第三章熱電偶溫度計(jì)前言

熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用來測量100～1600℃范圍內(nèi)的溫度，用特殊材料制成的熱電偶還可以測量更高或更低的溫度。熱電偶測量溫度有較高的準(zhǔn)確度。由于熱電偶能把溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于信號的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測量，因此，它在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中被廣泛用于測量溫度。第三章熱電偶溫度計(jì)第一節(jié)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶第三節(jié)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)谒墓?jié)熱電偶校驗(yàn)第一節(jié)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的基本定律一熱電現(xiàn)象及熱電偶溫度計(jì)1熱電現(xiàn)象：

將兩種不同的導(dǎo)體A、B構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中有電流通過，即回路中有熱電勢存在，這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。

2熱電勢的組成：⑴溫差電勢

⑵接觸電勢3熱電偶的測溫原理

在熱電偶回路中，當(dāng)A、B材料一定，冷端溫度t0一定時(shí)，電勢只與被測溫度t有關(guān)，所以通過測量熱電勢來測量t的大小。二熱電偶的基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，無論導(dǎo)體的截面積以及各處的溫度分布如何都不能產(chǎn)生熱電勢。應(yīng)用：

⑴組成熱電偶的熱電極材料須滿足各自均質(zhì)的材料⑵在使用過程中，由于發(fā)生腐蝕、污染等化學(xué)反應(yīng)，使熱電極產(chǎn)生不均質(zhì)，從而使熱電偶精度下降，所以應(yīng)定期對熱電偶進(jìn)行校驗(yàn)。2.中間導(dǎo)體定律

（1）

在熱電偶回路中加入第三種均質(zhì)材料，只要它的兩端溫度相同，對回路的熱電勢沒有影響。

（2）如果在兩種導(dǎo)體A、B對另一種參考導(dǎo)體C的熱電勢為已知，則這兩種導(dǎo)體組成熱電偶的熱電勢為：

應(yīng)用：利用該定律，在熱電偶的使用過程中，需進(jìn)行信號的傳輸，只要兩個(gè)連接點(diǎn)1，2的溫度相同，則可進(jìn)行信號的等值傳輸，否則會(huì)產(chǎn)生附加誤差。.連接溫度（或中間溫度）定律接點(diǎn)溫度為和的熱電偶，它的熱電勢等于接點(diǎn)溫度分別為、和、的兩支相同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和：應(yīng)用：

熱電偶分度表，只要引入適當(dāng)?shù)男拚?，就可在另外的冷端溫度下使用。補(bǔ)償導(dǎo)線

在常溫下（0～100℃），與所連接的熱電偶的熱電極具有相同的熱電性質(zhì)的導(dǎo)線，稱其為相應(yīng)熱電極材料的補(bǔ)償導(dǎo)線。

和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶的回路中，相當(dāng)于把熱電偶延長而不影響熱電偶應(yīng)有的熱電勢，這就為工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。熱電偶及其對應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線見表3-1第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶一對熱電極材料的主要要求：1.理化性質(zhì)穩(wěn)定2.熱電勢和熱電勢差大，線性度好3.復(fù)制性好，互換性好4.價(jià)格便宜二標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1.鉑銠10—鉑熱電偶（S）特性：測量準(zhǔn)確度高測溫范圍大：0～1600℃熱電勢小價(jià)格貴2.鎳鉻—鎳硅熱電偶（K）特性：熱電勢大線性度好測溫范圍大：0～1200℃價(jià)格低3.鎳鉻—康銅熱電偶（E）特性：測溫范圍：0～900℃熱電勢大價(jià)格低4.銅—康銅熱電偶（T）特性：0～400℃價(jià)格低廉三.熱電偶的構(gòu)造㈠結(jié)構(gòu)：

1、熱電極2、絕緣材料3、保護(hù)套管4、接線盒

㈡種類：1、普通熱電偶2、鎧裝熱電偶3、薄膜熱電偶第三節(jié)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問題

從熱電偶的測溫原理中知道，熱電偶熱電勢的大小不但與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)，只有在冷端溫度恒定的情況下，熱電勢才能正確反映熱端溫度高低。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中，受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響較大，因此冷端溫度不可能是恒定值。為了消除冷端溫度變化對測量的影響，可采用下述幾種冷端溫度補(bǔ)償方法。一.計(jì)算法各種熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃的情況下得到的。如果測溫?zé)犭娕嫉臒岫藶閠℃，冷端不是0℃而是，這時(shí)不能用測得的熱電勢去查分度表的t，而應(yīng)該根據(jù)式計(jì)算熱端為t℃，冷端為0℃時(shí)的熱電勢：

然后用從分度表中查得溫度t就是通過計(jì)算補(bǔ)償了冷端溫度不在0℃所產(chǎn)生的電勢變化后得到的熱端溫度。二.冰點(diǎn)槽法1.冰點(diǎn)槽內(nèi)保持冰水兩相共存，其溫度為0℃，將熱電偶冷端移動(dòng)至冰點(diǎn)槽內(nèi)，冷端溫度為0℃。2.連接圖見圖3-16。3.由于使用起來比較麻煩，該辦法只用在實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)生產(chǎn)中一般不采用。

三.補(bǔ)償電橋法

補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。

1.當(dāng)t0=20℃時(shí),RCu=R1=R2=R3=1Ω,處于平衡狀態(tài)，此時(shí)橋路輸出Uab=0mv,UAB=Uab+EX(t,t0)=EX(t,20)

2.當(dāng)t0﹤20℃時(shí),RCu↓

，Ub↑,Uab

↓;EX(t,t0)↑UAB=Uab↓

+EX(t,t0)↑=EX(t,20)如果Uab減少量的等于EX(t,t0)的增加量，那么UAB的大小就不隨冷端溫度的減小而變化。3.當(dāng)t0﹥20℃時(shí)RCu↑，Ub↓,Uab↑;EX(t,t0)↓UAB=Uab↑

+EX(t,t0)↓=EX(t,20)如果Uab的增加量等于EX(t,t0)的減少量，那么UAB的大小就不隨冷端溫度增加而變化。注意：1.不同的熱電偶對應(yīng)相應(yīng)的補(bǔ)償電橋。2.補(bǔ)償電橋接法有正負(fù)極，不能接反。四.多點(diǎn)冷端溫度補(bǔ)償法為了節(jié)省儀表，在同一設(shè)備或同一車間里，可利用多點(diǎn)切換開關(guān)把幾支甚至幾十支同一分度號的熱電偶接到一塊儀表上，這時(shí)只需要用一個(gè)公共的冷端補(bǔ)償器。五.晶體管PN結(jié)溫度補(bǔ)償法第四節(jié)熱電偶的校驗(yàn)

由于熱電偶在使用過程中熱端發(fā)生氧化、腐蝕及高溫下的再結(jié)晶，依據(jù)均質(zhì)導(dǎo)體