热电偶的基本原理和组成结构-子明

EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)
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标准化热电偶材料和种类
1）铂铑10－铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热 电偶） 特点是性能稳定，精度高，范围较大、抗氧化性 强，长期使用温度可达1000℃，成本较高，热电动 势较弱(我厂主要用于化验室的马弗炉)。 2）铂铑13－铂热电偶（分度号为R，也称为单铂铑热 电偶，我厂主要用焙烧P04T1A/B和P03T1) 同S型相比，它的热电动势率大15%左右，其它性 能几乎相同。
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热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常 用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换 成热电动势信号，再通过各种变送器显示到电脑上。
热电偶 补偿导线
4-20mA
热电偶
补偿导线
通讯协议
4
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质 导体组成闭合回路，当两端存在温度差时，回路中 就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。
温度传感器
1
热电偶传感器
2
在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要 参数之一。
特点：在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有 结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和 输出信号便于远传等许多优点。另外，测量时不需外加 电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内
的气体或液体的温度及固体的表面温度。
1800℃
1600℃ 1600℃ -200~1300℃ -200~900℃ 0~750℃ -200~350℃
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热电偶
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热电偶的结构形式
1.普通型热电偶 普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、保 护管和接线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为 固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、 无固定装置等多种形式。
价格便宜，适用于真空、氧化或惰性气氛中，温 度范围为-200～800℃。
7）镍铬－铜镍热电偶（分度号为E） 是一种较新的产品，裸露式结构无保护管，价格 比较便宜，在常用的热电偶中，其热电动势最大。 适用于0～600℃温度范围。
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热电偶分类表
材料1 铂铑10 铂铑13 铂铑30 镍铬 镍铬 铁 铜 材料2 铂铂铂铑6镍硅康铜康铜康铜分度号 S R B K E J T 温度
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（一）补偿导线法
• 采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的 冷端，使之远离高温区；可节约大量贵金属； 易弯曲，便于敷设。 • 所谓补偿导线：实际上是一对材料化学成分 不同的导线，在0～100℃温度范围内与配接 的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要 便宜。若利用补偿导线，将热电偶的冷端延 伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是 相当于将热电极延长。
长达
绝缘 材料
薄壁金属 保护 套管（铠体） 铠装型热电偶横截面
法兰
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B
第四章 非电量的电测技术
热电偶冷端温度补偿
• 热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两 端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电动势才 是热端温度的单值函数。 必要性： 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足 t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温 度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定， 因 此将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏 小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。
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4）镍铬－镍硅（镍铝）热电偶（分度号为K） 是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量0～ 1300℃温度。 热电动势与温度的关系近似线性、价格便宜、热 电动势大，是目前用量最大的热电偶。(我厂主要用 于锅炉和焙烧)
5）铜－铜镍热电偶（分度号为T） 价格便宜，使用温度是-200～350℃。
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6）铁－铜镍热电偶（分度号为J）
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3）铂铑30－铂铑6热电偶（分度号为B，也称为双铂 铑热电偶） 在室温下，其热电动势很小，故在测量时一般 不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响。 长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热 电动势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。 即使在还原气氛下，其寿命也是R或S型的10～ 20倍。缺点是价格昂贵。
导体中的自由电子，在 高温端具有较大的动能，因 而向低温端扩散，在导体两 端产生了电势。
单一导体温差电势示意图
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热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电 势之和（中间导体定律）： EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)
式中：
eAB(T): eB(T,TO): 热端接触电势； B导体温差电势；
Hale Waihona Puke Baidu
eAB(TO):
eA(T,TO):
冷端接触电势；
A导体温差电势。
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在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不 计，则热电偶的热电势可表示为 EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)
显然， 热电动势的大小与组成热电偶的导体材料和两
接点的温度有关。
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没有小结的小结
可见当冷端温度 t 0 恒定时， 热电偶产生的热电动势只 与热端的温度有关， 即只要测得热电动势，便可确定热端 的温度 t。由此得到有关热电偶的几个结论： （1）热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导 体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。 （2）若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金 属，回路总电动势恒为零。 （3）热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有 关，与热电偶的尺寸、形状无关。
还可起到支撑和固定热电极，增加其强度的作 用。 材料主要有金属和非金属两类。
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2.铠装热电偶（缆式热电偶）
铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶丝
与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈
钢管等构成。
这种热电偶能弯曲、耐高压、反应时间短、
坚固耐用。
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铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 上百米
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铁丝
铜丝
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0.00
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0.11
8
-0.11
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热电偶测温原理
• 1.热电效应
两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若 两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这 种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。
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单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、 TO，且T>TO。
凡是在两个平面在周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，一般都称为“法兰”。
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接线盒
普通装配型热电偶 的结构放大 图
引出线套管
不锈钢保护管 固定螺纹（出厂时用 塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
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保护管：
保护管的作用是使热电偶电极不直接与被测介 质接触。 它不仅可延长热电偶的寿命，