熱電偶的工作原理及結(jié)構(gòu)

熱電偶工作原理及結(jié)構(gòu)熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)熱電偶

換成熱電動勢信號,通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。熱電偶測溫基本原理:將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。檢修崗位1.懂工作原理1.1熱電偶測溫原理

兩種電子密度不同的導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路,如果兩接頭的溫度不同,回路中就有電流產(chǎn)生,這種現(xiàn)象成為熱電現(xiàn)象,相應(yīng)的電動勢成為溫差電勢或熱電勢,它與溫度有一定的函數(shù)關(guān)系,利用此關(guān)系就可測量溫度。

這種現(xiàn)象包含的原理有:帕爾帖定理----不同材料結(jié)合在一起,在其結(jié)合面產(chǎn)生電勢。

湯姆遜定理---由溫差引起的電勢。

當(dāng)組成熱電偶的導(dǎo)體材料均勻時,其熱電勢的大小與導(dǎo)體本身的長度和直徑大小無關(guān),只與導(dǎo)體材料的成分及兩端的溫度有關(guān)。因此,用各種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體可做成各種用途的熱電偶,以滿足不同溫度對象測量的需要。1.2熱電偶三大定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由單一均質(zhì)金屬所形成之封閉回路，沿回路上每一點即使改變溫度也不會有電流產(chǎn)生。亦即，E=0。由2種均質(zhì)金屬材料A與B所形成的熱電偶回路中，熱電勢E與接點處溫度t1、t2的相關(guān)函數(shù)關(guān)系，不受A與B之中間溫度t3與t4之影響。中間金屬定律在由A與B所形成之熱電偶回路兩接合點以外的任意點插入均質(zhì)的第三金屬C，C之兩端接合點之溫度t3若為相同的話，E不受C插入之影響。在由A與B所形成之熱電偶回路，將A與B的接合點打開并插入均質(zhì)的金屬C時，A與C接合點的溫度與打開前接合點的溫度相等的話，E不受C插入的影響。如右圖所示，對由A與B所形成之熱電偶插入第3之中間金屬C，形成由A與C、C與B之2組熱電偶。接合點溫度保持t1與t2的情況下，EAC+ECB=EAB。中間溫度定律

如右圖所示任意數(shù)的異種金屬A、B、C???G所形成的封閉回路，封閉回路之全體或是全部的接合點保持在相等的溫度時，此回路的E=0。

如右圖所示，A與B所形成之熱電偶，兩接合點之溫度為t1與t2時之E為E12，t2與t3時之E為E13的話，E12+E23=E13。此時，稱t2為中間溫度。以中間溫度t2選擇如0℃這樣的標(biāo)準(zhǔn)溫度，求得相對0℃任意的溫度t1、t2、t3???tn之熱電動勢，任意兩點間之熱電動勢便可以計算求得。如右圖所示，對于使用補償導(dǎo)線之熱電偶回路適用以上之觀念。A與B為熱電偶，C與D為A、B用之補償導(dǎo)線，M為數(shù)字電壓計，計算后可得下面關(guān)系式：E=EAB(t1)

－EAB(t3)也就是說，M所測定之電位差是由t1、t3所決定，不受t2之影響。

2.懂設(shè)備結(jié)構(gòu)2.1熱電偶的結(jié)構(gòu)

熱電偶是有兩根不同導(dǎo)體(或稱電極)構(gòu)成的.這兩根導(dǎo)體一端焊接在一起,成為熱端(或稱工作端),測溫時將此端處于被測介質(zhì)中。另一端稱為冷端(或自由端),接入二次儀表(顯示儀表)或電測設(shè)備。

a、普通型熱電偶:是應(yīng)用最多的,主要用來測量氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度。根據(jù)測溫范圍及環(huán)境的不同,所用的熱電偶電極和保護(hù)套管的材料也不同,但因使用條件基本類似,所以這類熱電偶已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。按其安裝時的連接方法可分為螺紋連接合法蘭連接兩種。

b、鎧裝熱電偶:又稱纜式熱電偶,是由熱電極(多數(shù)采用的是鉑絲,也有用鎳絲的)、絕緣材料(通常為氧化鎂粉末)和金屬保護(hù)管三者結(jié)合,經(jīng)拉制而成一個堅實的整體。

鎧裝熱電偶有單支(雙芯)和雙支(四芯)之分,其測量端有露頭型、接殼型和絕緣型三種基本形式。

鎧裝熱電偶的參比端(接線盒)形式有簡易式、防水式、防濺式、接插式和小接線盒式等。

鎧裝熱電偶具有體積小、精度高、反應(yīng)迅速、耐震動、耐沖擊、機(jī)械強(qiáng)度高、可繞性好、壽命長、便于安裝等優(yōu)點。外形尺寸有φ5、φ6、φ8多種,長度為10~1000mm。2.2、常用熱電偶種類(八種)

B型------鉑銠30-鉑銠6

R型-----鉑銠13-鉑

S型------鉑銠10-鉑

E型------鎳鉻-康銅

J型------鐵-康銅

K型------鎳鉻-鎳鋁

T型------銅-康銅

N型------鎳鉻硅-鎳硅

其中:B、R、S屬于貴金屬熱電偶;K、E、N、J屬于廉金屬熱電偶;T型熱電偶用于測量低溫。3.會異常分析

3.1熱電偶測溫系統(tǒng)常見故障原因及處理方法

故障現(xiàn)象可能原因

處理方法

熱電偶比實際值小熱電極短路找出短路原因,如因潮濕所至,則需要進(jìn)行干燥;如因絕緣端子損壞所至,則需更換絕緣子熱電偶的接線柱處積灰,造成短路

清掃積灰補償導(dǎo)線線間短路找出短路點,加強(qiáng)絕緣或更換補償導(dǎo)線熱電偶熱電極變質(zhì)

在長度允許的情況下,剪去變質(zhì)段重新焊接,或更換新熱電偶補償導(dǎo)線與熱電偶極性接反重新接正確

補償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換相配套的補償導(dǎo)線熱電偶安裝位置不當(dāng)或插入深度不符合要求重新按規(guī)定安裝

熱電偶冷端溫度補償不符合要求調(diào)整冷端補償器熱電偶與顯示儀表不配套更換熱電偶或顯示儀表使之相配熱電勢比實際值大

熱電偶與顯示儀表不配套

更換熱電偶或顯示儀表使之相配補償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換相配套的補償導(dǎo)線有直流干擾信號進(jìn)入排除直流干擾熱電勢輸出不穩(wěn)定熱電偶接線柱與熱電極接觸不良

將接線柱螺絲擰緊

熱電偶安裝不牢或外部震動緊固熱電偶,消除震動或采取減震措施熱電極將斷未斷

修復(fù)或更換熱電偶外界干擾(交流漏電,電磁感應(yīng)等)

查出干擾源,采取屏蔽措施

熱電偶熱電勢誤差大熱電極變質(zhì)

更換熱電極

熱電偶安裝位置不當(dāng)改變安裝位置保護(hù)管表面積灰

清除積灰4.能遵守工藝紀(jì)律4.1熱電偶安裝及注意事項

a在管道安裝中，感溫元件的工作端應(yīng)置于管道中流速最大處。熱電偶的保護(hù)套管的末端應(yīng)越過流束中心線5~10mm。

b感溫元件與被測介質(zhì)形成逆流，應(yīng)迎著氣流流向插入，至少應(yīng)與被測介質(zhì)流束方向成90°。特別情況下也不能順流安裝測溫元件，否則會產(chǎn)生測溫誤差。

c插深一般不應(yīng)小于300mm，如果插入深度不夠，外露部分又空氣流通，這樣所測出的溫度比實際溫度低3~4度。

d在測溫元件安裝時，應(yīng)防止電磁場干擾的引入而影響準(zhǔn)確測量。在接線時一定要確保良好接觸，擰緊空心螺栓，然后蓋緊接線盒蓋子，對不得不露在空中的熱電偶最好加防雨措施，以防雨淋損壞元件。為保護(hù)補償導(dǎo)線不受外來的機(jī)械損傷和由于外磁場而造成對儀表的影響，補償導(dǎo)線應(yīng)加以屏蔽，并且不準(zhǔn)有曲折迂回的情況。e熱電偶和熱電阻應(yīng)盡量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時應(yīng)有保護(hù)套管，以方便檢修和更換。f測量管道內(nèi)溫度時，元件長度應(yīng)在管道中心線上（即保護(hù)管插入深度應(yīng)為管徑的一半）。g熱電偶的冷端應(yīng)處在同一環(huán)境溫度下，應(yīng)使用同型號的補償導(dǎo)線，且正負(fù)要接對。h高溫區(qū)使用耐高溫電纜或耐高溫補償線。4.2必須遵守的工藝紀(jì)律 序號必須不準(zhǔn)1拆卸、復(fù)裝、搬運儀表設(shè)備必須使用專用的工器具