热电偶的工作原理(补)

1、热电偶的工作原理综合考虑A、B组成的热电偶回路，当TT0时，总的热电势为 讨论： 如果热电偶两电极材料相同(nAnB，A=B),两接点温度不同，不会产生热电势； 如果两电极材料不同，但两接点温度相同(T=T0)，也不会产生热电势；1热偶工作的基本条件：两电极材料不同，两接点温度不同，由两种材料组成闭合回路。 热电势大小与热电极的几何形状和尺寸无关。 当两热电极材料不同，且A、B固定（即nA、nB、 A、B为常数），热电势便为两接点温度（T，T0）的函数 热电势的极性：电子密度大的材料失去电子为正，电子密度小的材料获得电子为负，且有这就是热偶测温原理。2热电偶的基本定律 1.均质导体定律 由一种

2、导体（或半导体）组成的闭合回路中，不论导体（或半导体）的截面积如何，以及各处的温度分布如何，都不产生热电势。结论：（1）.热电偶必须由两种不同性质的材料构成。（2）.由一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中产生热电势则说明该材料是不均匀的。据此，可以检查热电极材料的均匀性。32.中间导体定律 由不同材料组成的闭合回路中,若各种材料接触点的温度都相同,则回路中热电势的总和为零。结论：（1）. 在热电偶回路中，加入第三种均质材料，只要它的两端温度相同，则对回路中的热电势没有影响。 利用此性质可以方便的接入导线和测量仪表，只要冷端温度相同即可。 证明：设 nA nBnC 则 接触电势如图EAB(

3、T,0)EAC(T0,0)EBC(T0,0)4EAB(T,0)EAC(T0,0)EBC(T0,0)EABC(T,T0)=EAB(T,0)+ EBC(T,0)- EAC(T,0) =EAB(T,0)- EAB(T0,0) 证毕5（2）. 若两种导体A，B对另外一种参考导体C的热电势为已知，则由这两种导体A，B组成的热电偶的热电势是他们对参考导体热电势的代数和。 已知：EAC (T,T0)， ECB (T,T0)求证：EAB(T,T0)=EAC(T, T0)+ ECB (T,T0)= EAB(T,0)- EAB(T0,0)= EAB(T,T0)证明： EAC(T,T0)+ECB(T, T0) =

4、EAC(T,0)- EAC(T0,0)+ ECB(T,0) - ECB( T0,0)证毕6 参考导体也称标准电极，因为铂的物理化学性质稳定，熔点高，易提纯，复制性好，所以标准电极常用铂丝制成。3.中间温度定律 接点温度为T，t，T0的热电偶，他的热电势等于温度分别为T，t和t，T0两只同性质热电偶热电势的代数和。EAB(T,t)+ EAB(t,T0)= EAB(T,0)-EAB(t,0)+ EAB(t,0)- EAB(T0,0)= EAB(T,0)- EAB(T0,0)= EAB(T,T0) 7结论：（1）. 已知热电偶在某一给定冷端温度下进行分度，只要引入适当的修正值，就可以在另外的冷端温度

5、下使用。这为制定热电势温度关系奠定了理论基础。（2）. 和热电偶具有相同热电性质的补偿导线可以引入热电偶回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。这就为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。 8热电偶的种类和结构一 热电极材料和类型 1热电极材料的基本要求 热电极是感温元件，基本要求： 热电势足够大，测温范围宽、线性好； 热电特性稳定； 理化性能稳定，不易氧化、变形和腐蚀； 电阻温度系数 、电阻率小； 易加工、复制性好； 价廉 2 热电偶类型 普通热电偶，铠装热电偶，薄膜热电偶9热电偶的种类和结构二 热电偶的结构 热电偶接点焊接要求和焊接方法（不引入第三种材料，接点大小适当）；电极

6、之间绝缘。图 热电偶电极的绝缘方法（a）裸线热电偶；（b）珠形绝缘热电偶；（c）双孔绝缘子热电偶；（d）石棉绝缘管热电偶10热电偶的种类和结构 1.普通型热电偶普通型热电偶结构普通型热电偶结构117.3.3 热电偶的种类和结构2铠装热电偶 铠装热电偶结构见图图 铠装热电偶工作端结构（a）单芯结构；（b）双芯碰底型；（c）双芯不碰底型；（d）双芯帽型127.3.3 热电偶的种类和结构3薄膜热电偶 薄膜热电偶电极为厚度0.010.1m薄膜构成，见图图 铁-镍薄膜热电偶13热电偶的冷端补偿及处理热偶标准分度表是以T00为参考温度条件下测试制定的，若T00，则应进行冷端补偿，其补偿方法： 1. 补偿导

7、线法 利用补偿导线代替热电极，引到温度较稳定的T0端测试。 要求：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性，补偿导线不能接反，两接点温度相同。补偿导线分为：补偿型，延长型 2. 0恒温法 将热电偶冷端置于冰水混合物的0恒温器内，使其工作与分度状态达到一致。 14热电偶的冷端补偿及处理延长导线法和0恒温法的一个实例。图 冷端处理的延长导线法和0恒温法15热电偶的冷端补偿及处理3.冷端温度修正法（1）热电势修正法 利用中间温度定律式中，Tn 热电偶测温时的是环境温度；EAB(T，Tn）是实测热电势；EAB(Tn，0)是冷端修正值。 例如：铂铑10铂热电偶测温，参考冷端温度

8、为室21，测得查表，则由此查分度表 T92 若直接用0.465mV查表，则T75。 也不能将752196作为实际温度。16热电偶的冷端补偿及处理（2）温度修正法 由实测热电势EAB（T，Tn）查表，得T 真实温度为： TTkTn式中，k为热电偶修正系数，决定于热电偶于热电偶种类和被测温度范围。 例如前例：实测EAB(T，Tn) =0.465mV， 查分度表T=75； 查修正系数表7-4，此时该热电偶的k=0.82，Tn =21 ， 则实际温度T=75+0.8221=92.2与前面结果基本一致。这中修正方法在工程上应用较为广泛。17热电偶的冷端补偿及处理4、冷端温度自动补偿法（1）电桥补偿法 原理：电桥输出电压U(T0 ,0 )= EAB(T0 ,0)，自动补偿。 补偿电路：如图所示。图中R1、R2、R3、RW为锰铜电阻，阻值几乎不