原创 如何计算各种类型的热电偶温度

2018-9-12 16:37 743 0 分类: 智能硬件

热电偶

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,通过电气仪表(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。

工作原理

当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,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T0 ,称为自由端(也称参考端)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”,两种导体组成的回路称为“热电偶”,这两种导体称为“热电极”,产生的电动势则称为“热电动势” 。

热电动势由两部分电动势组成,一部分是两种导体的接触电动势,另一部分是单一导体的温差电动势。

热电偶回路中热电动势的大小,只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关,而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后,热电动势便是两接点温度t和t0。的函数差。即

这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定,热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化,即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的 

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。

各种类型的热电偶温度如何计算

一、S型热电偶:铂铑10-铂热电偶,温度范围0~1300℃;

优点:

1、耐热性、安定性、再现性良好及较优越的精确度;   

2、耐氧化、耐腐浊性良好;   

3、可以做为标准使用。   

缺点:1、热电动势值小,补偿导线误差大;   

2、价格高昂;   

3、在还元性气体环境较脆弱。(特别是氢、金属蒸气)

二、R型热电偶:铂铑13-铂热电偶,温度范围0~1300℃;  

优点:

1、耐热性、安定性、再现性良好及较优越的精确度;   

2、耐氧化、耐腐浊性良好;   

3、可以做为标准使用。  

缺点:

1、热电动势值小,补偿导线误差大;   

2、在还元性气体环境较脆弱(特别是氢、金属蒸气);   

4、价格比S分度高昂。

三、B型热电偶:铂铑30-铂铑6热电偶,温度范围0~1600℃; 

优点:1、耐氧化、耐腐浊性良好;   

2、在常温环境下热电动势非常小,不需补偿导线;   

3、耐热性与机械强度较R型优良。   

缺点:

1、在中低温域之热电动势极小,600℃以下测定温度不准确;   

2、热电动势值小,热电动势之直线性不佳;   

3、价格比S分度还要贵;

四、K型热电偶:镍铬-镍硅热电偶,温度范围0~1300℃;  

优点:

1、热电动势之直线性良好;   

2、1000℃以下耐氧化性良好;   

3、在金属热电偶中安定性属良好。  

缺点:

1、热电动势与贵金属热电偶相比较时变化较大;   

2、不适用于还元性气体环境;   

3、受短范围排序之影响会产生误差。

五、N型热电偶:镍铬硅--镍硅热电偶,温度范围-270~1300℃; 

优点:

1、1200℃以下耐氧化性良好。   

2、热电动势之直线性良好。   

缺点:

1、不适用于还元性气体环境   

2、热电动势与贵金属热电偶相比较时变化较大。

六、E型热电偶:镍铬硅--康铜热电偶,温度范围-270~1000℃   

优点:1、热电偶中感度最好;   

2、与J热电偶相比耐热性良好;   

3、适于氧化性气体环境。   

4、价格低廉   

缺点:不适用于还元性气体环境

七、J型热电偶:铁--康铜热电偶,温度范围-210~1000℃;   

优点:

1、可使用于还元性气体环境   

2、热电动势较K热电偶大20%。   

3、价格较便宜,适用于中温区域。   

缺点:易生锈,再现性不佳。

八、T型热电偶:铜--康铜热电偶,温度范围-270~400℃;   

优点:

1、热电动势之直线性良好。   

2、低温之特性良好   

3、再现性良好、高精度。   

缺点:

1、使用温度限度低。   

2、热传导误差大。

九、PT100型热电阻:铂电阻,温度范围-200~500℃;铂材料的优点是化学稳定性好、能耐高温,容易制得纯铂,它的缺点是:在还原介质中,特别是在高温下很容易被从氧化物中还原出来的蒸汽所沾污,使铂丝变脆,并改变电阻与温度之间的关系。

十、Cu50型热电阻:铜电阻,温度范围-50~100℃:铜热电阻的价格便宜,线件度好,工业上在-50-- 100℃范围内使用较多。铜电阻怕潮湿,易被腐蚀,熔点亦低。

热电偶温度计算

当热电偶与补偿导线连接处温度高于控制室温度时 补偿导线补偿电势正应该热电偶产生热电势【加上】补偿导线产生补偿电势接反了相当于加上了负值会使指示偏低;

当热电偶与补偿导线连接处温度低于控制室温度时 补偿导线补偿电势负应该热电偶产生热电势【减去】补偿导线产生补偿电势接反了相当于减去了负值会使指示偏高;

当热电偶与补偿导线连接处温度等于控制室温度时补偿导线补偿电势零对测量没有影响

E=Ek(t,tc)-Ek(tc,t0)+Ek(t0,0)

=12.029-2.023-(2.023-0.798)+0.798

=9.759mV

查表可得温度约为240。C

热电偶测温原理

1、2两点的温度不同时,回路中就会产生热电势,因而就有电流产生,电流表就会发生偏转,这一现象称为热 •电效应(塞贝克效应),产 生的电势、电流分别叫热电势、热电流。

各种类型的热电偶温度如何计算

热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的,是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t,t0 ),这种现象称为塞贝克效应,即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中,将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处,而将参比端分开,用导线接入显示仪表,并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。

各种类型的热电偶温度如何计算

在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来,经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究,热电效应理论得到了不断的发展,并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一,它在温度测量中得到了广泛的应用,热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等,但是热电偶也存在着不足的地方,如使用的参考端温度必须恒定,否则将歪曲测量结果;在高温或长期使用中,因受被测介质或气氛的作用(如氧化、还原等)而发生劣化,降低使用寿命。尽管如此,热电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 

一、塞贝克效应和塞贝克电势 

热电偶为什么能用来测量温度呢?这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年,塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路(如图1-1)中,如果对接点a加热,那么,a,b两接点的温度就会不同,温度不同,就会有电流产生,使得接在电路中的电流表发生偏转。这一现象现今称为温差电效应或塞贝克效应,相应的电势称为温差热电势或塞贝克电势,它在热电偶回路中产生的电流称为热电流。A、B称为热电极,接点a是用焊接的方法连接一起的,测温时,将它置于被测温度场中,称为测量端或者工作端,接点b一般要求恒定在某一温度称为参考端或自由端。 

3.热电偶冷端的温度补偿由于 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。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使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。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。冷端温度补偿器的型号应与热电偶的型号相符,并在规定温度范围内使用; 冷端温度补偿器与热电偶连接时极性不能接错; 根据补偿器的平衡点温度调整仪表起始点,使指针批示在平衡点温度; 具有自动补偿机构的显示仪表不安装补偿器;补偿器必须定期检查和检定。

温度补偿

由于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。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使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。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度差不能超过100℃。

关于各种类型的热电偶温度如何计算相关介绍就到这了,希望通过本文能让你对热电偶有更全面的认识。

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