电气检测技术

电气检测技术第1页，共33页，2023年，2月20日，星期二主要性能特点热电偶能满足温度测量的各种要求，结构简单，测温精度高，测温范围宽(-269--2800℃)，响应时间较快，稳定性较好，在测温领域得到广泛的应用。电气检测技术2第2页，共33页，2023年，2月20日，星期二一、热电偶的测温原理热电效应：两不同导体或半导体的闭合回路，两接点分别置于温度各为t及t0(t>t0)的热源中，回路中产生热电动势。

A、B为热电极，t为工作端或热端，t0为自由端或冷端。热电势大小由组成热电偶的两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成，热电动势的大小与这两种导体的材料及节点温度值有关。电气检测技术3第3页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、接触电动势

A、B接触时，由于材料不同，(A自由电子密度，B为，且)，A扩散到B中电子较多，A失电子带正电，B带负电接触处产生接触电场，该电场阻碍电子扩散，达到电子漂移动态平衡，接触电势大小取决于导体性质及接触点的温度值，与金属尺寸无关。该接触电势为：

k–波尔兹曼常数

t–温度值e-电子电荷量电气检测技术4第4页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、温差电动势

由于导体两端温度不同产生的一种电动势。高温端电子的能量大，向低温端漂移，在高温端由于失电子而带正电，低温端带负电，在同一导体的两端形成温差电动势，温差电动势用如下的形式表示：及分别为导体A及B在两端温度为t及t0时的温差电动势。

电气检测技术5第5页，共33页，2023年，2月20日，星期二3、热电偶回路的热电动势设工作端温度为t，冷端温度t0，取方向为参考正方向，则回路的总电动势为：

电气检测技术6第6页，共33页，2023年，2月20日，星期二说明金属中，自由电子的数目极多，温度不能显著的改变它的自由电子的浓度，所以同一金属中，温差电动势极小，可忽略，因此热电偶回路中起决定作用的是两个接点处产生的与材料及该处温度都有关的接触电动势，上式可以写成：实际工程应用中，一般就采用上式来表示回路的热电动势，该电势比较精确。

电气检测技术7第7页，共33页，2023年，2月20日，星期二实际使用标定热电偶时，使t0为常数，此时，热电偶的电势可写为：热电偶回路一个端点保持温度不变，回路的总电动势只随另一个端点的温度变化而变化，两个端点的温差越大，回路的总热电势也越大。电气检测技术8第8页，共33页，2023年，2月20日，星期二说明不同类型的热电偶，温度与输出电势间的函数关系不同。通常令t0=0℃，在不同的温差(t-t0)情况下，精确测出回路总热电势，绘制成表格或曲线，获得热电偶的分度表。电气检测技术9第9页，共33页，2023年，2月20日，星期二二、热电偶的基本定律

1、回路热电势大小只与组成热电偶的金属材料及接点处温度有关，与热电偶形状、大小无关。

2、热电偶必须采用两种不同的材料，可验证金属材料是否匀质。

3、接点处温度相同，热电偶回路总电势为零。

4、热电势与A、B的中间温度无关，只与接点处的温度有关。电气检测技术10第10页，共33页，2023年，2月20日，星期二5、中间导体定律：热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要接入的第三种材料的导线两端的温度相等，该导线的引入不会影响回路的热电势。据此，可将第三种导线换成测试仪表或连接导线，只要保持两接点处温度相等，就可以对热电势进行测量而不影响的结果。电气检测技术11第11页，共33页，2023年，2月20日，星期二证明：回路总电动势为：

电气检测技术12第12页，共33页，2023年，2月20日，星期二证明：电气检测技术13第13页，共33页，2023年，2月20日，星期二

6、当接点处温度为t，t0，用导体A、B组成的热电偶的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势总和。即：

电气检测技术14第14页，共33页，2023年，2月20日，星期二三、热电偶冷端温度补偿为使热电势与被测温度成单值函数关系，需把热电偶冷端的温度按保持恒定，并消除冷端0℃所产生的误差。由于热电偶分度表是以冷端温度0℃为标准的，故实际使用时应注意这一点。

电气检测技术15第15页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、补偿导线法

补偿导线是在一定温度范围内(0-100℃)，热电性能与其所连接的热电偶的热电性能相同的一种廉价的导线。电气检测技术16第16页，共33页，2023年，2月20日，星期二补偿导线的作用

1)用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长线，节约贵金属；

2)将冷端迁移至离被测对象(热源)较远且环境温度较恒定的地方，便于冷端温度的修正和减小测量误差；

3)用较粗的补偿导线作为热电偶的延长线，减小热电偶回路的内阻，以利显示仪表的正常工作。电气检测技术17第17页，共33页，2023年，2月20日，星期二使用补偿导线时注意点

1)各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；使用时必须同极性相连；

2)热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100℃,否则会由于热电特性不同带来新的误差；

3)延长后的冷端的温度值恒定或。

在热电偶的补偿导线使用中，必须要同极性连接，当极性接反时，将会带来很大的误差。电气检测技术18第18页，共33页，2023年，2月20日，星期二例：已知热电偶的灵敏度为：0.0411mV/℃，A’B’分别为AB的同极补偿导线。极性接错时，相对误差为多大?电气检测技术19第19页，共33页，2023年，2月20日，星期二解：如果不接错极性，回路的电势为：当接错补偿导线时，导线A’与B及A与B’分别组成热电偶，接触点温度为T1，此时回路电势为：

电气检测技术20第20页，共33页，2023年，2月20日，星期二极性接错引入的相对误差为：热电偶和补偿导线需配套使用，两者不匹配时，会带来很大误差，这是使用热电偶补偿导线时需要注意的。电气检测技术21第21页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、冷端温度的修正方法分度表在冷端温度0℃时获得，冷端温度不为0℃时，对仪表示值修正，获正确读数。修正公式为：

EAB(t,t0)是测量获得的热电动势，冷端误差△为误差△不为零，但为定值，是可以找出变化规律的系统误差，只要在回路中加入相应的修正电压，或加入适当的的修正电路，该误差完全可被消除。

电气检测技术22第22页，共33页，2023年，2月20日，星期二四、常用热电偶及其特性

1、铂铑—铂热电偶(S)

铂铑—铂热电偶属于贵金属热电偶，该热电偶的正极为铂铑合金，该热电偶能测量较高的温度，能长时间在0-1300℃的环境中进行测量，短时间可测到1600℃，可用于高温及精密测量。缺点：在还原性气体中易受损坏，材料为贵金属，成本较高。电气检测技术23第23页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、镍铬—镍铝(镍铬—镍硅)

非贵金属热电偶中性能最稳定的一种，应用最广。正极为镍铬。高温下抗氧化的能力很强，可长期工作在1000℃环境中，短时间内可工作在1300℃的环境中。线性度好，接近直线，热电动势大（相同温差下，热电势为铂铑—铂热电偶的4-5倍），价格便宜，是工业生产中最常用的热电偶。

电气检测技术24第24页，共33页，2023年，2月20日，星期二镍铝电极在长期高温使用时较易氧化，用镍硅来取代镍铝，镍硅电极的抗氧化性及热电性能要优于镍铝。我国采用镍铬—镍硅作为标准热电偶，用来检定工业用镍铬—镍铝热电偶。这种热电偶易受还原性气体的影响，在不加保护的情况，只能用于低于500℃的工作环境中。电气检测技术25第25页，共33页，2023年，2月20日，星期二五、热电偶常用测量电路

1、基本测量电路

2、温差测量电路

3、平均温度测量电路

4、温度求和电路

电气检测技术26第26页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、基本测量电路

C、D为补偿导线，冷端温度T0，E为铜导线。回路总热电势EAB(T,T0)，流过毫伏表的电流为：式中：RZ为热电偶内阻，RC为导线(包括铜线，补偿导线)内组，RM为仪表的内阻(包括负载电阻)

电气检测技术27第27页，共33页，2023年，2月20日，星期二六热电偶实际测温电路使用热电偶测量温度时，选择或设计相应的测量电路必须要考虑三件事：

1、采用什么样的放大电路？

2、非线性误差如何校正?3、冷端如何处理?

电气检测技术28第28页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、热电偶放大电路设测量的温度范围为：0-600℃

输出量程电压为：0-6V

查表得，K型热电偶输出电压--温度对应如下：温度：温差电势(mV)：

001004.0952008.13730012.20760024.902

可以看出，在量程内，输出是非线性的。

电气检测技术29第29页，共33页，2023年，2月20日，星期二设计放大电路如下：电气检测技术30第30页，共33页，2023年，2月20日，星期二电路说明：

1)电阻R1和电容C构成一阶无源低通滤波器对输入信号滤波，A1是同相输入的比例放大器，采用高精度、低温漂的OP07运算放大器；

2)为获得量程输出，放大电路的增益为：选取：R2=510欧、R3=120千欧、W1=3千欧即可。电气检测技术31第31页，共33页，2023年，2月20日，星期二

3)滤波电容若有较大的漏电流，将产生很大的偏