC示显00,0,0EtE tE补00,012.209 2.023 2.023 0.798 1.19212.603KccEKEEt tEt tEtmV补由于显示仪表是配E型热电偶，因此，显示仪表的读数值要查E型热电偶分度表，可得188.9tC示显补偿导线显示仪表镍铬镍硅热电偶tct0t1L2L温度温度T()T()热电势热电势E(mV)E(mV)K K型热电偶型热电偶E E型热电偶型热电偶20200.7980.7981.1921.19250502.0232.0233.0483.0481881887.6597.65912.53712.5371891897.6997.69912.61012.61027027010.97