热电偶温度计的工作原理

是工业生产自动化领域应用最广泛的一种测温仪表,某些高精度的热电偶被用作复现热力学温标的基准仪器。热电偶温度计由、显示仪表及连接二者的中间环节组成。热电偶是整个热电偶温度计的核心元件,能将温度信号直接转化成直流电势信号,便于温度信号的传递、处理、自动记录和集中控制。热电偶温度计具有结构简单、使用方便、动态响应快、测温范围广、测量精度高等特点,这些优点都是膨胀式温度计所无法比拟的。一般情况被用来测量-200~1600℃的温度范围,某些特殊热电偶温度计可以测量高达2800℃的高温或低至4K的低温。

1、  热电偶的工作原理

热电偶是热电偶温度计的检测元件即传感器。热电偶测温是工作在热电效应的基础之上的。             将两种不同材质的导体或半导体构成的闭合回路,该闭合回路称为热电偶。构成热电偶的两种不同材料称为热电极。热电极有两个连接点:其中一个连接点在工作时插入被测温度场,感受被测温度信号,称该点为测量端、工作端或热端;另一个连接点在工作时一般处于周围环境中,称为参比端、自由端、固定端或冷端。由热电效应原理可知,对于A、B两种材质组成的热电偶,两端温度分别为t、t0 时产生的热电势大小EAB(t,t0)可用下式表示,即

                       EAB(t,t0)= eAB (t)-eAB (t0)     

式中EAB(t,t0)——A、B两种材质组成的热电偶,两端温度分别为t、t0时产生的热电势;

          eAB (t) ——热电偶测量端的热电势;

         eAB (t0) ——参比端的热电势;

            t,t0——测量端、参比端温度。

当热电偶材料已知且均匀时,固定参比端温度t0 ,热电势EAB(t,t0)将只与测量端温度t有关,这就建立了热电势与被测温度间一一对应的函数关系。因此通过测量热电势就可以知道被测温度的大小,这就是热电偶测温的依据。

热电偶的热电势与温度间的数学关系称为热电偶的热电特性。热电偶的热电特性由热电极材料的化学成分和物理性能决定,到目前为止,热电偶的热电特性都是通过实验测得的,不能由理论计算得到。热电势的大小只与组成热电偶的材料和热电偶两端温度有关,与热电偶的形状、尺寸、长短及粗细无关。

关于热电势的几点说明如下:

①     的热电势与温度直接是非线性的关系,目前采用热电特性曲线和分度表(各种热电偶的热电势与温度的对照表)两种形式描述二者的关系。

②     热电极有正、负之分,热电势也有正负极性之分。

            EAB(t,t0)=- EAB(t,t0)=- EAB(t0 ,t)

③     使用热电偶测温时只有保证t0保持不变,热电势EAB(t,t0)与被测温度t才是一一对应的关系,如果t0发生变化,及时t保持不变,EAB(t,t0)也会发生变化,给测量带来附加误差。

④     如果组成热电偶的两种热电极材料相同,无论两个接触点的温度如何,热电势保持为零。

⑤     如果两个接触点的温度相同,即使组成热电偶的两种热电极材料不同,热电势也会为零。详情请登录



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