热电偶 补偿导线.doc

. 补偿导线与微电动势在工业生产过程中,温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中,热电偶的应用极为广泛,它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点,所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。但是热电偶的材料一般都比较贵重( 特别是采用贵金属时) 而测温点到仪表的距离都很远, 为了节省热电偶材料, 降低成本, 通常采用补偿导线把热电偶的冷端( 自由端) 延伸到温度比较稳定的控制室内, 连接到仪表端子上。补偿导线是在一定的温度范围内, 具有与热电偶匹配的热电动势标称值相同的一对带绝缘包覆的导线, 必须指出其作用只起延伸热电极,是热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。一、回路电动势的构成当有两种不同的导体或半导体 A和 B 组成一个回路,其两端互相连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T, 称为工作端或热端, 另一端温度为 T? 0, 称为自由端( 也称参比端) 或冷端, 回路中将产生一个电动势, 该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”,产生的电动势则称为“热电动势”。热电动势由两部分组成,一部分是两导体的接触电动势(帕尔贴电势) ,另一部分是单一导体的温差电动势(汤姆逊电势)。.AB 工作端( T ) 自由端( T 0) i 1. 接触电动势当 A和 B 两种不同材料的导体接触时, 由于两者的自由电子体密度差异,就会在接触处产生自由电子的扩散运动,形成扩散电子流。设导体 A 自由电子的体密度( N At )大于导体 B( N Bt) , 扩散运动的结果, 接触处的 A 端因失去电子而带正电, B 端因得到电子而带负电,从而在电场作用下产生飘移运动,形成与扩散运动相反的飘移电子流。二者达到动态平衡形成稳定的电场,产生了接触电动势。由于接触电动势的大小只与导体的自由电子体密度相同,因此与导体材料、接点的温度有关,与导体的直长度及几何形状无关。对于温度分别为 t和 t 0 的两接点,可得下列接触电动势公式: 式中: K 为波尔兹曼常数; t 为绝对温度表示的温度值; e 为电子电荷量。 2. 温差电动势对于导体 A或 B, 将其两端分别置于不同的温度场 t、 t 0中(t ≥t 0) 。在导体内部,热端的自由电子具有较大的动能,向冷端移?????? Bt At tB A ABN N Ln e KtVtVte ???. 动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷。这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动,最后也达到了动态平衡的状态。这样,导体两端便产生了电位差,我们将该电位差称为温差电动势。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度,如下式所示: 此时回路的总电动势: 从上式可以看出,如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零。 3. 补偿的导线对热电动势的影响若在热电偶中引入补偿导线,在一定的温度范围内,具有与热电偶匹配的热电动势标称值相同, 在两接点温度 t、 t 0 时的热电动势等于该热电偶在接点温度 t、 t n和 t n、 t 0 时的相应热电动势的代数和。式为补偿导线的使用提供了理论