理解熱電偶的工作原理課件

第4章熱電偶傳感器本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1、了解溫度測(cè)量的基本概念和方法；2、理解熱電偶的工作原理，；3、了解熱電偶的分類(lèi)及特點(diǎn)。11/23/20221第4章熱電偶傳感器本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:溫度測(cè)量的基本概念

一、溫度測(cè)量的基本概念

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫高溫11/23/20222溫度測(cè)量的基本概念一、溫度測(cè)量的基本概念模二、溫標(biāo)1、溫度的數(shù)值表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類(lèi)溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。2、國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。

11/23/20223二、溫標(biāo)1、溫度的數(shù)值表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。它規(guī)定幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37C，相當(dāng)于華氏溫度多少度？11/23/20224幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37C，相當(dāng)于華氏溫度多少度熱力學(xué)溫標(biāo)（K）

熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來(lái)的，因此又稱(chēng)開(kāi)氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開(kāi)爾文（K）。威廉·湯姆遜·開(kāi)爾文勛爵像11/23/20225熱力學(xué)溫標(biāo)（K）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定三、溫度測(cè)量及傳感器分類(lèi)溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等。

11/23/20226三、溫度測(cè)量及傳感器分類(lèi)溫度傳感器按照用途可分介紹幾種溫度測(cè)量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿(mǎn)熱水后圖案變得清晰可辨11/23/20227介紹幾種溫度測(cè)量方法示溫涂料（變色涂料）裝滿(mǎn)熱水后圖案變變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色11/23/20228變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比11/23/20229體積熱膨脹式不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。紅外溫度計(jì)11/23/202210紅外溫度計(jì)11/22/202210熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270C，上限可達(dá)1800C以上；3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。4、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量和多點(diǎn)測(cè)量，可測(cè)溫度、溫度差或者平均溫度11/23/202211熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)1、它屬于自發(fā)電先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）

熱電偶的工作原理

左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB11/23/202212先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示熱電極A右端稱(chēng)為：自由端從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路。若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在。此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外,還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。11/23/202213從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀(guān)解釋及圖形符號(hào)

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。

自由電子＋ABeAB（

T）T11/23/202214結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀(guān)解釋及圖形符號(hào)兩種不同的金熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。11/23/202215熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感（一）接觸電勢(shì)產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生接觸電勢(shì)：自由電子＋ABeAB(T)Tk：波爾茲曼常數(shù)；e：?jiǎn)挝浑姾呻娏?；nA、nB：溫度為T(mén)時(shí),導(dǎo)體A、B的自由電子密度。11/23/202216（一）接觸電勢(shì)產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金（二）溫差電動(dòng)勢(shì)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！溫度的影響11/23/202217（二）溫差電動(dòng)勢(shì)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)——溫差電動(dòng)勢(shì)同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí),高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大,因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多,結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電,低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電,形成一個(gè)靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因此，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢(shì)，公式：為湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體兩端溫度為1攝氏度時(shí)產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。11/23/202218定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)——溫差電熱電偶回路的熱電勢(shì)熱電偶回路中總的熱電勢(shì)應(yīng)是接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和。EAB（T，T0）=eAB（T）+eB（T，T0）-eAB（T0）-eA（T，T0）經(jīng)實(shí)踐證明，在熱電偶中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)只占極小部分?？梢院雎圆挥?jì)：11/23/202219熱電偶回路的熱電勢(shì)熱電偶回路中總的熱電勢(shì)應(yīng)是接觸電勢(shì)與溫差電——有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱電勢(shì)之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

的函數(shù)：EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的函數(shù)差：11/23/202220——有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱對(duì)于已選定的熱電偶,當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí),EAB(T0)為常數(shù),則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系,即熱電勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

成正比11/23/202221對(duì)于已選定的熱電偶,當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí),EAB(T0二、有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論規(guī)定：ＥAB(T,T0)的含義，按位置順序A表示熱電偶正極；B表示負(fù)極T表示測(cè)量端溫度；T0表示冷端溫度；符號(hào)變化，位置規(guī)定的含義不變。ＥAB(T,T0)=-EBA(T,T0)=-EAB(T0,T)解釋?zhuān)寒?dāng)nA>nB,A為正極，B為負(fù)極。腳注AB的順序表示電動(dòng)勢(shì)的方向。當(dāng)腳注順序改變時(shí)，電動(dòng)勢(shì)前面的符號(hào)（＋、－）隨之改變。11/23/202222二、有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論規(guī)定：ＥAB(T,T0)的含義，按位1）熱電勢(shì)的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀、大小無(wú)關(guān)。燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測(cè)溫。2）如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，則無(wú)論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零——均質(zhì)導(dǎo)體定律必須采用兩種不同的材料作為熱電極?！邷夭铍妱?dòng)勢(shì)只占極小部分11/23/2022231）熱電勢(shì)的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電3）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等t=t0，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦為零。4）熱電偶AB的熱電勢(shì)與A、B材料的中間溫度無(wú)關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。5）中間導(dǎo)體定律利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫,必須在回路中引入連接導(dǎo)線(xiàn)和儀表,接入導(dǎo)線(xiàn)和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？11/23/2022243）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等t=t0，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦熱電偶定律1、中間導(dǎo)體定律利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫,必須在回路中引入連接導(dǎo)線(xiàn)和儀表,接入導(dǎo)線(xiàn)和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi),接入第三種導(dǎo)體C,只要其兩端溫度相同,則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。11/23/202225熱電偶定律1、中間導(dǎo)體定律11/22/202225證明:中間導(dǎo)體定律由于溫差電勢(shì)可忽略不計(jì),則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0)（*）當(dāng)T=T0時(shí),有EABC(T0)=eAB(T0)+eBC(T0)+eCA(T0)=0由此得eAB(T0)＝-eBC(T0)-eCA(T0)=0代入（*）式ＥABC(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T,T0)同理,加入第四、第五種導(dǎo)體后,只要加入的導(dǎo)體兩端溫度相等,同樣不影響回路中的總熱電勢(shì)。

11/23/202226證明:中間導(dǎo)體定律EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)中間導(dǎo)體定律只要保證連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表各自?xún)啥说臏囟认嗤?，則對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。因此中間導(dǎo)體定律對(duì)熱電偶的實(shí)際應(yīng)用有十分重要的意義。圖利用中間導(dǎo)體定律制成開(kāi)路電偶測(cè)量金屬和金屬壁面的溫度。根據(jù)此定律，除可在熱電偶測(cè)溫回路中接入各種類(lèi)型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對(duì)液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面的溫度測(cè)量，如圖所示。有時(shí)為了提高測(cè)量精度，或者為了使用上的方便，將熱電極A和B直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續(xù)測(cè)量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測(cè)量過(guò)程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個(gè)定律，就不需要先焊接了。

11/23/202227利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)2、中間溫度定律熱電偶T與T0之間若有一溫度Tn，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)ＥAB(T,T0)可以用ＥAB(T,Tn)與ＥAB(Tn,T0)的和來(lái)表示。證明中間溫度定律為熱電偶分度表的制定和使用奠定了基礎(chǔ)。11/23/2022282、中間溫度定律11/22/2022283、參考電極定律當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為t,t0時(shí)，用導(dǎo)體A，B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于A(yíng)C熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。如圖，導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，即那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)可由下式求得：11/23/2022293、參考電極定律如圖，導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，參考電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律純金屬的種類(lèi)很多，合金類(lèi)型更多。要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，工作量極大。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)表4-2，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可直接計(jì)算。例如：熱端為100℃，冷端為0℃時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV；則鎳鉻和考銅組合成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)：2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲11/23/202230參考電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律純金屬的種類(lèi)很多，合金類(lèi)型更三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。必要性：1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿(mǎn)足t0=0C的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。2、一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。11/23/202231三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)A、冷端冰浴法（0℃恒溫器）將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(nèi)(如冰水混合物)，使冷端溫度處于0℃。這種裝置通常用于實(shí)驗(yàn)室或精密的溫度測(cè)量。在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)時(shí)間地保持在0C不變。11/23/202232A、冷端冰浴法（0℃恒溫器）在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)B、冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引入誤差。這類(lèi)恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類(lèi)恒溫器的溫度不為0℃，故最后還需對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度修正。1—被測(cè)流體管道2—熱電偶3—接線(xiàn)盒4—補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)5—銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)6—毫伏表7—恒溫器8—混合物9—試管10—新冷端11/23/202233B、冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒冷端溫度的修正計(jì)算當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0≠0℃時(shí)，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，t0）與冷端為0℃時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，0℃）不等。若冷端溫度高于0℃，則EAB（t，t0）<EAB（t，0℃）。下式計(jì)算并修正測(cè)量誤差：EAB（t，0）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0）EAB(t，0)為熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)；EAB(t，t0)為熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)；EAB(t0，0)為熱電偶熱端溫度為t0，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)。11/23/202234冷端溫度的修正計(jì)算當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0≠0℃時(shí)，由于熱端與例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃(且為恒定時(shí))，測(cè)出熱端溫度為t時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為39.17mV，求爐子的真實(shí)溫度。11/23/202235例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃(且為恒定由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(30，0)=1.203mV根據(jù)公式計(jì)算出再通過(guò)分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為：t=977℃11/23/202236由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(30，0)=1.203mV根C機(jī)械調(diào)零法在精度要求不高的場(chǎng)合，可將動(dòng)圈儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至熱電偶冷端所處的溫度T0處。11/23/202237C機(jī)械調(diào)零法11/22/202237電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值，可購(gòu)買(mǎi)與被補(bǔ)償熱電偶對(duì)應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。XT-WBC熱電偶端補(bǔ)償器11/23/202238電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)（一）補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。所謂補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)：實(shí)際上是一對(duì)材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線(xiàn)，在0～100℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價(jià)格相對(duì)要便宜。若利用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所(如儀表室)，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長(zhǎng)。11/23/202239（一）補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)書(shū)p70表4－311/23/202240補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)書(shū)p70表4－311/22/202240補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)外形A’B’屏蔽層保護(hù)層11/23/202241補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)外形A’B’屏蔽層保護(hù)層11/22/202241在使用延長(zhǎng)線(xiàn)時(shí)的應(yīng)注意以下幾方面：

①各種延長(zhǎng)線(xiàn)只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；②注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差；③延長(zhǎng)線(xiàn)與熱電偶連接的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，其溫度必須相同。11/23/202242在使用延長(zhǎng)線(xiàn)時(shí)的應(yīng)注意以下幾方面：

①各種延長(zhǎng)線(xiàn)只能與相應(yīng)型第三節(jié)熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)

八種國(guó)際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6、R:鉑銠13—鉑、S:鉑銠10—鉑、K:鎳鉻—鎳硅、N:鎳鉻硅—鎳硅、E:鎳鉻—銅鎳、J:鐵—銅鎳、T:銅—銅鎳

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲11/23/202243第三節(jié)熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)八種國(guó)際通用熱電偶：用于幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)

分度號(hào)

名稱(chēng)

測(cè)量溫度范圍

1000C熱電勢(shì)/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800C——?5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？11/23/202244幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)分度號(hào)名稱(chēng)測(cè)量溫度范圍熱電偶的分度表

——熱電偶的線(xiàn)性較差，多數(shù)情況下采用查表法我國(guó)從1991年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱(chēng)ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線(xiàn)性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。

本教材p41的表4－1列出了工業(yè)中常用的熱電偶如鎳鉻-鎳硅（K）的分度表。11/23/202245熱電偶的分度表——熱電偶的線(xiàn)性較差，多數(shù)情況下采用普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭11/23/202246普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭11/22/20224普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線(xiàn)盒引出線(xiàn)套管

固定螺紋

（出廠(chǎng)時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

11/23/202247普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖接線(xiàn)盒引出線(xiàn)套管固定螺紋普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體、液體、蒸汽等物質(zhì)的溫度。由于在基本相似的條件下使用，因此普通型熱電偶已制成標(biāo)準(zhǔn)形式。棒形、角形、錐形等11/23/202248普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體、液體、蒸汽等物質(zhì)的溫度。由于在鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面11/23/202249鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線(xiàn)盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

11/23/202250鎧裝型熱電偶鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線(xiàn)盒電纜線(xiàn)11/23/202251隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線(xiàn)盒電纜線(xiàn)11/22/20隔爆型熱電偶

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線(xiàn)盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線(xiàn)盒是經(jīng)過(guò)壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線(xiàn)盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。

使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠(chǎng)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。11/23/202252隔爆型熱電偶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線(xiàn)盒在設(shè)計(jì)時(shí)其他熱電偶外形小形K型熱電偶11/23/202253其他熱電偶外形小形K型熱電偶11/22/202253第4章熱電偶傳感器本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1、了解溫度測(cè)量的基本概念和方法；2、理解熱電偶的工作原理，；3、了解熱電偶的分類(lèi)及特點(diǎn)。11/23/202254第4章熱電偶傳感器本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:溫度測(cè)量的基本概念

一、溫度測(cè)量的基本概念

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫高溫11/23/202255溫度測(cè)量的基本概念一、溫度測(cè)量的基本概念模二、溫標(biāo)1、溫度的數(shù)值表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類(lèi)溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。2、國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。

11/23/202256二、溫標(biāo)1、溫度的數(shù)值表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。它規(guī)定幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37C，相當(dāng)于華氏溫度多少度？11/23/202257幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37C，相當(dāng)于華氏溫度多少度熱力學(xué)溫標(biāo)（K）

熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來(lái)的，因此又稱(chēng)開(kāi)氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開(kāi)爾文（K）。威廉·湯姆遜·開(kāi)爾文勛爵像11/23/202258熱力學(xué)溫標(biāo)（K）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定三、溫度測(cè)量及傳感器分類(lèi)溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等。

11/23/202259三、溫度測(cè)量及傳感器分類(lèi)溫度傳感器按照用途可分介紹幾種溫度測(cè)量方法

示溫涂料（變色涂料）裝滿(mǎn)熱水后圖案變得清晰可辨11/23/202260介紹幾種溫度測(cè)量方法示溫涂料（變色涂料）裝滿(mǎn)熱水后圖案變變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色11/23/202261變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)體積熱膨脹式

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比11/23/202262體積熱膨脹式不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。紅外溫度計(jì)11/23/202263紅外溫度計(jì)11/22/202210熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270C，上限可達(dá)1800C以上；3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。4、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量和多點(diǎn)測(cè)量，可測(cè)溫度、溫度差或者平均溫度11/23/202264熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)1、它屬于自發(fā)電先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）

熱電偶的工作原理

左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB11/23/202265先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示熱電極A右端稱(chēng)為：自由端從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路。若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在。此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外,還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。11/23/202266從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)指南針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀(guān)解釋及圖形符號(hào)

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。

自由電子＋ABeAB（

T）T11/23/202267結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀(guān)解釋及圖形符號(hào)兩種不同的金熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。11/23/202268熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)量的熱電式傳感（一）接觸電勢(shì)產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生接觸電勢(shì)：自由電子＋ABeAB(T)Tk：波爾茲曼常數(shù)；e：?jiǎn)挝浑姾呻娏浚籲A、nB：溫度為T(mén)時(shí),導(dǎo)體A、B的自由電子密度。11/23/202269（一）接觸電勢(shì)產(chǎn)生原因：兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金（二）溫差電動(dòng)勢(shì)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！溫度的影響11/23/202270（二）溫差電動(dòng)勢(shì)溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)——溫差電動(dòng)勢(shì)同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí),高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大,因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多,結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電,低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電,形成一個(gè)靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因此，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電勢(shì)，公式：為湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體兩端溫度為1攝氏度時(shí)產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。11/23/202271定義：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)——溫差電熱電偶回路的熱電勢(shì)熱電偶回路中總的熱電勢(shì)應(yīng)是接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和。EAB（T，T0）=eAB（T）+eB（T，T0）-eAB（T0）-eA（T，T0）經(jīng)實(shí)踐證明，在熱電偶中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)，溫差電動(dòng)勢(shì)只占極小部分?？梢院雎圆挥?jì)：11/23/202272熱電偶回路的熱電勢(shì)熱電偶回路中總的熱電勢(shì)應(yīng)是接觸電勢(shì)與溫差電——有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱電勢(shì)之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

的函數(shù)：EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的函數(shù)差：11/23/202273——有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱對(duì)于已選定的熱電偶,當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí),EAB(T0)為常數(shù),則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系,即熱電勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

成正比11/23/202274對(duì)于已選定的熱電偶,當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí),EAB(T0二、有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論規(guī)定：ＥAB(T,T0)的含義，按位置順序A表示熱電偶正極；B表示負(fù)極T表示測(cè)量端溫度；T0表示冷端溫度；符號(hào)變化，位置規(guī)定的含義不變。ＥAB(T,T0)=-EBA(T,T0)=-EAB(T0,T)解釋?zhuān)寒?dāng)nA>nB,A為正極，B為負(fù)極。腳注AB的順序表示電動(dòng)勢(shì)的方向。當(dāng)腳注順序改變時(shí)，電動(dòng)勢(shì)前面的符號(hào)（＋、－）隨之改變。11/23/202275二、有關(guān)熱電偶的幾點(diǎn)結(jié)論規(guī)定：ＥAB(T,T0)的含義，按位1）熱電勢(shì)的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀、大小無(wú)關(guān)。燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測(cè)溫。2）如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，則無(wú)論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零——均質(zhì)導(dǎo)體定律必須采用兩種不同的材料作為熱電極?！邷夭铍妱?dòng)勢(shì)只占極小部分11/23/2022761）熱電勢(shì)的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電3）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等t=t0，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦為零。4）熱電偶AB的熱電勢(shì)與A、B材料的中間溫度無(wú)關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。5）中間導(dǎo)體定律利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫,必須在回路中引入連接導(dǎo)線(xiàn)和儀表,接入導(dǎo)線(xiàn)和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？11/23/2022773）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等t=t0，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦熱電偶定律1、中間導(dǎo)體定律利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫,必須在回路中引入連接導(dǎo)線(xiàn)和儀表,接入導(dǎo)線(xiàn)和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi),接入第三種導(dǎo)體C,只要其兩端溫度相同,則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。11/23/202278熱電偶定律1、中間導(dǎo)體定律11/22/202225證明:中間導(dǎo)體定律由于溫差電勢(shì)可忽略不計(jì),則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0)（*）當(dāng)T=T0時(shí),有EABC(T0)=eAB(T0)+eBC(T0)+eCA(T0)=0由此得eAB(T0)＝-eBC(T0)-eCA(T0)=0代入（*）式ＥABC(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T,T0)同理,加入第四、第五種導(dǎo)體后,只要加入的導(dǎo)體兩端溫度相等,同樣不影響回路中的總熱電勢(shì)。

11/23/202279證明:中間導(dǎo)體定律EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)中間導(dǎo)體定律只要保證連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表各自?xún)啥说臏囟认嗤瑒t對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。因此中間導(dǎo)體定律對(duì)熱電偶的實(shí)際應(yīng)用有十分重要的意義。圖利用中間導(dǎo)體定律制成開(kāi)路電偶測(cè)量金屬和金屬壁面的溫度。根據(jù)此定律，除可在熱電偶測(cè)溫回路中接入各種類(lèi)型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對(duì)液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面的溫度測(cè)量，如圖所示。有時(shí)為了提高測(cè)量精度，或者為了使用上的方便，將熱電極A和B直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續(xù)測(cè)量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測(cè)量過(guò)程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個(gè)定律，就不需要先焊接了。

11/23/202280利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)2、中間溫度定律熱電偶T與T0之間若有一溫度Tn，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)ＥAB(T,T0)可以用ＥAB(T,Tn)與ＥAB(Tn,T0)的和來(lái)表示。證明中間溫度定律為熱電偶分度表的制定和使用奠定了基礎(chǔ)。11/23/2022812、中間溫度定律11/22/2022283、參考電極定律當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為t,t0時(shí)，用導(dǎo)體A，B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于A(yíng)C熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。如圖，導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，即那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)可由下式求得：11/23/2022823、參考電極定律如圖，導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，參考電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律純金屬的種類(lèi)很多，合金類(lèi)型更多。要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，工作量極大。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)表4-2，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可直接計(jì)算。例如：熱端為100℃，冷端為0℃時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV；則鎳鉻和考銅組合成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)：2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲11/23/202283參考電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律純金屬的種類(lèi)很多，合金類(lèi)型更三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。必要性：1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿(mǎn)足t0=0C的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。2、一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。11/23/202284三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)A、冷端冰浴法（0℃恒溫器）將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(nèi)(如冰水混合物)，使冷端溫度處于0℃。這種裝置通常用于實(shí)驗(yàn)室或精密的溫度測(cè)量。在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)時(shí)間地保持在0C不變。11/23/202285A、冷端冰浴法（0℃恒溫器）在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)B、冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引入誤差。這類(lèi)恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類(lèi)恒溫器的溫度不為0℃，故最后還需對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度修正。1—被測(cè)流體管道2—熱電偶3—接線(xiàn)盒4—補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)5—銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)6—毫伏表7—恒溫器8—混合物9—試管10—新冷端11/23/202286B、冷端恒溫法將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒冷端溫度的修正計(jì)算當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0≠0℃時(shí)，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，t0）與冷端為0℃時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì)EAB（t，0℃）不等。若冷端溫度高于0℃，則EAB（t，t0）<EAB（t，0℃）。下式計(jì)算并修正測(cè)量誤差：EAB（t，0）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0）EAB(t，0)為熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)；EAB(t，t0)為熱電偶熱端溫度為t，冷端溫度為t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)；EAB(t0，0)為熱電偶熱端溫度為t0，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)。11/23/202287冷端溫度的修正計(jì)算當(dāng)熱電偶的冷端溫度t0≠0℃時(shí)，由于熱端與例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃(且為恒定時(shí))，測(cè)出熱端溫度為t時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為39.17mV，求爐子的真實(shí)溫度。11/23/202288例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃(且為恒定由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(30，0)=1.203mV根據(jù)公式計(jì)算出再通過(guò)分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為：t=977℃11/23/202289由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(30，0)=1.203mV根C機(jī)械調(diào)零法在精度要求不高的場(chǎng)合，可將動(dòng)圈儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至熱電偶冷端所處的溫度T0處。11/23/202290C機(jī)械調(diào)零法11/22/202237電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值，可購(gòu)買(mǎi)與被補(bǔ)償熱電偶對(duì)應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。XT-WBC熱電偶端補(bǔ)償器11/23/202291電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補(bǔ)（一）補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。所謂補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)：實(shí)際上是一對(duì)材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線(xiàn)，在0～100℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價(jià)格相對(duì)要便宜。若利用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所(如儀表室)，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長(zhǎng)。11/23/202292（一）補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)書(shū)p70表4－311/23/202293補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)書(shū)p70表4－311/22/202240補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)外形A’B’屏蔽層保護(hù)層11/23/202294補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)外形A’B’屏蔽層保護(hù)層11/22/202241在使用延長(zhǎng)線(xiàn)時(shí)的應(yīng)注意以下幾方面：

①各種延長(zhǎng)線(xiàn)只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；②注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差；③延長(zhǎng)線(xiàn)與熱電偶連接的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，其溫度必須相同。11/23/202295在使用延長(zhǎng)線(xiàn)時(shí)的應(yīng)注意以下幾方面：

①各種延長(zhǎng)線(xiàn)只能與相應(yīng)型第三節(jié)熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)

八種國(guó)際通用熱電偶：