热电偶在电厂的应用

E AB ( T ,T 0) [ e AB ( T ) ( A B )dt ] [ e AB ( T0 ) ( A B )dt ]
0 T
T
T0
f ( T ) f ( T0 )
热电势是T和T0的温度函数的差，而不是温度的函数。 当T0=0℃时，f (T0)=0则有：
2014-3-25 10

热电极A和B为同一种材料时，NA=NB, δ A=δB， 则EAB(T, T0)=0。 若热电偶两端处于同一温度下， T=T0 ，

则EAB(T, T0)=0 。

热电势存在必须具备两个条件： 一、两种不同的金属材料组成热电偶， 二、它的两端存在温差。
2014-3-25
11
EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）
两端点在任意温度时的热电势为：
2014-3-25 26
例1、用（K型）热电偶测量某一温度，若参比端温度 T0=25℃，测得的热电势E(T,Tn)=40.374mV，求测量端 实际温度T。
2014-3-25
14
热电偶常见种类
铂铑10－铂热电偶(s型热电偶) 准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长， 1300/1600 热电势率较小，灵敏度低，抗污染性差，价格昂贵 铂铑13－铂热电偶(R型热电偶) 与S型热电偶性能相当 主要用于进口设备上测温 铂铑30－铂铑6电偶(B型热电偶) 与S型热电偶性能相当 测温上限高，可达1600/1800. 参考端通常不用补偿导线补偿
2014-3-25 9
3. 热电偶回路的总热电势
E AB ( T ,T0 ) e AB ( T ) e A ( T ,T0 ) e AB ( T0 ) eB ( T ,T0 ) [ e AB ( T ) e AB ( T0 )] [ e A ( T ,T0 ) eB ( T ,T0 )] NA T k ( T T0 ) ln ( A B )dt e N B T0
kT N A 接触电势 e AB (T ) e ln N B
k —— 玻耳兹曼常数； T —— 接触面的绝对温度； e —— 单位电荷量； NA——金属电极A的自由电子密度 NA——金属电极B的自由电子密度
8
2014-3-25
2. 温差电势
温差电势 e A (T , T0 ) （汤姆逊电势）

2014-3-25
17
热电偶主要分类
1、按固定装置型式分类 热电偶作为主要测温手段，用途十分广泛，因而对固定装置和技术性能 有多种要求，因此热电偶的固定装置分为六种：无固定装置式、螺纹式、固 定法兰式、活动法兰式、活动法兰角尺形式、锥形保护管式六种。 2、按装配及结构方式分类 根据热电偶的性能结构方式可分为：可拆卸式热电偶、隔爆式热电偶、 铠装热电偶和压弹簧固定式热电偶等特殊用途的热电偶。

T
T0
dT
对于任何一种金属，当其 两端温度不同时，两端的自 由电子浓度也不同，温度高 的一端浓度大，具有较大的 动能；温度低的一端浓度小， 动能也小。因此高温端的自 由电子要向低温端扩散，高 温端因失去电子而带正电， 低温端得到电子而带负电， 形成温差电动势，又称汤姆 森电动势。
δ —— 汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生的电动势值， 它与材料的性质有关。
4
热电偶的缺点
1. 2. 3.
热电偶受测温现场环境气氛的限制
测温精度难于达到土0.1％以上
参考端温度要恒定(如在0℃)，若偏离参考温度，必须进行补偿，或使用 补偿导线，从而增加经费．
4.
在高温下使用或长期工作时，由于热电势不稳定，将产生示值漂移，需 要进行定期检定或修正
2014-3-25
5
热电偶工作原理演示
E AB (T , T0 ) f (T )
E与T之间有唯一对应的单值函数关系， 因此就可以用测量到的热电势E来得到对应的温度值T， 热电偶热电势的大小，只是与导体A和B的材料有关， 与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。
2014-3-25 12
热电偶需注意的几个问题


2014-3-25 3
热电偶的特点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
装配简单，更换方便；
压簧式感温元件，抗震性能好；
测量精度高； 测量范围大（－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～2800℃）；
热响应时间快；
机械强度高，耐压性能好； 耐高温可达2800度；
使用寿命长
2014-3-25

2014-3-25 15
热电偶常见种类
镍铬－镍硅热电偶(K型热电偶) 价格便宜，用量最大，其用量为其他热电偶的总和 线性度好、热电势大、灵敏度高，稳定性和均匀性较好 镍铬硅－镍硅热电偶(N型热电偶) 与K型性能相当，某些方面由于K型 镍铬－铜镍（康铜）热电偶(E型热电偶) 热电偶电动势最大，灵敏度最高，可制成热电堆，测量微小 的温度变化。
1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶 冷端与工作端，两端温度差的函数； 2、热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶 的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关； 3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只 与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热 电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊 接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之 间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电 流。热电偶就是利用这一效应来工作的
2014-3-25
18
热电偶需注意的几个问题


在生产中由于被测对象不同，环境条件不同，测量要求不同，和热电阻的 安装方法及采取的措施也不同，需要考虑的问题比较多，但原则上可以从 测温的准确性、安全性、维修方便三个方面来考虑。 为避免测温元件损坏，应保证其人足够的机械强度，为保护感温元件不受 磨损应加保护屏或保护管等，为确保安全、可靠，测温元件的安装方法应 视具体情况（如待测介质的温度、压力、测温元件的长度及其安装位置、 形式等）而定。下面仅举几例以引起注意： 凡安装承受压力的测温元件，都必须保证其密封性。高温下工作的热电偶 ，为防止保护管在高温下产生变形，一般应垂直安装，若必须水平安装则 不宜过长，并用支架保护热电偶。若测温元件安装于介质流速较大的管道 中，则其应倾斜安装。为防止测温元件受到过大的冲蚀，最好安装在管道 的弯曲处。当介质压力超过10MPa时，必须在测量元件上加保护外套。热 电偶/热电阻的安装部位还应考虑其拆装、维修、校验的足够空间和场地 ，具有较长保护管的热电偶、热电阻应能方便地拆装。
2014-3-25 19
热电偶的安装要求
对热电偶与热电阻的安装，应注意有利于测温准确，安全可 考及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要 求，在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以 下几点： 1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分 的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门，弯头及管道 和设备的死角附近装设热电偶或热电阻。 2、带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失，为 了减少测量误差，热电偶和热电阻应该有足够的插入深度： （1）对于测量管道中心流体温度的热电偶， 一般都应将其测量端插入到管道中心处（垂直安装或倾斜安 装）.如被测流体的管道直径是200毫米，那热电偶或热电阻插入 深度应选择 100毫米； 2014-3-25 20
2、中间导体定律
在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导 体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的 影响。
为接入测量仪表提供理论依据。还可以使用开路热电偶测 量液态金属和金属壁面的温度。
2014-3-25 24
2014-3-25
25
3、连接导体定律
为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。
热电偶的原理及应用
讲课人：
2014-3-25
1
主要内容
基本介绍 概述 热电偶的优缺点 工作原理 常见种类 相关介绍 热电偶的安装要求 温度补偿 常见问题
2014-3-25
2
概述
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，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两 端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应 (Seebeck effect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度 较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处 于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热 电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不 同的热电偶具有不同的分度表。。 在电厂的热力生产过程中，从工质到各部件无不伴有温度的 变化。在火电厂中，热电偶测温和热电阻测温应用得最广，热电 偶温度计一般用于测量500℃以上的温度。例如，电厂热力过程 中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、汽轮机高压汽缸壁温度以及 高温烟气温度等，都是采用热电偶进行测温的。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定
2014-3-25 7
1. 接触电势
若金属A的自由电子浓度大于 金属B的，则在同一瞬间由A扩 散到B的电子将比由B扩散到A的 电子多，因而A对于B因失去电 子而带正电，B获得电子而带负 电，在接触处便产生电场。A、 B之间便产生了一定的接触电动 势。
热电偶的安装要求
（2）对于高温高压和高速流体的温度测量（如主蒸汽温 度），为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下 发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶，浅插式 的热电偶保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm； 热套式热电偶的标准插入深度为100mm； （3）假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为 4m，热电偶或热电阻插入深度1 m即可； （4）当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装， 或加装支撑架和保护套管。
2014-3-25
21
热电偶的基本定律
1. 2. 3. 4.
匀质导体定律 中间导体定律 连接导体定律 参考电极定律
2014-3-25
22
1、均质导体定律



由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体 的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都 不能产生热电势。 热电偶必须采用两种不用材料的导体组成， 热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与 沿热电极的温度分布无关。 如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀 温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极 材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指 标之一。 23 。 2014-3-25
2014-3-25
13
热电偶常见种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓 标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误 差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表 可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化 热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测 量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全 部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准 化热电偶为中国统一设计型热电偶。

2014-3-25
16
热电偶常见种类
铁－铜镍（康铜）热电偶(J型热电偶) 不仅可适用与氧化和惰性气氛，还可适用于还原气氛 铜－铜镍（康铜）热电偶(T型热电偶) 最佳的测量低温的廉金属热电偶，－200～350度在－200～0 区间内稳定性很好 钨铼热电偶（WRe3-WRe25/ WRe5-WRe26) 综合性能与S型相当，但价格便宜，在钢厂使用很多 最高温度2300度，能在还原气氛下使用，不适用于氧化气氛
热电势
A
热电极A
左端称为：
测量端
（工作端、 热端）
bYdh571#
热电极B 右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生热电势。 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定
2014-3-25 6
热电偶测温原理

热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路 当两个接触端T﹥ T0时，回路中会产生热电势