1.热电偶测温基本原理
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的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
A,B 两种导体,一端通过焊接形成结点,为工作端,位于待测介质。另一端接测温仪表,为参考端。为更好地理解下面的内容,我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为:A、B两种导体组成的热电偶,工作端温度为T1,参考端温度为T0,形成的热电动势为EAB(T1,T0)。
需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。
图中,工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2, 测量仪表端(参考端)温度为T0。
我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和,即A、B为一段,热电动势为EAB(T1,T2),C、D为另一段,热电动势为ECD(T2,T0), 即:
E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中,如果C、D的材质和A、B完全一样,即C即为A,D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点,此时,回路总电势为:
E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2)
从式(2)我们可以看出,只要是相同的热电偶,中间产生了连接点,则总电势与连接点的温度(中间温度)无关,而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中,不需要考虑中间有没有连接点,也不需要考虑连接点的温度,而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。
再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D,它能满足: ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为:
E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。
式(4)还告诉我们,使用了补偿导线,我们将T2延伸到了T0,但最后我们的测量结果与T2无关,这样我们也可以理解为,因为我们使用了导线C、D,是它补偿了T2处连接所产生的附加电势,而使得我们最终测量不需要再考虑T2,这也是C、D为什么叫补偿导线的原因,
2.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵 金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷 端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电偶测温基本原理
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