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热电偶工作原理及应用

发布时间:2012-11-21

热电偶工作原理及应用

简单的说热电偶是一种感温元件,也是一种仪表。它可以直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号。

基本介绍

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。

  在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时,冷端的(环境)温度变化,将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。与测量仪表连接用专用补偿导线。

  热电偶冷端补偿计算方法:

  从毫伏到温度:测量冷端温度,换算为对应毫伏值,与热电偶的毫伏值相加,换算出温度;

从温度到毫伏:测量出实际温度与冷端温度,分别换算为毫伏值,相减後得出毫伏值,即得温度。

 热电偶工作原理及应用

工作原理

两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)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,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,这进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AB焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体AB的两个执着点12之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

热电偶的结构:

热电偶工作原理及应用

热电偶的结构分类

1普通装配式热电偶

一般由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。

2铠装式热电偶(缆式热电偶):

此种热电偶是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型,经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。

1.铂的相应部分相同。

铂电阻体:是用很细的铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上做成的,形状有平板形、圆柱形及螺旋形等。常用的WZB型铂电阻体是由直径0.030.07mm的铂丝绕在云母片制成的平板形支架上。云母片的边缘上开有锯齿形的缺口,铂丝绕在齿缝内以防短路。铂丝绕成的绕组两面盖以云母片绝缘。

铜电阻体:是一个铜丝绕组(包括锰铜补偿部分),它是由直径为0.lmm的高强度漆包铜线用双线无感绕法绕在圆柱形塑料支架上而成,为了防止铜丝松散,加强机械固紧以及提高其导热性能,整个元件经过酚醛树脂(或环氧树脂)的浸渍处理,而后还必须进行烘干(同时也起老化作用),烘干温度为120,保持24小时,然后冷却至常温,再把铜丝绕组的出线端子与镀银铜丝制成的引出线焊牢,并穿以绝缘套管,或直接用绝缘导线与其焊接。

二、特殊热电阻

l.铠装热电阻

铠装热电阻是将陶瓷骨架或玻璃骨架的感温元件装入细不锈钢管内,其周围用氧化镁牢固填充,保证它的3根引线与保护管之间,以及引线相互之间良好绝缘。充分干燥后,将其端头密封再经模具拉制成坚实的整体,称为铠装热电阻。

2.薄膜铂热电阻

薄膜铂电阻是利用真空镀膜法将纯铂直接蒸镀在绝缘的基板上而制成。它的测温范围是-50-600。国产元件精度可达到德国标准中的B级,由于薄膜热容量小,导热系数大,因此薄膜铂热电阻能够快速准确地测出表面的真实温度。

3.厚膜铂热电阻

厚膜铂电阻是用高纯铂粉与玻璃粉混合,加有机载体调成糊状浆料,用丝网印刷在刚玉基片上,再烧结安装引线,调整电阻值。最后涂玻璃釉作为电绝缘保护层。

厚膜铂电阻与线绕铂电阻的应用范围基本相同。在表面温度测量及在机械振动环境下应用明显优于线绕式热电阻。

 

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