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接触式测温方法的分类和适用范围精要
接触式测温方法的分类和适用范围热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。它通过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,当导体A和B的两个接触点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,并在回路中形成热电流,因此,可将温度的变化转变成热电势或热电流的变化。
热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
①测量精度高;
②测量范围广;
③构造简单,使用方便;
④将温度转换成电信号,便于处理和远传。
热电势的产生
热电势=接触电势+温差电势!
接触电势:金属导体的材料不同,导体内部自由电子密度不同 →自由电子扩散→ 若A导体的自由电子密度较大,则→较多的自由电子由A至B,而返回较少→平衡时,A导体失去电子带正电,B导体得到电子带负电→ A、B 接触处形成一定的电位差,及接触电势(帕尔帖电势)。
k:玻尔兹曼常数
(k=1.38×10-23J/K)
e:电子电荷量
(e=1.602×10-19)
NA:导体A电子密度
NB:导体B电子密度
T:接触点绝对温度
温差电势:单一导体两端温度不同,导体内部自由电子高温端具较大动能 →自由电子向低温端扩散→ 高温端失去电子带正电,低温端得到电子带负电→ 导体内部形成静电场,阻止电子继续扩散→动态平衡时,在导体两端产生一个电位差,及温差电势(汤姆逊电势)
δ:汤姆逊系数,表示温差为1℃时所产生的电动势值,与导体材料的性质有关。
热电势是T和T0的温度函数的差,而不是温差的函数-热电势的非线性
若两个电极为同种导体,则NA=NB,δA=δB,则EAB(T,T0) ≡0,即热电偶必为两种材料组成;若T=T0,则EAB(T,T0)≡0,即产生热电势的条件是两接点温度不同;导体接触面积无关。若T0=0,则EAB(T,T0)=f(T),热电势和温度之间为唯一对应的单值函数关系。结论:热电势的大小只与两种导体材料A、B及冷热端温度有关,与热电极的形状、大小、长短,以及两导体接触面积无关。
构成热电极的导体材质有何要求?
均质导体定律
由同一种均质导体组成的闭合回路,不论导体的截面积和长度如何,也不论各处的温度分布如何,都不产生热电势
热电偶的热电势如何输出???
在制作热电偶时,一定要选用均质材料,以防止因材质不均匀而产生附加热电势,造成测量误差。热电偶必须采用两种不同材质的导体组成
中间导体定律
B构成的热电偶回路接入第三种导体C,只要中间导体两端温度相同,那么中间接入的导体对热电偶回路的总热电势没有影响。如第三种导体两端温度不等,将造成热电势变化,变化取决于导体热电性质与接点温度。因此,接入导体材料要尽量与热电偶热电性质相近
当热电偶参比端温度波动较大时,如何实现单变量测量?
在热电偶回路中,如果热电极A、B分别和连接导体A’、B’相连,其接点温度分别为T,TC 和T0,则回路的总热电势等于热电偶的热电势和连接导体的热电势的代数和。即
冷端温度不为0时,如何根据分度表求出热端温度?热电偶A、B在接点温度为T,T0 时的热电势等于热电偶A、B在接点温度为T,TC 和TC ,T0 的热电势的代数和,即
标准和非标准热电偶
任何两种导体都可组成热电偶,但作为测温的热电偶需满足:
电势值大,随温度单调上升,最好线性
材料易获得,有较好的延展性,易于加工
热电性质稳定;复现性好,价格低,物理、化学性稳定
电极的电阻小,温度系数小
7777按照工业标准化要求,可将热电偶分为标准化和非标准化热电偶两种。
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,具有统一的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换,精度有一定的保证,并有配套的显示和记录仪表可供选用。
非标准化热电偶:虽然已有产品,也能够使用,但没有统一的标准,使用前仍需个别标定来确定热电势和温度之间的关系的热电偶,其存在的主要目的是进一步扩展高温和低温的范围。
t=0℃时,所有型号的热电偶的热电势均为0,温度越高,热电势越大,t0 ℃时,热电势为负值;
不同型号的热电偶在相同温度下,热电势一般有较大的差别;
温度和热电势之间的关系一般为非线性,因此,当热电偶自由端温度t0≠0时,应根据中间温度定律计算热电势,然后再查分度表,求的温度t
当冷端温度波动较大时?
解决的办法:
将热电极延长→冷端引到一个温度稳定的地方,然后再考虑将冷端温度处理为0℃ →热电偶的冷端处理和补偿!
常用的方法:
补偿导线法,冰点槽法,计算修正法,冷端补偿器法,软件修正法
补偿导线法
采用一定温度范围内(如-20~100℃),热电性质与热电偶的热电性质基本相同,但材料不同、价格较便宜的金属导体将热电偶的热电极延长,由于A’、B’的热电性质与A、B相近,可将其视
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