热电偶测温解PPT课件

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三、热电偶测温仪表
（一）热电偶测温仪表工作原理 1.热电效应
热电偶的测温原理是以热电效应为基础的。两种不同材
料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点t0、t 的 温度不相同时（假设t＞t0），回路中就会产生一定大小的电
势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度 有关，这种原理称为热电效应。这种现象早在1821年首先由 西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。
A
B
.
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术语：
热电偶——两种不同材料的组合体称为热电偶； 热电极——构成热电偶的两种导体称为热电极； 测量端（工作端，热端）——插入被测介质中感受被测温度
的一端，如图中接点 t ； 参考端（自由端，冷端）——处于周围环境中的一端，如图
中接点t0。
eAB(t)
t
测量端
eA(t,t0)
A B
eB(t,t0)
eAB
e
NB
k-波尔曼系数,k=1.38×10－23(J/℃)
e-单位电荷,e=4.802×10－10 NA,NB-电子密度
.
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(2)温差电势
由于同一根导体中电子从高温端向低温端迁移而引起 的电动势，只与导体材料性质和两端温度有关， 记作 eA(t, t0)= eA(t)- eA(t0)。
eA (t,t0)
.
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（二）热电偶的基本定律
(1)匀质导体定律 匀质导体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电
势。 ✓热电偶必须由两个不同质的材料组成； ✓ 同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否匀 质。
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(2)中间导体定律
由两种不同导体构成的热电偶回路中，接入第三种导体， 只要保持第三种导体两端温度相等，则对回路Байду номын сангаас电势没有影 响。
eAB(t0)
t0
参考端
.
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2.热电势
热电势是接触电势和温差电势共同作用的结果。
(1)接触电势
由于两种不同导体的电子密度不同，从而在接点处发生 电子扩散而形成的电动势。它只与A、B导体的性质和接点处 温度有关，记作eAB(t)。
电子浓度NA>NB
A +++ NA
eAB(t)
t
B －－－ NB
N (t) kt ln( A)
t0
B
中间温度定律是制定热电偶分度表的理论基础。由于热电偶分 度表都是以冷端温度为0 ℃时做出的，但一般工程测量中冷端 都不为0 ℃ ，因此，只要测出热端与冷端时的热电势，便可利 用中间温度定律求出热端温度。
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(4)标准电极定律
两种金属构成热电偶的热电势，可以用这两种金属分 别与第三种金属构成的热电势之差来表示 ：
热端 +++
t
t>t0
冷端 t0
温差电势原理图
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(3)热电势公式推导：
eAB(t)
t
可得热电势公式为：
eA(t,t0)
A B
eB(t,t0)
eAB(t0)
t0
E A B (t,t0)eA B (t) eA B (t0) eA (t,t0)eB (t,t0)
根据电磁场理论得
eA B (t) eA B (t0)
T1
T
T
电位计接入 热电偶回路
也允许采用不同方法来焊接热电偶。
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(3)中间温度定律
热电偶回路中，热端温度为t、冷端为t0时的热电势，等于
此热电偶热端为t、冷端为tn ，及同一热电偶热端为tn 、冷
端为t0时热A电势tn的代A 数和。
A
A
t
作用：
t0 = t
tn
B tn B
B
EAB (t,t0 ) EAB (t,tn ) EAB (tn ,t0 )
.
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（三）常用热电偶测温系统
➢ 1. 热电偶信号传输到控制室 （1）采用普通铜导线
E E A t,t B 0 ' E A B t0 ''',t0
若A´，B´为普通铜导线，则
EEAB t,t0'
A' t0 E E
B' t0 '
现场
控制室
t0´为现场环境温度，不稳定，从而导致E与t的关系不唯一。
三、热电偶测温仪表
基于热电效应原理的测温仪表。
➢ 组成
2
热电偶 1
3
连接导线 2
2 t0
显示仪表 3 1
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t 广泛应用于生产和研究领域：
✓ 测温精度高、性能稳定；
✓ 结构简单，易于制造，产品互换性好；
✓ 便于信号远传和实现多点切换；
✓ 测温范围广，可达-200~2000℃；
✓ 形式多样，适用于各种测温条件。 .
A' t0 E E
B'
现场
控制室
t0在控制室内，温度稳定，则保证E与t的单值对应关系。
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tn
补偿导线
t0
A2
A’
t 3
B
B
’
补偿导线：是在一定的温度范围内（0-100℃或0-200℃）与所 接的热电偶热电性能相同的廉价金属丝。
① 测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极 为负极。
② E 符号 AB(t,t0) 中规定写在前面的A和t分别为正极和高
温，写在后面的B和t0分别为负极和低温。若它们的位置 互换，则热电势的极性就反相。
例：
E E A B (t,t0)A B (t0,t)
E E B A (t,t0)A B (t,t0)
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（三）常用热电偶测温系统
➢ 1. 热电偶信号传输到控制室 （2）采用补偿导线
E E A t,t B 0 ' E A B t0 ''',t0
t0 '
若A’、B’ 的热电特性与A、B热 电特性在t0’~t0范围内相似，则
E A B ( t'0 '',t0 ) E A t0 B ',t0 EEAB t,t0
第三种材料 接入热电偶 回路图
A
(a) T2 a
2
T0 EAB a
T0
C 3A
T0 B
T1
(b) T2
C2 3
EAB
A
T1
T0
B
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根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保 证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中 原来的热电势，接入的方式见下图所示。
E
T0
T0
T0
E
T1
温差电势远小于接触电势
E A B(t,t0)k ett0lnN N B AdtfA B(t)fA B(t0)
对于给定热电偶，热电势是其两端温度函数之差。若其冷端温
度 t0 恒定，则 f (t0) 是定值。热电偶回路热电势只与组成热电偶 的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。
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(4)热电极的极性
EAB (t,t0 ) EAC (t,t0 ) EBC (t,t0 )
t0
t0
t0
A B = A C －B
C
作用：
t
t
t
这里C称为标准电极。标准电极通常采用纯铂丝制成，因为 铂容易提纯，熔点高，性能稳定。标准电极定律使热电偶的 选配工作大为简化，只要知道一些材料与标准电极相配时的 热电势，就可求出任何两种材料配成热电偶的热电势。