第三章热电偶温度计

第三章热电偶温度计前言

热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。它被广泛用来测量100～1600℃范围内的温度，用特殊材料制成的热电偶还可以测量更高或更低的温度。热电偶测量温度有较高的准确度。由于热电偶能把温度信号转变成电信号，便于信号的远传和实现多点切换测量，因此，它在工业生产和科学研究领域中被广泛用于测量温度。第三章热电偶温度计第一节热电现象和关于热电偶的基本定律第二节标准化与非标准化热电偶第三节热电偶冷端温度补偿第四节热电偶校验第一节热电现象和关于热电偶的基本定律一热电现象及热电偶温度计1热电现象：

将两种不同的导体A、B构成闭合回路，当两个连接点温度不同时，回路中有电流通过，即回路中有热电势存在，这一现象称为热电现象。

2热电势的组成：⑴温差电势

⑵接触电势3热电偶的测温原理

在热电偶回路中，当A、B材料一定，冷端温度t0一定时，电势只与被测温度t有关，所以通过测量热电势来测量t的大小。二热电偶的基本定律1.均质导体定律

由一种均质导体组成的闭合回路，无论导体的截面积以及各处的温度分布如何都不能产生热电势。应用：

⑴组成热电偶的热电极材料须满足各自均质的材料⑵在使用过程中，由于发生腐蚀、污染等化学反应，使热电极产生不均质，从而使热电偶精度下降，所以应定期对热电偶进行校验。2.中间导体定律

（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，对回路的热电势没有影响。

（2）如果在两种导体A、B对另一种参考导体C的热电势为已知，则这两种导体组成热电偶的热电势为：

应用：利用该定律，在热电偶的使用过程中，需进行信号的传输，只要两个连接点1，2的温度相同，则可进行信号的等值传输，否则会产生附加误差。.连接温度（或中间温度）定律接点温度为和的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为、和、的两支相同性质热电偶的热电势的代数和：应用：

热电偶分度表，只要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。补偿导线

在常温下（0～100℃），与所连接的热电偶的热电极具有相同的热电性质的导线，称其为相应热电极材料的补偿导线。

和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶的回路中，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。热电偶及其对应的补偿导线见表3-1第二节标准化与非标准化热电偶一对热电极材料的主要要求：1.理化性质稳定2.热电势和热电势差大，线性度好3.复制性好，互换性好4.价格便宜二标准化热电偶1.铂铑10—铂热电偶（S）特性：测量准确度高测温范围大：0～1600℃热电势小价格贵2.镍鉻—镍硅热电偶（K）特性：热电势大线性度好测温范围大：0～1200℃价格低3.镍鉻—康铜热电偶（E）特性：测温范围：0～900℃热电势大价格低4.铜—康铜热电偶（T）特性：0～400℃价格低廉三.热电偶的构造㈠结构：

1、热电极2、绝缘材料3、保护套管4、接线盒

㈡种类：1、普通热电偶2、铠装热电偶3、薄膜热电偶第三节热电偶冷端温度补偿问题

从热电偶的测温原理中知道，热电偶热电势的大小不但与热端温度有关，而且与冷端温度有关，只有在冷端温度恒定的情况下，热电势才能正确反映热端温度高低。在实际应用时，热电偶的冷端放置在距热端很近的大气中，受高温设备和环境温度波动的影响较大，因此冷端温度不可能是恒定值。为了消除冷端温度变化对测量的影响，可采用下述几种冷端温度补偿方法。一.计算法各种热电偶的分度表是在冷端温度为0℃的情况下得到的。如果测温热电偶的热端为t℃，冷端不是0℃而是，这时不能用测得的热电势去查分度表的t，而应该根据式计算热端为t℃，冷端为0℃时的热电势：

然后用从分度表中查得温度t就是通过计算补偿了冷端温度不在0℃所产生的电势变化后得到的热端温度。二.冰点槽法1.冰点槽内保持冰水两相共存，其温度为0℃，将热电偶冷端移动至冰点槽内，冷端温度为0℃。2.连接图见图3-16。3.由于使用起来比较麻烦，该办法只用在实验室，工业生产中一般不采用。

三.补偿电桥法

补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化。

1.当t0=20℃时,RCu=R1=R2=R3=1Ω,处于平衡状态，此时桥路输出Uab=0mv,UAB=Uab+EX(t,t0)=EX(t,20)

2.当t0﹤20℃时,RCu↓

，Ub↑,Uab

↓;EX(t,t0)↑UAB=Uab↓

+EX(t,t0)↑=EX(t,20)如果Uab减少量的等于EX(t,t0)的增加量，那么UAB的大小就不随冷端温度的减小而变化。3.当t0﹥20℃时RCu↑，Ub↓,Uab↑;EX(t,t0)↓UAB=Uab↑

+EX(t,t0)↓=EX(t,20)如果Uab的增加量等于EX(t,t0)的减少量，那么UAB的大小就不随冷端温度增加而变化。注意：1.不同的热电偶对应相应的补偿电桥。2.补偿电桥接法有正负极，不能接反。四.多点冷端温度补偿法为了节省仪表，在同一设备或同一车间里，可利用多点切换开关把几支甚至几十支同一分度号的热电偶接到一块仪表上，这时只需要用一个公共的冷端补偿器。五.晶体管PN结温度补偿法第四节热电偶的校验

由于热电偶在使用过程中热端发生氧化、腐蚀及高温下的再结晶，依据均质导体