热电阻热电偶及常用功能码.doc

讲课题目:热电偶
课程主要目的:
一、热电偶的测量原理
二、热电偶四个定律
三、热电偶接配线方式及工艺要求
四、热电偶日常缺陷及处理
热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过二次仪表转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。
一﹑热电偶的测量原理
两种不同成份的导体或半导体两端接合成回路, 当两个接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应(赛贝克效应),而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
热电偶实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对于热电偶的热电势,应注意如下几个问题:
1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差,而不是热电偶冷端与工作端,两端温度差的函数;
2、热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无关,只与热电偶材料的成份和两端的温差有关;
3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差有关;若热电偶冷端的温度保持一定,热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点T和T0之间存在温差时,回路中形成一个大小的电流,称为热电流,两者之间便产生电动势。热电偶就是利用这一效应来工作的。
二、热电偶四个定律
1、均质导体定律
由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路,无论导体截面如何以及温度如何分布,将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中总电势为零。可见,热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。
2、中间导体定律
在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响,这就是中间导体定律。
应用:依据中间导体定律,在热电偶实际测温应用中,常采用热端焊接、冷端开路的形式,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值,在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律,是没有这个误差的!
3、中间温度定律
热电偶回路两接点(温度为T1、T3)间的热电势,等于热电偶在温度为T1、T2时的热电势与在温度为T2、T3时的热电势的代数和。T2称中间温度。
应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(T1,T3)直接查表求取热端温度值;也不能利用已知回路实际热电势E(T1,T3)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值,需按中间温度定律进行修正。
4、参考电极定律
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。
三、热电偶接配线方式及工艺要求
在生产中由于被测对象不同,环境条件不同,测量要求不同,和热电偶的安装方法及采取的措施也不同,需要考虑的问题比较多,但原则上可以从测温的准确性、安全性、维修方便三个方面来考虑。
为避免测温元件损坏,应保证其有足够的机械强度,为保护感温元件不受磨损应加保护屏或保护管等,为确保安全、可靠,测温元件的安装方法应视具体情况(如待测介质的温度、压力、测温元件的长度及其安装位置、形式等)而定。
凡安装承受压力的测温元件,都必须保证其密封性。高温下工作的热电偶,为防止保护管在高温下产生变形,一般应垂直安装,若必须水平安装则不宜过长,并用支架保护热电偶。若测温元件安装于介质流速较大的管道中,则其应倾斜安装。为防止测温元件受到过大的冲蚀,最好安装在管道的弯曲处。当介质压力超过10MPa时,必须在测量元件上加保护外套。热电偶的安装部位还应考虑其拆装、维修、校验的足够空间和场地,具有较长保护管的热电偶、热电偶应能方便地拆装。
对热电偶的安装,应注意有利于测温准确, 安全可考及维修方便,,在选择对热电偶的安装部位和插入深度时要注意以下几点:
1、为了使热电偶的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近