温度测量的精髓
温度测量的精髓
详解
热电偶测量篇
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热电偶的基础知识
热电偶的基础知识
章第
何谓热电偶
所谓热电偶,是指由两种不同材质的金属导体构成的
温 度 传 感 器 。与 其 他 温 度 计( 水 银 温 度 计 、热 敏 电 阻
等 )相 比 较 ,主 要 用 于 工 业 行 业 的 热 电 偶 具 有 右 侧 所 示
的特点。
热电偶的原理
1821 年德国科学家塞贝克(T.J Seebeck)发现:当连
接 两 种 不 同 金 属 ,并 对 两 端 的 接 点 施 加 不 同 温 度 时 ,金
属之间会产生电压并有电流通过。这一现象以发现者
的 名 字 命 名 为“ 塞 贝 克 效 应 ”。该 回 路 中 生 成 电 流 的 电
力被称为热电动势(Thermoelectromotive force),其极
性和大小仅由两种导体的材质和两端之间的温度差
决定。
上图是将热电偶插入装有热液体的杯中的示意图。假
设液体内温度为均匀 100℃(无温度梯度)。此时,液
体内的热电偶部分不会产生热电动势。热 电 动 势 只 产
生于存在温度梯度的部分。由于热电偶的感温部位会
产生热电动势,因此该温度梯度部位即为热电偶的感
温部位。
利用前面所说的塞贝克效应,热电偶凭借 2 种不同金属的接合处(测温接点) T1 与
测量器接点(基准接点)T0 之间的温度差 T,从而产生电压。
使用热电偶测量温度时,测量器会测量该电压。
测量时,将冷端维持在 0℃ 非常困难。通过测量端子周围
的温度,将其与以 0℃ 为基准的热电动势相加,可以获得
测温接点的温度。
我们称之为基准接点补偿。
1. 响应速度快。
2. 可进行 -200℃ 到 +1700℃ 之间大范围的温度测量。
3. 可对特定点和小空间进行温度测量。
4. 由于温度信息可检测为电信号(热电动势),
信息的处理和分析非常便利。
5. 价格低廉,易购买。
金属 A
金属 B
测量器
+
--
接点 接点
测温接点
(T1)
基准接点(T0)
热电偶
测量器
+
--
T
测量器
+
--
热电偶
T
铜导线热电偶
基准接点
0℃
内置基准接点补偿回路
热电偶的感温部位位于何处?
测量器
温度 20℃(均匀)
温度 100℃(均匀)
80℃ 存在温度梯度 → 存在对应 → 80℃的动电流
20℃ 均匀 → 无动电流
100℃ 均匀 → 无动电流
测量器的测量方式有以下 2 种。
➊
将基准接点设为 0℃(冷端补偿),直接读取温度
➋
测量基准接点的气温(基准接点补偿),
计入温度差ΔT
冷端补偿
基准接点补偿
冰
冰
3
热电偶的选择
热电偶的选择
根据测量温度选择
[按照温度选择热电偶的示例]
热电偶按照两种金属导体的组合方式可分为以下 8 大种类。
B/R/S 热电偶被称为贵金属热电偶,而 N/K/E/J/T 热电偶被称为廉金属热电偶。
含有铂、铑等熔点较高金属的贵金属热电偶被用来测量 +1000℃ 以上的温度,
而廉金属热电偶则常用于测量 +1000℃ 以下的温度。
下面描述了各类热电偶的特征。
由于相较其他贵金属热电偶,其铑含量更高,所以熔点和机械强度有所增加,使用寿命长。电动势极低,无法测量
低温区域。主要用于测量 R /S 热电偶无法测量的温度更高的区域。
种类的符号
B
R
S
N
K
E
J
T
+600 到 +1700℃
0 到 +1100℃
+600 到 +1600℃
-200 到 +1200℃
-200 到 +1200℃
-200 到 +900℃
-40 到 +750℃
-200 到 +350℃
含铑为 30% 的铂铑合金
含铑为 13% 的铂铑合金
含铑为 10% 的铂铑合金
以镍、铬和硅为主的合金
以镍和铬为主的合金
以镍和铝为主的合金
铁
铜
含铑为 6% 的铂铑合金
铂
铂
以镍和硅为主的合金
以镍和铝为主的合金
以铜和镍为主的合金
以铜和镍为主的合金
以铜和镍为主的合金
使用材料
正极 负极
测量范围
B 热电偶
它也用于对耐久性有一定要求的高温区域。贵金属热电偶中 R 热电偶的使用率最高。
R/S 热电偶
价格低廉,用于测量 +1000℃ 以上的高温区域。
N 热电偶
相较于贵金属热电偶,其价格低廉,现在工业用途中最常见到它的身影。由于其电动势的直线性良好,具有较高的
耐热和耐腐蚀性,因此可优先考虑使用 K 热电偶。
K 热电偶
每 1℃ 的电动势极大,是分辨率良好的类型。
特别用于对温度进行精准测量。
E 热电偶
是次于 E 热电偶的类型,其每 1℃ 的电动势较大,分辨率优良。
价格低于 E 热电偶也是其一大特点。
J 热电偶
是低温区域(-200 到 +300℃)下的电动势特性优秀的类型。
用于精准测量低温区域。
T 热电偶
0℃-200℃
T 热电偶
K 热电偶
N 热电偶
R 热电偶 B 热电偶
300℃ 600℃ 900℃ 1200℃ 1500℃
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