热电偶传感器课件

k e
(T
T0
)ln
NA NB

T
T0 ( A B
)dt
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• 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，
（4）材料的机械强度要高，复制性好，复 制工艺简单，价格便宜。
表6.3.1 标准化热电偶技术数据
热电偶名称
铂铑10-铂 铂铑13-铂 铂铑30-铂铑 镍铬-镍硅 镍铬硅-镍硅 镍铬-康铜 铜-康铜 铁-康铜
分度 号 新 S
R B K N E T J
热电极识别
极 性
识别
E （100,0） （mV）
测温范围（℃）
6.3.1 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， 即热电效应。
工作端
冷端/参比端
EAB(T, T0)= EAB(T)- EAB(T0)
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
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1. 接触电势
接触电势
eAB (T )
• 在参比端温度为0条件下，常用 热电偶热电动势与温度一一对 应的关系都可以从标准数据表 中查到，这种表称为热电偶的 分度表。与分度表所对应的该
热电偶的代号则称为分度号。
6.3.2 热电偶的基本定律
1. 均质导体定律 2. 中间导体定律 3. 连接导体定律 4. 等值替代定律
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1. 均质导体定律
• 国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标准化 热电偶
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对热电偶电极材料的要求：
（1）在测温范围内，热电性质稳定，不随 时间和被测介质变化；物理化学性能稳定，不 易氧化或腐蚀。
（2）电导率高，电阻温度系数较小。
（3）由它们组成的热电偶，热电动势随温 度的变化率要大，并且希望该变化率在测温范 围内接近常数。
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3. 热电偶回路的总热电势
EAB ( T ,T0 ) e AB ( T ) eA( T ,T0 ) eAB ( T0 ) eB ( T ,T0 )
[ eAB ( T ) eAB ( T0 )] [ eA( T ,T0 ) eB ( T ,T0 )]

亮黄
Ⅱ
-40~900
±2.5℃或±0.75%t
6.319
-200~760
850
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
正
红色
负
银白色
Ⅱ
-40~350
±1℃或±0.75%t
4.279
-200~350
400
Ⅲ
-200~40
±1℃或±1.5%t
正
亲磁
负
不亲磁
5.269
-40~600
750
Ⅱ
-40~750
±2.5℃或±0.75%t
二、它的两端存在温差。
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对式（6.3.3）进行整理，则有：
EAB(T ,T 0) [ eAB(T )
T
0 ( A B )dt ] [ eAB( T0 )
T0 T
(
A

B
)dt
]
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：
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
负
稍亲磁
4.096
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
0~1200
1300
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
±1.5℃或±0.4%t ±2.5℃或±0.75%t
正
暗绿
负
EAB (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。
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• 在用热电偶测量温度时，想要 得到热电动势数值，必须要在 热电偶回路中引入第3种导体， 接入测量仪表。

kT e
ln
NA NB
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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 NB——金属电极B的自由电子密度
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2. 温差电势
温差电势
（汤姆逊电势）
eA (T ,T0 )
T
dT
T0
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。
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4. 等值替代定律
• 如果使热电偶AB在某一温度范围内所产生的热电 动势等于热电偶CD在同一温度范围内所产生的热 电动势，即
• 则这两支热电偶EA在B (该t,t温0 ) 度 E范CD围(t内,t0可) 以互相代用。
6.3.3 标准化热电偶
• 标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量 生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分 度表并已列入国际和国家标准文件中的热 电偶。标准化热电偶可以互相交换，精度 有一定的保证。
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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。
为用测量仪表测量回路的热电动势提供理论依据
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3. 中间温度定律
为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。
EAB (t, t0 ) EAB (t,tc ) EAB (tc ,t0 )
对分度表允许偏差（℃）
长期
短期
等 级
使用温度
允差
正
亮白较硬
负
亮白柔软
0.646
0~1300
1600
Ⅲ
≤600 ＞600
±1.5℃ ±0.25%t
正
较硬
负
柔软
0.647
0~1300
1600
Ⅱ
＜600 ＞1100
±1.5℃ ±0.25%t
正
较硬
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
• 由一种均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同材料的导体组成， • 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。