热电偶温度计专家讲座

热电偶温度计由热电偶、电测仪表、连接导线等组成。热电偶温度计专家讲座第1页

固定螺纹锥形固定法兰式固定螺纹式热电偶温度计专家讲座第2页防水式防喷式铠装热电偶热电偶温度计专家讲座第3页热电偶温度计专家讲座第4页§3.1热电现象和热电偶基本定律1热电现象和热电偶温度计由两种不一样导体（或半导体）A、B组成闭合回路，当接点1、2处于不一样温度时，回路就会出现电动势，称为热电动势，简称为热电势。这一由温度产生电动势现象称为热电现象。这两根导体（或半导体）称为热电极。热电偶温度计专家讲座第5页

深入研究表明，热电势是由温差电势和接触电势组成。温差电势温差电势是因为一根导体两端温度不一样而产生热电动势。设t≥t0，eA(t,t0)称为温差电势。热电偶温度计专家讲座第6页

温差电势可表示为

e：单位电势，4.802×10-10绝对静电单位；

K：玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/K；

NA：电子密度，是温度函数。

从上式可见，eA(t,t0)大小取决于两端温差和电子密度。热电偶温度计专家讲座第7页

电子密度与材料相关，

∴eA(t,t0)=f(材料，t,t0）所以，eA(t,t0)只与热电极性质、两端温度相关，而与电极长度、截面积大小、沿长度温度分别无关。温差越大，eA(t,t0)也越大；两端温度相同时，温差电势为零。为了表示方便，eA(t,t0)=ψA(t)-ψA(t0)；

ψA(t)与材料、温度相关。热电偶温度计专家讲座第8页接触电势是因为两种材料电子密度不一样而产生电势。设NA>NB，eAB(t)为接触电势。热电偶温度计专家讲座第9页接触电势可表示为

∴接触电势大小与接触处温度高低和导体种类相关，

eAB(t)=f(T,NAt-NBt)。接触处温度越高，接触电势越大。热电偶温度计专家讲座第10页热电势

综合温差电势和接触电势能够知道由两种不一样材料组成热电偶热电势EAB(t,t0)。设t>t0，NA>NB，按顺时针方向取向。热电偶温度计专家讲座第11页

热电偶热电势EAB(t,t0)为：

EAB(t,t0)=eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0)=eAB(t)+ψB(t)-ψB(t0)-eAB(t0)-ψA(t)+ψA(t0)=[eAB(t)-ψA(t)+ψB(t)]-[eAB(t0)-ψA(t0)+ψB(t0)]=fAB(t)-fAB(t0)∵eA(t,t0)=f(材料，t,t0）,eAB(t)=f(T,NAt-NBt),∴fAB(t)与A、B性质、t相关，fAB(t0)与A、B性质、t0相关。当材料确定后，fAB(t)、fAB(t0)只与t、t0相关，而与长度、截面积等无关。热电偶温度计专家讲座第12页

∴EAB(t,t0)只与t、t0相关。保持t0不变，则fAB(t0)不变，∴EAB(t,t0)=fAB(t)-C，热电势只与t相关，只要测出EAB(t,t0)就可求出温度t数值。

常把t称为热端、工作端、测量端；把t0称为冷端、自由端、参考端。

在冷端，电流从导体A流向导体B，则A称为正热电极，B称为负电极。热电偶温度计专家讲座第13页热电偶分度表函数fAB形式并不清楚，所以EAB(t,t0)与t关系只能用试验方法确定。用试验确定热电性质时，使t0=0℃，然后制成EAB(t,t0)与t表格。称为热电偶分度表。

使用分度表时需注意：EAB(t,t0)是两端温度函数差值，并不是线性。所以，在不一样温域内，t0相同时，相同Δt引发ΔE并不相等。热电偶温度计专家讲座第14页2热电偶基本定律1）均质导体定律由一个均质导体（或半导体）组成闭合回路，不论导体（或半导体）截面积怎样以及各处温度分布怎样，都不能产生热电势。由该定律能够得到以下结论：热电偶必须由两种不一样性质材料组成；由一个材料组成闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明该材料是不均匀。热电偶温度计专家讲座第15页2）中间导体定律由不一样材料组成闭合回路中，若各种材料接触点温度都相同，则回路中热电势总和等于零。由此定律能够得到以下结论：在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要接入导体两端温度相同，则不影响原热电偶热电势大小。热电偶温度计专家讲座第16页证：设t>t0,NA>NB>NCEtotal=eAB(t)+eB(t,t0)+eBC(t0)+eC(t0,t0)-eAC(t0)-eA(t,t0)热电偶温度计专家讲座第17页

∴Etotal=eAB(t)+eB(t,t0)-eAB(t0)-eA(t,t0)=eAB(t)+ψB(t)-ψB(t0)-eAB(t0)-ψA(t)+ψA(t0)=[eAB(t)-ψA(t)+ψB(t)]-[eAB(t0)-ψA(t)+ψB(t0)]=fAB(t)-fAB(t0)=EAB(t,t0)热电偶温度计专家讲座第18页

依据该推论，只要显示仪表和连接导线接入热电偶回路两端温度相同，那么仪表和导线接入不会影响到热电偶产生热电势大小。

在测量钢水温度、固体表面温度时应用。热电偶温度计专家讲座第19页假如两导体A、B对另一个参考导体C热电势为已知，则这两种导体组成热电偶AB热电势是它们对参考导体C热电势代数和。即，EAB(t,t0)=EAC(t,t0)+ECB(t,t0)证：EAC(t,t0)+ECB(t,t0)=fAC(t)-fAC(t0)+fCB(t)-fCB(t0)=[eAC(t)-ψA(t)+ψC(t)]-[eAC(t0)-ψA(t0)+ψC(t0)]+[eCB(t)-ψC(t)+ψB(t)]-[eCB(t0)-ψC(t0)+ψB(t0)]=[eAC(t)+eCB(t)-ψA(t)+ψB(t)]-[eAC(t0)+eCB(t0)-ψA(t0)+ψB(t0)]热电偶温度计专家讲座第20页∴原式=[eAB(t)-ψA(t)+ψB(t)]-[eAB(t0)-ψA(t0)+ψB(t0)]=EAB(t,t0)热电偶温度计专家讲座第21页例：已知，E铜-铂(100,0)=0.75mv，E康铜-铂(100,0)=-0.35mv；求：E铜-康铜(100,0)。解：E铜-康铜(100,0)=E铜-铂(100,0)+E铂-康铜(100,0)=E铜-铂(100,0)-E康铜-铂(100,0)=0.75-(-0.35)=1.10mv。热电偶温度计专家讲座第22页中间温度定律接点温度为t1和t3热电偶，它热电势等于接点温度分别为(t1,t2)和(t2,t3)两支同性质热电偶热电势代数和。即EAB(t1,t3)=EAB(t1,t2)+EAB(t2,t3)热电偶温度计专家讲座第23页§3.2标准化热电偶1热电极材料选择对热电极材料要求：物理性能稳定，能在较宽温度范围内使用，其热电特征不随时间改变；化学性能稳定，不易氧化和电极间不相互渗透；热电势和热电势率要大（温度改变1℃引发热电势改变），热电势与温度间呈线性关系；复制性好，方便交换；价格廉价，加工方便。热电偶温度计专家讲座第24页

只有满足上述要求材料才能制成热电偶。但实际上，极难找到全部满足上述要求电极材料，只能依据所使用条件范围，选择适当热电极材料。纯金属电极：热电极轻易复制，热电势率小；当两电极是由两种纯金属组成时，热电势率平均为20μV/℃,所以热电偶两电极极少均采取纯金属。非金属电极：电势率大（可达1000μV/℃），熔点高，复现性和稳定性较差。合金电极：热电性质和工艺性能介于二者之间。惯用热电偶普通是用纯金属与合金相配，或是合金与合金相配。热电偶温度计专家讲座第25页2标准化热电偶标准化热电偶是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良且稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中那些热电偶。

标准化热电偶：S（铂铑10-铂）、R（铂铑13-铂）、B（铂铑30-铂铑6）、K（镍铬-镍硅）、J（铁-康铜）、T（铜-康铜）、N（镍铬硅-镍硅）热电偶温度计专家讲座第26页3热电偶结构普通型热电偶组成：热电极、绝缘材料、保护套管。热电偶温度计专家讲座第27页铠装热电偶也是由三部分组成：热电极、绝缘材料、保护套管。经拉伸成为一体。热电偶温度计专家讲座第28页4赔偿导线a:Ea=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)b:Eb=EAB(t,tn)+EA’B’(tn,t0)

要使A’B’起到赔偿导线作用，则A’B’接入应不影响Ea，

∴Ea=Eb，∴EA’B’(tn,t0)=EAB(tn,t0)热电偶温度计专家讲座第29页满足上式有两种情况：A’=A，B’=B，即材质与热电偶相同，延伸型赔偿导线；A’≠A，B’≠B，在一定温度范围内热电特征相同，赔偿型赔偿导线。使用时应注意：赔偿导线只能与对应型号热电偶匹配使用；不得将极性接反；赔偿导线与热电偶连接点温度，不得超出要求使用温度范围；两连接点温度必须相同。热电偶温度计专家讲座第30页§3.3热电偶冷端赔偿问题1计算法热电偶测温时，热端为t℃，冷端为t0℃，测得电势为E(t,t0)。依据中间温度定律有：E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)可查表得E(t0,0)，求出E(t,0),查表得t。例：已知K型热电偶，在t0=35℃时，测得EK(t,t0)=33.34mv。求t。解:由P307分度表得EK(30,0)=1.203，EK(40,0)=1.612，∴EK(35,0)=1.408mv∴EK(t,0)=EK(t,t0)+EK(t0,0)=33.34+1.408=34.748,

经内插查表得t=836.1℃。热电偶温度计专家讲座第31页2冷端恒温法热电偶测温时，假如保持冷端为0℃，则可直接应用分度表，所以将冷端放置到冰点槽中，冰点槽保持在0℃。热电偶温度计专家讲座第32页3仪表机械零点调整法当冷端温度比较稳定时，测出t0，将显示仪表零点调整到t0，热电偶电势输入后，便可指示出热端温度t。

注意此时是电势相加，E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)，不是温度相加。热电偶温度计专家讲座第33页4赔偿电桥法在热电偶回路中串联一个不平衡电桥，此电桥输出电压随冷端温度改变，从而修正热电偶冷端温度波动引发误差。

Es=f(t)-f(t0),t0改变引发热电势改变为ΔE；

电桥电压改变为ΔUab,当ΔE=ΔUab,则赔偿。热电偶温度计专家讲座第34页§3.5热电势测量方法惯用测量热电势仪表有动圈式仪表、手动电位差计、电子电位差计和数字电压表等。1动圈式温度指示仪测量方法工作原理

热电偶温度计专家讲座第35页热电偶温度计专家讲座第36页当动圈内流过电流时，动圈受到力作用，作用方向由左手定则判定，与直径方向垂直。

F=nBLI(N)n：动圈匝数；I：电流(A)；B：磁感应强度(T)；

L：动圈有效长度(m)。由F产生转动力矩为

M=F·2r=2nrLBI=nABI=C1IA：动圈面积(2rL)。热电偶温度计专家讲座第37页动圈在力矩作用下产生转动，转过α角度，张丝也转过α，张丝产生反作用力矩MfMf=KαK：与张丝性能及张力相关系数。当M=Mf时，动圈处于平衡位置，有

即动圈偏转角α与流过动圈电流成正比。当动圈仪表输入为热电偶热电势E(t,0)时，

α=CI=CE(t,0)/Rtotal,在回路总电阻Rtotal一定时，α与E(t,0)成正比。热电偶温度计专家讲座第38页测量线路中电阻温度赔偿

Rtotal=R内＋R外

在R内中，因为动圈电阻Rd会随温度改变，需赔偿；

R外=热电偶电阻+赔偿导线电阻+连接导线电阻，需要用调整电阻，使R外=15Ω。热电偶温度计专家讲座第39页2手动电位差计测量方法形成已知电势电路有两种：分压线路：从滑线电阻上取出电压，与热电势进行比较；桥式线路：从桥路两端取出电压，与热电势进行比较。

UJ33D-1数显电位差计UJ36a直流电位差计热电偶温度计专家讲座第40页热电偶温度计专家