热电偶工作原理
两种不同成份的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,就会在回路内产生热电势。如果热电偶的测量端(感受被测温度的端叫测量端与参比端(处于已知温度的端叫参比端或叫冷端存有温差时,显示仪表将会显示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。
热电偶的热电势将随着测量端温度的升高而增加,热电势的大小只和热电偶导体材质和两端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。
热电偶测温是基于热电效应这一物理现象实现的。用两种不同的金属导线A、B焊接而成的闭合回路称为“热电偶”。当它的两个接点1、2的温度t1、t2不同时,回路中将产生热电动势,简称热电势,这种现象称为“热点效应”。热电势的大小与两接点的温度差(t2—t1和组成回路的导线材料有关。对于给定的热电偶,则只与两接点的温差有关。如果保持t1不变(t1=0℃,那么热电势只与t2有关。t2越大,热电势越大,且有确定的关系。只要用电位差计G测出回路中的热电势,就可以通过热电势与温度的关系球出被测温度t2。
理论上,任何两种不同的金属导线均可组成热电偶,但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势,能耐高温,而且热电势与温度基本上呈线性关系,通常采用下列金属或合金导线配对组成热电偶(见表1—1
表1—1 材料名称 使用温度范围 热电势(mv/100℃ 极性 铜—康铜 —20—400℃
+―― 镍铬—考铜 —20—400℃
镍铬—镍铝 —50—900℃ +―― 铂铑—铂 —20—1300℃ +――
热电偶的电极A、B两接点通常用电弧焊、电熔焊、锡焊等焊接在一起。焊点要求圆滑、直径小、接触好、牢固,增强热电偶的灵敏度和耐用性。测温时,接点1放在盛有冰水混合物的冰瓶中,维持接点1的温度恒为零摄氏度,称为参比端(或冷端。接点2置于待测温度场中,或焊接在被测物体的表面上,称为测量端(或热端。回路中接入测量热电势的仪表G(通常使用电位差计或数字电压表,测出电路中的热电势,再由热电势与温度的关系曲线或表格查出被测温度。
热电偶测温线路有两种接法,如图1—2所示。t1为冷端,t2为热端,A、B 为热电偶的正负极,热电偶电极的极性由每种热电偶电极的材料决定,表1—1中给出了每种热电偶电极的极性。C为第三种仪表导线,测温度时要求仪表导线与热电偶电极的两接点温度相同,否则会影响热电势的数值。
热电偶回路的几个性质:
(1用两种相同材料组成的热电偶,无论两个接点温度如何,热电偶回路中电势均为零。
(2热电偶两接点温度相同时,无论热电偶电极材料是否相同,热电偶回路中电势均为零。
(3热电偶所产生的热电势的大小与热电偶电极的几何形状(如长短、粗细等无关,与热电极中间温度分布无关。
四、热电偶测温线路
热电偶测温线路可根据需要做多种设计。这里介绍几种常用的测温线路。 1.单点测温线路
单点测温线路由一个热电偶组成(如图1—2所示,冷端放在冰瓶里,保持t1为0摄氏度,热端置于被测介质中或物体表面上,测出的热电势即反映了物体的实际温度。
2.差测温线路
如图1—2所示,若把热电偶的冷端和热端分别置于两种不同温度的介质中,测出的热电势反映了两种介质的温差。
3.点测温线路
用切换开关可实现一台电位差计测量多点的温度。测试方法是,通过切换开关把每一个热电偶的热端与公用的冰点热偶线连接起来,组成一个单点测温线路,这样用一个冰点可以组成多个测温线路,既节省了热偶线和测温仪表,又提高了测试速度,是一种经常使用的测温线路。(如图1—4所示图中t0为冷端温度,
t1、t2为待测温度。 4.它测温线路
工程中常用的测温线路还有串联和并联测温线路(如图1—5,图1—6所示。
串联测温线路是把n个热电偶的正极-正极相接,负极-负极相接。串联测温线路测出的热电势是n个热电偶的电势之和。若n个热电偶的热端均放在待测的同一温度的物质中,冷端均放在冰瓶内,则测出的热电势是单个热电偶所测电势的n 倍。因此,串联测温线路可以起到放大电势的作用,常在温差较小的场合中使用,以减少测量误差。并联测温线路测得的电势是n个热电偶所测电势的平均值,常在测量一个区域的平均温度时使用。
串联测温线路测出的热电势应先除以热电偶的个数n后,再由温度—电势表查出温度。热电偶技术指标
1、热电偶公称压力
一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而不破裂。允许的工作压力不仅与保护管材料、直径、壁厚有关,还与其结构形式、安装方法、插入深度以及被测介质的流速与种类有关。
2、热电偶最小插入深度
热电偶的最小插入深度应不小于其保护管外径的8~10倍(特殊产品例外。 3、热电偶绝缘电阻
常温绝缘电阻的试验电压为直流500V±50V,测量常温绝缘电阻的大气条件为温度15~35℃,相对湿度45%~75%,大气压力86~106kPa(放置时间不小于2小时。
a、对于长度超过1米的热电偶,它的常温绝缘电阻值与其长度的乘积不小于100M Ω·m,即
Rr·L≥100MΩ L>1m
式中Rr--热电偶的常温绝缘电阻值MΩ L--热电偶的长度m
b、对于长度等于或不足1米的热电偶,它的常温绝缘电阻值应不小于100MΩ。
4、上限温度绝缘电阻工业热电偶技术条件
Specification for industrial thermocouple assemblies 代替 ZBY 026-81 本标准适用于分度表符合ZBY300-85《工业热电偶分度表及允差》的可拆卸的工业热电偶。
对于其他形式的工业热电偶,可以参照采用本标准的部分或全部条款。 1 术语及定义
ZBY 300规定的术语及定义和以下术语及定义适用于本标准。 可拆卸的工业热电偶(industrial thermocoule assembly
热电极组件可以从保护管中取出的工业热电偶(以下简称\热电偶\。 热电极组件(thermocoule element 由一对或多对热电极与绝缘物组成的组件。 绝缘物(insulation material
用来防止热电极之间和(或热电极与保护管之间短路的零件或材料。 保护管(protective tube
用来保护热电极组件免受环境有害影响的管状物。 补偿导线(extension or compensating cables
一对与热电偶配用的导线。若与所配用的热电偶正确连接,就把热电偶的参比端移至这对导线的输出端。
检验温度点(temperature points for verification 为了检验热电偶是否符合允差要求而选择的试验温度。 极限温度(limiting temperature
热电偶工作原理.
