熱電偶及其測溫原理(1)熱電偶的測溫原理是通過將材質(zhì)不同的2種導體和半導體a、b與閉合電路連接而構(gòu)成熱電偶。 熱電偶的測溫原理是基于熱電偶兩端的溫度不同，在熱電偶的閉合回路中產(chǎn)生熱電動勢的熱電效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 熱電偶電路的熱電動勢如圖2-15所示，由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分構(gòu)成。

圖中，接觸電動勢是通過兩種不同材質(zhì)的導體a、b接觸時產(chǎn)生的電子擴散而形成的。 假設(shè)導體a中的自由電子的濃度比導體b中的自由電子的濃度大，則在開始接觸的瞬間導體a向?qū)wb擴散的電子的數(shù)量比導體b向?qū)wa擴散的電子的數(shù)量多，因此導體a失去較多的電子而帶正電荷，導體b帶負電荷，其結(jié)果是，在接觸面產(chǎn)生電場，該電場在導體b中 平衡時在a、b兩個導體之間形成的電位差稱為接觸電動勢，其大小與兩個導體的材質(zhì)和觸點的溫度有關(guān)。 溫差電動勢是由于同一導體根據(jù)兩端的溫度，電子具有不同的能量而產(chǎn)生的電位差。 由此可知，熱電偶閉合電路中熱電動勢是接觸電動勢與溫度差電動勢之和，可以說

式中，式右邊的前兩項為接觸電動勢，后兩項為溫差電動勢。 理論研究表明，由于溫差電動勢遠小于接觸電動勢，熱電動勢通常以接觸電動勢為主，式(2-18 )可近似

由式(2-19 )可知，材質(zhì)一定且冷端溫度&； 在不變情況下，熱端溫度和熱電動勢為與一個值對應(yīng)的逆函數(shù)關(guān)系、即

式(2-20 )表示只要測量熱電動勢的大小，被測量溫度的高低就會決定，這是熱電偶的測溫原理。 根據(jù)上述分析，可以得出以下三個重要結(jié)論:①如果構(gòu)成熱電偶的電極材料相同，則無論熱電偶冷還是熱兩端的溫度如何，總熱電動勢都為零；②如果熱電偶冷，熱兩端的溫度相同，則與電極材料無關(guān)，總熱電動勢也為零 也就是說，由不同電極材質(zhì)構(gòu)成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電動勢不同。 (2)在熱電動勢的檢測和第三導體法則的實際使用中，為了檢測熱電動勢，如圖2-16所示，需要在熱電偶電路上連接測量器和引線(簡單的第三導體)。

連接第三導體后，是否對熱電偶的熱電動勢有影響？ 根據(jù)圖2-16，連接第三導體后的熱電偶電路中的總熱電動勢

由式(2-23 )可知，在熱電偶電路上連接第三導體的情況下，如果第三導體的兩個接點溫度相同，則電路中的熱電動勢的值不變，熱電偶的性質(zhì)被稱為第三導體法則。 第三導體定律在實際應(yīng)用中具有重要意義。 由此，熱電偶所需的測量儀器和導線可以放心插入，如果使兩個觸點的溫度相同，就可以不影響熱電偶的輸出地測量熱電動勢。 (3)冷伸長率和等價交換原理也從熱電偶的測溫原理得知，只有在熱電偶的冷溫度不變化的情況下，熱電動勢與被測溫度有一定的對應(yīng)關(guān)系。 由于制作熱電偶的熱電材料價格昂貴，因此不能使熱電偶的電極長時間工作，其結(jié)果是，冷端溫度受被測溫度的影響不會發(fā)生很大變化。 為了使冷端遠離熱端，工程中專用的&ldquo； 補償導線&rdquo； 連接熱電偶的冷端子，冷端子不影響熱電偶的熱電動勢，延長到溫度比較穩(wěn)定的環(huán)境。 這樣的理論依據(jù)是&ldquo； 等價置換&rdquo； 原理、分析如下。

如圖2~圖17所示，圖b全部是由貴金屬材料a、b構(gòu)成熱電偶，圖a是由補償導線c、d和貴金屬材料a、b制成的熱電偶，如果滿足圖a，則熱電路的總熱電動勢為

所以有

根據(jù)式(2-24 )，滿足EAB(tc，to)=ECD(tc，to ) & ldquo； 補償導線&rdquo； 所謂&ldquo，代替熱電極，伸長冷端，不改變熱電偶的熱電動勢； 等價置換&rdquo； 原理。 補償導線由性質(zhì)不同的2根廉價的金屬線構(gòu)成，一般為0 ~100℃； 在溫度范圍內(nèi)，要求與所連接的熱電偶大致相同的熱電性能，補償導線的連接如圖2-18所示。

選擇補償導線使用時，請注意符合熱電偶的型號，不要弄錯極性。 (4)標準熱電偶及其補償導線常用的熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩類。 標準熱電偶是以國家標準規(guī)定熱電動勢和溫度的關(guān)系、允許誤差，統(tǒng)一了標準形式(稱為指數(shù)編號)的熱電偶。 非標準熱電偶是特殊情況下使用的熱電偶，沒有統(tǒng)一的標準。 遵循的IEC國際標準，我國設(shè)計了統(tǒng)一標準化的熱電偶，其中一部分如表2-3所示。

①熱電偶材料中，前者表示正極，后者表示負極。 ②補償導線形式的*文字表示對方的熱電偶形式的第2個文字&ldquo； c&rdquo； 表示補償型補償導線，&ldquo； x&rdquo； 表示延伸類型的補償導線，即補償導線的材料與熱電偶的材料相同。 ③鉑銠10表示鉑為90%，銠為10%，以下相同。

本文熱電偶高頻詞： 測溫原理  補償導線 

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