热电偶的工作原理及结构

热电偶的工作原理及结构

热电偶工作原理及结构

检修岗位

1.懂工作原理

1.1热电偶测温原理

两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。

这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。 汤姆逊定理---由温差引起的电势。

当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。 1.2热电偶三大定律 均质导体定律

由单一均质金属所形成之封闭回路，沿回路上每一点即使改变温度也不会有电流产生。亦即，E = 0。

由2种均质金属材料A与B所形成的热电偶回路中，热电势E与接点处温度t1、t2的相关函数关系，不受A与B之中间温度t3与t4之影响。

中间金属定律

1 / 6

热电偶的工作原理及结构

在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C，C之两端接合点之温度t3若为相同的话，E不受C插入之影响。

在由A与B所形成之热电偶回路，将A与B的接合点打开并插入均质的金属C时，A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话，E不受C插入的影响。

如右图所示，对由A与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C，形成由A与C、C与B之2组热电偶。接合点温度保持t1与t2的情况下，EAC + ECB = EAB。

中间温度定律

2 / 6

热电偶的工作原理及结构

如右图所示任意数的异种金属A、B、C???G所形成的封闭回路，封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时，此回路的E=0。

如右图所示，A与B所形成之热电偶，两接合点之温度为t1与t2时之E为E12，t2与t3时之E为E13的话，E12 + E23 = E13。此时，称t2为中间温度。

以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度，求得相对0℃任意的温度t1、t2、t3???tn之热电动势，任意两点间之热电动势便可以计算求得。

如右图所示，对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。A与B为热电偶，C与D为A、B用之补偿导线，M为数字电压计，计算后可得下面关系式：

E = EAB (t1) － EAB (t3) 也就是说，M所测定之电

3 / 6

热电偶的工作原理及结构

位差是由t1、t3所决定，不受t2之影响。

2.懂设备结构

2.1热电偶的结构

热电偶是有两根不同导体(或称电极)构成的.这两根导体一端焊接在一起,成为热端(或称工作端),测温时将此端处于被测介质中。另一端称为冷端(或自由端),接入二次仪表(显示仪表)或电测设备。

a、普通型热电偶:是应用最多的,主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同,所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同,但因使用条件基本类似,所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接合法兰连接两种。 b、铠装热电偶:又称缆式热电偶,是由热电极(多数采用的是铂丝,也有用镍丝的)、绝缘材料(通常为氧化镁粉末)和金属保护管三者结合,经拉制而成一个坚实的整体。

铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分,其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。

铠装热电偶的参比端(接线盒)形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。 铠装热电偶具有体积小、精度高、反应迅速、耐震动、耐冲击、机械强度高、可绕性好、寿命长、便于安装等优点。外形尺寸有φ5、φ6、φ8多种,长度为10~1000mm。

2.2、常用热电偶种类(八种)

B型------铂铑30-铂铑6 R型-----铂铑13-铂 S型------铂铑10-铂 E型------镍铬-康铜 J型------铁-康铜 K型------镍铬-镍铝

T型------铜-康铜 N型------镍铬硅-镍硅

其中:B、R、S属于贵金属热电偶;K、E、N、J属于廉金属热电偶; T型热电偶用于测量低温。

4 / 6

热电偶的工作原理及结构

3.会异常分析

3.1热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 故障现象 热电偶比实际值小 热电势比实际值大 热电势输出不稳定 热电偶热电势误差大 可能原因 热电极短路 处理方法 找出短路原因,如因潮湿所至,则需要进行干燥;如因绝缘端子损坏所至,则需更换绝缘子 清扫积灰 找出短路点,加强绝缘或更换补偿导线 在长度允许的情况下,剪去变质段重新焊接,或更换新热电偶 重新接正确 重新按规定安装 调整冷端补偿器 热电偶的接线柱处积灰,造成短路 补偿导线线间短路 热电偶热电极变质 补偿导线与热电偶极性接反 热电偶安装位置不当或插入深度不符合要求 热电偶冷端温度补偿不符合要求 热电偶与显示仪表不配套 有直流干扰信号进入 热电偶接线柱与热电极接触不良 热电偶安装不牢或外部震动 热电极将断未断 外界干扰(交流漏电,电磁感应等) 热电极变质 热电偶安装位置不当 保护管表面积灰 补偿导线与热电偶不配套 更换相配套的补偿导线 热电偶与显示仪表不配套 更换热电偶或显示仪表使之相配 更换热电偶或显示仪表使之相配 补偿导线与热电偶不配套 更换相配套的补偿导线 排除直流干扰 将接线柱螺丝拧紧 紧固热电偶,消除震动或采取减震措施 修复或更换热电偶 查出干扰源,采取屏蔽措施 更换热电极 改变安装位置 清除积灰 4.能遵守工艺纪律

4.1热电偶安装及注意事项

a在管道安装中，感温元件的工作端应置于管道中流速最大处。热电偶的保护套管的末端应越过流束中心线5~10mm。

b感温元件与被测介质形成逆流，应迎着气流流向插入，至少应与被测介质流束方向成90°。特别情况下也不能顺流安装测温元件，否则会产生测温误差。

c 插深一般不应小于300mm，如果插入深度不够，外露部分又空气流通，这样所测出的温度

5 / 6