熱工測量儀表PPT熱電偶第1頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日第三章

第一節(jié)熱電偶溫度計主要內(nèi)容

第一節(jié)熱電偶溫度傳感器第二節(jié)熱電阻溫度傳感器

第三節(jié)測溫實例

第四節(jié)其他溫度檢測儀表

第2頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)熱電偶溫度計主要內(nèi)容

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)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶第三節(jié)熱電偶的冷端溫度補償問題第四節(jié)熱電偶的校驗第3頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計二、熱電偶的三條基本定律第4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計1.熱電偶：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成閉合回路。A、B是熱偶絲，也叫熱電極。2.熱電勢：熱電偶放在被測對象中，兩端溫度不同時，會產(chǎn)生的電動勢3.熱電流：回路中通過的電流4.熱端（工作端）、冷端（自由端）：感受溫度變化的那端稱為或熱端，另一端稱為或冷端。這種物理現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。熱電偶：范圍100－16000C,溫度信號變成電信號，遠傳。第5頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日先看一個實驗——熱電偶工作原理演示結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）熱電偶的工作原理

左端稱為：測量端（工作端、熱端）熱電極B熱電勢AB上述現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象，1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)的，也稱賽貝克效應(yīng)第6頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計5.

熱電勢的產(chǎn)生原因：由溫差電勢和接觸電勢組成1）溫差電勢：一根導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的熱電動勢原因：eA第7頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計5.

熱電勢的產(chǎn)生原因：2）接觸電勢：兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時產(chǎn)生原因第8頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日3)回路總電動勢：A的電子密度大于B，t>t0，則回路中存在著四個電勢,一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計5.

熱電勢的產(chǎn)生原因：第9頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日熱電勢的工作原理：某只熱電偶，如果使冷端溫度t0保持不變，則熱電動勢便成為熱端溫度t的單一函數(shù)。即，故測量熱電勢的大小就可以反映溫度的數(shù)值

一、熱電現(xiàn)象和熱電偶溫度計6.熱電勢的工作原理第10頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日二、熱電偶的三條基本定律均勻?qū)w定律、中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律1.均勻?qū)w定律

1）定律內(nèi)容：由一種均勻?qū)w（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論溫度如何分布，都不能產(chǎn)生電動勢。

2）定律推論（1)熱電偶必須由兩種不同材料組成（2)由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，如回路有熱電勢，則材料不均勻第11頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日2中間導(dǎo)體定律1）定律內(nèi)容：不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點的溫度都相同，則回路中熱電勢的總和等于零。2）定律推論推論1：在熱電偶回路接入第三種導(dǎo)體，若第三種導(dǎo)體的兩接點溫度相同，對回路中總熱電勢無影響。推論2:二、熱電偶的三條基本定律第12頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日3)推論1用途:1)連接顯示儀表的兩個接點溫度相同，則不影響熱電偶電勢

2）也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進行溫度測量。二、熱電偶的三條基本定律2中間導(dǎo)體定律第13頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日2中間導(dǎo)體定律(4）推論1證明：

tt0ABBC(a)EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)－eAB(t0)=EAB(t,t0)t1t1二、熱電偶的三條基本定律1）第一種連接方式第14頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日t1tABC(a)EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若設(shè)t＝t1＝t0

，則根據(jù)本定律有

eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)＝0EABC(t,t1,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=EAB(t,t0)t0t02中間導(dǎo)體定律二、熱電偶的三條基本定律(4）推論1證明2）第二種連接方式第15頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日5)推論2：如果兩種導(dǎo)體A,B對另一種導(dǎo)體C的熱電勢已知，則這兩種導(dǎo)體組成熱電勢=是它們對參考導(dǎo)體熱電勢的代數(shù)和。+Att0B+Att0C+Ctt0BEACECBEAB二、熱電偶的三條基本定律2中間導(dǎo)體定律6）推論2的用途：（1）已知熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對的熱電勢，任何兩種熱電極配對的熱電勢可知。第16頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日tBACtEACECBC0t0t0tEAC(t,t0)＋ECB(t,t0)=eAC(t)+eCB(t)+eBA(t0)++

因為eAC(t)+eCB(t)+eBA(t)＝0所以EAC(t,t0)＋ECB(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)=EAB(t,t0)二、熱電偶的三條基本定律2中間導(dǎo)體定律7）推論2的證明第17頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日3中間溫度定律1）定律內(nèi)容：熱電偶在兩接點溫度t1、t3時的熱電動勢等于接點溫度分別為t1、t2和t2、t3

的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。+At1t2BE1+At3BE2EAB(t1,t2)＋EAB(t2,t3)=eAB(t1)+eBA(t2)+eAB(t2)+eBA(t3)=eAB(t1)+eBA(t3)=EAB(t1,t3)+At1t3BE3=E1+E2二、熱電偶的三條基本定律第18頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日2)定律的應(yīng)用：1）為熱電偶熱電勢－溫度關(guān)系分度奠定了理論基礎(chǔ)。已知熱電偶在某一給定冷端溫度下，電壓對應(yīng)的溫度值，另外冷端溫度下，電壓應(yīng)對應(yīng)什么溫度？（修正解決）2）為工業(yè)測溫中應(yīng)用補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。

1測溫時，其冷端溫度要求恒定（？），如直接滿足此條件，熱電偶冷端直接延伸放到恒溫的地方，熱電偶很長，價格較高。

2用補償導(dǎo)線連接到熱電偶的冷端，延伸至恒定冷端溫度，在達到冷端溫度恒定要求的同時，降低造價。

二、熱電偶的三條基本定律3中間溫度定律第19頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日

分為補償型和延伸型補償型的材料與對應(yīng)的熱電偶不同，價格便宜，但在低溫下熱電性質(zhì)相同延伸型的材料與對應(yīng)的熱電偶相同，但準(zhǔn)確度要求略低4）使用補償導(dǎo)線的注意事項（1）在一定的溫度范圍內(nèi)使用（2）補償導(dǎo)線與熱電偶極熱電性質(zhì)相同（3）極性不能接反（4）接入點溫度一致

二、熱電偶的三條基本定律3中間溫度定律3）補償導(dǎo)線的分類第20頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護套管等幾個主要部分組成，其常見外形結(jié)構(gòu)如圖所示。安裝螺紋安裝法蘭第21頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電極材料及性質(zhì)二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶三非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶四熱電偶的構(gòu)造第22頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、熱電極材料及性質(zhì)1）物理性質(zhì)穩(wěn)定，其熱電性質(zhì)不隨時間變化2）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化和腐蝕3）靈敏度和線性度好4）電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)小5）復(fù)制性好，以便交換6）價格便宜目前材料無法滿足全部要求，不同條件下使用不同的熱電極材料。第23頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日

二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：是指制造工業(yè)較成熟，應(yīng)用廣泛，能成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良而穩(wěn)定并已列入專業(yè)或國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中的那些熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有互換性第24頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日

?鉑銠10-鉑熱電偶（分度號S）

?鉑銠13-鉑熱電偶（分度號R）

?鉑銠30-鉑銠6熱電偶（分度號B）

?鎳鉻一鎳硅（鎳鉻一鎳鋁）熱電偶（分度號K）

?鎳鉻一康銅熱電偶（分度號E）

?鐵一康銅熱電偶（分度號J）

?銅一康銅熱電偶（分度號T）

?鎳鉻一金鐵熱電偶（分度號NiCr－AuFe0.07）及銅一金鐵熱電偶（分度號Cu－AuFe0.07）

第25頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日1.幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的性能和特點1）鉑銠10-鉑熱電偶分度號為“S”，貴金屬熱電偶。常用直徑0.5mm。正極：鉑銠絲(鉑90%，銠l0%)，負極：純鉑絲。長期使用最高溫度達1300℃，短期使用可達1600℃。特點：熱電性能穩(wěn)定，精度高，抗氧化性強，宜在氧化性、惰性氣氛中工作，在無合適的非金屬保護套管時，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽中使用。

二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶第26頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日

1）鉑銠10-鉑熱電偶缺點：高溫下長期，鉑電極易斷，對污染敏感，導(dǎo)致熱電勢下降。它的熱電勢較小，靈敏度較低；價格昂貴。故國際溫標(biāo)中規(guī)定它為630.74－1064.43℃溫度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。分度值見附錄1－2.常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測量,價格貴，精度高，靈敏度低。

二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1.幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的性能和特點第27頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日4鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶分度號為“K”，賤金屬熱電偶。常用直徑0.3－0.32mm。正極：鎳鉻合金(鎳90.5%，鉻9.5%)，負極：鎳硅(鎳97.5%，硅2.5%)。長期使用最高溫度可達1200℃，短期使用可達1300℃。在500℃以下可在還原性、中性、氧性氣氛中可靠的工作，在500℃以上只能中性、氧性氣氛中工作。此熱電偶可用于溫度很低的含氫或氨的氣氛中，而不能用于氧化還原交替的氣氛中，也不能用于含硫的氣氛中，真空中只能短期使用。其熱電勢比鉑銠10-鉑熱電偶大4－5倍，且線性好。分度值見附錄1－5測溫1200以下，賤金屬，線性度好，靈敏度大。第28頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日5鎳鉻-康銅熱電偶分度號為“E”。是一種賤金屬熱電偶，測溫范圍為-200－900℃，常用直徑0.3－3.2mm。它的正極是鎳鉻合金，負極是銅鎳合金(銅55%，鎳45%)。長期使用最高溫度可達750℃，短期使用可達900℃。適合在中性、氧性氣氛中工作，其它氣氛中使用所受的限制鎳鉻-鎳硅熱電偶相同。適合在0以下測溫度，在高濕性氣氛中不易腐蝕。其特點是每攝氏度下對應(yīng)熱電動勢最高，因此經(jīng)常被使用。分度值見附錄1－6第29頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日第30頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日三非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在某些特殊場合：高溫、低溫、超低溫、高真空和有核輻射等被測對象中使用1鎢萊系熱電偶2銥佬系熱電偶3鉑鉬5－鉑鉬0.1熱電偶4非金屬熱電偶特點：不具有互換性，沒有統(tǒng)一分度第31頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日名稱熱電極材料使用溫度范圍(℃)過熱使用溫度范圍(℃)特征正極負極鎢錸系WRe5、WRe3WRe26、WRe250～23003000適用于還原性、H2及惰性氣體。質(zhì)脆鉑銠系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh20300～15001100～160018001800在高溫下使用，熱電動勢小，其它性能與R型相同銥銠系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh601100～20002100適用于真空、惰性氣體及微氧化性氣氛。質(zhì)脆鎳鉬系NiNiMo180～1280/可用于還原性氣氛，熱電動勢大鈀鉑系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金0～11001300耐磨性能強，熱電動勢的大小基本上與K型相同鎳鉻、金鐵以Ni-Cr為主的合金含0.07mo1%Fe的合金0～300K/20K以下熱電動勢比較大，熱電動勢的線性好銀金、金鐵含Au為0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金1～40K/熱電動勢小，受磁場影響第32頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日四熱電偶的構(gòu)造

1普通型熱電偶

2鎧裝熱電偶

3薄膜熱電偶第33頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日1普通型熱電偶本體是熱電極，絕緣套，保護套管，接線端子。第34頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

第35頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日2鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶：金屬套管、絕緣材料和熱電極三者一體四熱電偶的構(gòu)造優(yōu)點：1）動態(tài)響應(yīng)快；2）機械強度高，撓性好，耐高壓、強烈震動和沖擊；3）能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。第36頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第37頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日3薄膜熱電偶由兩種金屬薄膜連接而成。

1）特點：微小面積上的溫度測量；動態(tài)響應(yīng)快，可測瞬變的表面溫度。

2)應(yīng)用：

(1)如將熱電極材料直接蒸鍍到被測表面，可測微秒級變化的溫度。

(2)如制成針狀，針尖為熱端，可測量點的溫度四熱電偶的構(gòu)造第38頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日復(fù)習(xí)思考題1．熱電偶為什么要冷端溫度恒定？

2.工業(yè)上使用補償導(dǎo)線的理論依據(jù)和注意事項3．熱電偶的三大基本定律是什么，有哪些應(yīng)用？第39頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶冷端溫度的補償問題熱電偶的電勢大小不但與熱端溫度有關(guān)，且與冷端溫度有關(guān)，冷端應(yīng)恒定。通常熱電偶冷端放在距熱端很近的大氣中，受熱端和大氣環(huán)境的影響，有波動為消除冷端溫度變化對測量的影響，可采用冷端溫度補償方法第40頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日熱電偶冷端溫度的補償問題一、計算法二、冰點槽法三、補償電橋法（冷端補償器）四、多點冷端溫度補償法五、晶體管PN結(jié)溫度補償法第41頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、計算法1.問題提出分度的冷端溫度為0℃，如測溫時熱電偶是t0，不為0℃

，不能用測得E(t,t0)直接查分度表求t。2.計算公式

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)

用E(t,0)查表求t。？第42頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日一、計算法用鎳鉻--鎳硅(K型)熱電偶測溫，熱電偶參比端溫度為30℃。測得的熱電勢為28mV，求熱端溫度。反查K分度表T=701.5℃第43頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日習(xí)題試填滿下面的空格：熱電偶分度號熱端溫度冷端溫度熱電勢（0C)（0C)(mV)S13000B14008.913K3034.110T-140-6.455E80535J55515第44頁，共50頁，2023年，2月20日，星期日二、冰點槽法冷端放入一個溫度恒為0℃的冰點槽中舉例將水與冰屑混合放入保溫瓶，在瓶蓋上插入盛變壓器油的試管，熱電偶的冷端插入到