
熱電偶測溫原理
熱電偶是基于“溫差電效應”的測輻射熱器件。1. 溫差電效應:簡(jiǎn)單地說(shuō),就是在由兩種不同的金屬導體或是半導體材料構成的結點(diǎn)處,可以產(chǎn)生接觸電動(dòng)勢。將這兩種不同的材料連接成一對節點(diǎn)構成的閉合回路,并使其中一個(gè)結點(diǎn)接受輻射(熱輻射或光輻射),則該節點(diǎn)就會(huì )產(chǎn)生“溫度升高”,與另一個(gè)沒(méi)有接受輻射的結點(diǎn)之間出現溫度差,導致兩個(gè)結點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢不同,從而在閉合回路中產(chǎn)生電流。這種效應也叫作“塞貝克效應”。2. 測溫原理:使用熱電偶時(shí),通常利用其中一個(gè)結點(diǎn)作為測量端(熱端),用于吸收熱輻射而產(chǎn)生“溫升”,而另一結點(diǎn)作為參考端(冷端),并維持恒溫。下圖為簡(jiǎn)單測試原理結構圖。通過(guò)檢測電流的大小就可以探測熱輻射的大小,繼而完成測溫。
1.定義: 由兩種導體組合而成,將溫度轉化為熱電動(dòng)勢的傳感器叫做熱電偶。
2. 測溫原理 : 熱電偶的測溫原理基于熱電效應。
將兩種不同材料的導體 A 和 B 串接成一個(gè)閉合回路,當兩個(gè)接點(diǎn) 1 和 2 的溫 度不同時(shí),如果 T > T 0 (如上圖 12-1熱電效應), 在回路中就會(huì )產(chǎn)生熱電動(dòng)勢, 在回路中產(chǎn)生一定大小的電流,此種現象稱(chēng)為 熱電效應 。
熱電動(dòng)勢記為 EAB ,導體 A 、 B 稱(chēng)為熱電極。接點(diǎn) 1 通常是焊接在一起的, 測量時(shí)將它置于測溫場(chǎng)所感受被測溫度,故稱(chēng)為測量端(或工作端,熱 端)。
接點(diǎn) 2 要求溫度恒定,稱(chēng)為參考端(或冷端)。
3.熱電效應
??導體 A 和 B 組成的熱電偶閉合電路在兩個(gè)接點(diǎn)處分別由eAB (T) 與 eAB (T0 )兩個(gè)接觸電勢 ,又因為 T > T0 ,在導體 A 和 B 中還各有一 個(gè)溫差電勢。所以閉合回 路總熱電動(dòng)勢 EAB (T,T0 ) 應為接觸電動(dòng)勢和溫差電勢的代數和,即:
4.閉合回路總熱電動(dòng)勢
??對于已選定的熱電偶,當參考溫度恒定時(shí),總熱電動(dòng)勢就變成測量端溫度 T 的單值函數,即 EAB ( T , T 0 )= f ( T ) 。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。
??在實(shí)際測溫時(shí),必須在熱電偶閉合回路中引入連接導線(xiàn)和儀表。
三、有關(guān)熱電偶測溫的基本原則
??由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路,不論導體的橫截面積,長(cháng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。
??如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質(zhì)導體組成,那么,熱電偶的熱電動(dòng)勢僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān),與熱電偶的溫度分布無(wú)關(guān);
??如果熱電極為非均質(zhì)電極,并處于具有溫度梯度的溫場(chǎng)時(shí),將產(chǎn)生附加電勢,如果僅從熱電偶的熱電動(dòng)勢大小來(lái)判斷溫度的高低就會(huì )引起誤差。
??1.中間導體定則:
2. 均質(zhì)導體定則
??在熱電偶回路中接入第三種材料的導體,只要兩端的溫度相等,該導體接入就不會(huì )影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。根據這一定則,可以將熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)斷開(kāi)接入 第三種導體 ,也可以將熱電偶的一種導體斷開(kāi)接入第三種導體,只要每一種導體的兩端溫度相同,均不影響回路的總熱電動(dòng)勢。
在實(shí)際測溫電路中,必須有連接導線(xiàn)和顯示儀器,若把連接導線(xiàn)和顯示儀器看成第三種導體 ,只要他們的兩端溫度相同,則不影響總熱電動(dòng)勢 。
3、參考電極定則 :
?兩種導體 A, B 分別與參考電極 C( 或稱(chēng)標準電極 ) 組成熱電偶,如果他們所產(chǎn)生的熱電 動(dòng)勢為已知, A 和 B 兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求得.由此可見(jiàn),只要知道兩種導體分別與參考電極組成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢,就可以依據參考電極定則計算出兩導體組成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢。從而簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩定,熔點(diǎn)高,易提純,所以人們多采用高純鉑作為參考電極。