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熱電偶的原理以及制作材料的選擇

更新時間:2016-11-02      更新時間:2016-11-02      點擊次數(shù):1817

   熱電偶的基本原理

     熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量儀表。是根據(jù)熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的,是溫度測量儀表中常用的測溫元件。將不同材料的導體A、B接成閉合回路,接觸測溫點的一端稱為測量端(或工作端),另一端稱為參比端(或自由端)。若測量端和參比端所處溫度t和t0不同,則在回路的A、B之間就產(chǎn)生一熱電勢EAB(t,t0),這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應,即熱電效應。EAB大小隨導體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實際應用中,將A、B的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度t處,而將參比端分開,用導線接入顯示儀表,并保持參比端接點溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度而t變化。

     在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電勢后,即可知道被測介質(zhì)的溫度。

     根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關系??芍瞥蔁犭娕挤侄缺?。分度表是在自由端溫度To=0℃的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。

     從理論上講,任何兩種導體都可以配制成熱電偶,但實際上并不是所有材料都能制作熱電偶,故對熱電極材料必須滿足以下幾點:

     (1)熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢,熱電勢和溫度之間的關系呈線性或近似線性的單值函數(shù)關系;

     (2)能測量較高的溫度,并在較寬的溫度范國內(nèi)應用,經(jīng)長期使用后,物理、化學性能及熱電特性保持穩(wěn)定;

     (3)要求材料的電阻溫度系數(shù)要小,電阻率高,導電性能好,熱容量要??;復現(xiàn)性要好,便于大批生產(chǎn)和互換,便于制定統(tǒng)一的分度表;

     (4)機械性能好,材質(zhì)均勻;

     (5)資源豐富,價格便宜。

     為了保證熱電偶可靠和穩(wěn)定地工作對熱電偶有如下要求:

     (1)組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;

     (2)兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;

     (3)補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

     (4)保護套管應能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。熱電偶溫度計的特點有:

     (1)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。

     (2)測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量,某些特殊熱電偶zui低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),zui高可達+2800℃(如鎢-錸)。

     (3)構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。熱電偶是一種感溫元件,它能將溫度信號轉換成熱電勢信號,通過與電氣測量儀表的配合,就能測量出被測的溫度。

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